知识目标：

1.理解心脏电生理活动的物理原理；

2.阐明心肌细胞受刺激兴奋时膜内外电位改变机制；

3.理解心肌细胞动作电位和肌肉收缩舒张的关系；

4.理解心电向量和导联位置的关系；

5.阐明兴奋在心脏内有序传导的过程，以及与心电图上波形的关联；

6. 理解体表心电图引导机制；

7. 掌握正常十二导联对应记录的心脏电活动部位和方向

8. 掌握十二导联连接方法以及心电图波形判断;

能力目标：

1.初步掌握医学科学研究或临床诊治病人的基本程序和方法；

2.培养自主学习能力、探索创新能力、动脑动手能力；

3.培养协作沟通能力、运用概念和知识能力、批判性思维能力、分析和解决问题能力、演绎推理思维能力等岗位胜任力。

素质目标：

1. 培养富有同情心、尊重和关心患者素质的医学人才；

2. 培养具有扎实的专业知识和良好的身心素质的医学人才；

3. 培养具有一定的科学素养的医学人才。

心肌细胞包括工作细胞和自律细胞。自律细胞形成了心脏的特殊传导组织。正常情况下窦房结节律性动作电位沿着心脏的特殊传导组织传给心房肌和心室肌，导致心房肌和心室肌先后产生动作电位，继而触发心房肌和心室肌先后有序的收缩和舒张，完成心脏泵血功能。由此可见，规律的心脏电活动是心脏完成泵血功能的前提条件。人体可以看作是一个容积导体，心脏在每个心动周期中的生物电活动可以引起人体各个部位的电场强度和方向的变化，把记录电极放在体表一定部位，可以记录到每个心动周期中这种电场变化所引起的电位变化，即体表心电图，简称心电图。心电图反映的是每个心动周期中心脏节律性动作电位的产生、传导和恢复过程的电位变化。

心肌细胞动作电位形成机制复杂，涉及多种离子通道等蛋白结构，而且动作电位的形成和心脏生物电活动的表现，也涉及多种数学和物理模型，学生往往难以直观理解。基于ESP内核的人体虚拟仿真系统，通过“心脏电活动原理解析”、“心脏电活动的心电图表现”、“心电图的记录和分析”和“心电图的临床应用”4个递进的模块使学生深刻理解心肌细胞动作电位的形成机制、影响因素、体表心电图的记录原理、方法以及和临床疾病的关系。

1.实验教学过程

   （1）课前预习：学生通过个人手机、PC等登录，预习实验内容。通过“实验简介视频”，使学生在课前对整个实验项目包括实验背景、实验目的、实验方法有一个系统的了解；进而通过“实验引导视频”给学生介绍实验的主要内容和操作步骤，引导他们接下来自主学习。最后请学生完成界面上的8道自测题后，点击“我要做实验”开始虚拟仿真实验。

  （2）虚拟仿真实验课：在基础医学虚拟仿真实验教学中心上课。实验分为以下四个模块进行：“心脏电活动原理解析”、“心脏电活动的心电图表现”、“心电图的记录和分析”、和“心电图的临床应用”。本项目还可以与人体实验、动物实验有机整合，自由选择模块，满足多层次、个性化学习需求。

  （3）课后：学生完成教师预设的“自测与考核”试题，其成绩计入实验课成绩，加强对学生的过程性考核评价。

2. 实验方法

      本虚拟仿真实验建立了细胞电生理、容积导体及心电向量投影等的计算机模型，可进行实时互动。运用观察、比较、参数控制、情景体验、任务驱动和自由探索等方法，为学习者创造了三维沉浸式学习模式。

（1）观察法

       观察法主要应用于心脏电活动和心电图原理解析模块，例如：学生根据本实验研究目的，通过点击或拖动不同的按钮、滑块等直接观察心肌细胞、心肌条、心脏和人体的电生理活动，从而获得知识资料。

（2）比较法

      比较法主要应用于“心电图的记录和分析”模块，例如：学生随机拖动电极，连接肢体导联或胸前导联，比较不同的连接方式下，心电图展示的差异性。

（3）控制变量法

      当一个问题与多个因素有关时，探究该问题与其中某个因素的关系时，通常采用控制变量法。把多因素的问题变成多个单因素的问题。本项目多个部分应用控制变量法，例如：学生拖动导联电极记录心电图时，控制其他电极位置不动，只改变一个电极连接位置，观察心电图的差异。学生拖动滑块改变钠、钾、钙三种离子通道中任何一个的通透性时，控制其他两个通道的通透性不变，观察对心肌细胞动作电位和时程的影响，做到单因素分析。

      1. 学生访问http://nmuvsetsp.njmu.edu.cn/ResourceDetail.aspx?sid=6DD14670529AB230，进入“基于ESP内核的心脏电生理虚拟仿真实验”页面，登陆该项目，点击“我要做实验”进入首界面。

      2. 在首页点击“心脏电活动原理解析”，进入该模型主界面。该模块由“电池模型”、“单细胞模型”、“心肌条模型”和“人体模型”四个环节组成。

    （1）点击“电池模型”，进入相应的实验教学项目。拖动电池，旋转电池偶极子模型放入溶液中，或拖动旋转心脏容积导体模型，观察心脏电活动原理解析。实验完毕后，返回项目首页。

    （2）点击 “单细胞模型”，进入该模型主界面。该模块由“心肌细胞电位”和拓展知识“影响心肌细胞动作电位的离子浓度” 2个环节组成。首先拖拽刺激电极到细胞，观察刺激电极引起心肌细胞兴奋时，细胞膜内外电位的改变，点击拓展知识学习“离子浓度的改变对心肌细胞动作电位的影响”。拖动滑块，选择不同的钠离子、钾离子和钙离子浓度可以观察心肌细胞动作电位波形的改变。实验完毕后，返回项目首页。

    （3）点击 “心肌条模型”，进入该模型界面，进入相应的实验教学项目。拖动刺激电极刺激心肌条，观察整个心肌条电位改变和收缩舒张变化。该模型实验完毕后，返回项目首页。

    （4）点击“人体模型”，进入该模块界面。进入人体模型，点击1“心电向量与导联”，通过点击改变导联的位置，观察心电向量的改变。点击2，进入“人体体表胸导联R波”，通过点击改变导联的位置，观察R波的改变，该模型实验完毕后，返回项目首页。

      3. 在首页点击“心脏电活动的心电图表现”，进入该模块主界面。该模块由“兴奋在心脏内有序传导”和“体表心电图引导”两部分组成。点击“兴奋在心脏内有序传导”，可以动态观察，并可以随时停止来观察任一时刻动作电位在心脏中的传导及其与体表心电图的关系。接着点击“体表心电图引导”，进入该模块界面学习。该模块主要展现心电向量的形成。该模型实验完毕后，返回项目首页。

      4. 在首页点击“心电图的记录和分析”，进入该模块主界面。学习“心脏导联基本知识”、 “体表心电图波形”、 “QRS主波展示”和“正常人体十二导联心电图展示”。在心电图描记环节，可点击胸廓和人体，进行切换至胸导联或肢体导联。拖动胸导联记录电极引导“胸导联心电图v1-v6”，拖动肢体导联记录电极引导“肢体导联心电图I、 II、 III、 avR、avL和avF”。在此过程中可以随意摆放电极位置，显示屏同步显示波形，根据心电图波形自行判断导联是否接错、接反。

      5. 在首页点击“心电图的临床应用”，进入该模块主界面。该模块由3个案例组成，学生可按照顺序或随机选择一个案例，进入相应的案例教学项目学习。如：点击“案例一”，学生进入后首先学习案例病史回顾，然后通过操作界面观察并记录ESP病人的实时状态，监护仪数据，血流动力学、心电图等参数的改变，并分析心电图发生改变的主要机制及治疗原则，最后进行案例分析考核。

      6. 最后总结阶段，以小组为单位，分享案例和治疗原则，进行讨论。

1. 原理解析部分

      1) 在电池模型，分别点击选择电池、心脏，得到心脏电活动原理解析展示。

      2) 在 “单细胞模型”，心肌细胞受到有效刺激时心肌细胞膜电位发生改变；钠、钾、钙三种不同的离子通道通透性改变得到不同的动作电位波形。

      3) 在“心肌条模型”，拖动刺激电极刺激心肌条，可以观察到整个心肌条电位改变和收缩舒张变化。

      4) 在“人体模型”，点击改变导联的位置，可以观察到心电向量和R波的改变。

2.心脏电活动的心电图表现部分

       1）“兴奋在心脏内有序传导”模块，学生可以动态观察，并可以随时停止观察任一时刻动作电位在心脏中的传导及其与体表心电图的关系。

       2）在“体表心电图引导”模块，展现心电向量的形成。

3. 心电图的记录和分析部分

学生首先依次学习“心脏导联基本知识”、“体表心电图波形”、“QRS主波展示”和“正常人体十二导联心电图展示”。在心电图描记模块，拖动胸导联引导“胸导联心电图v1-v6”，拖动肢体导联，连接肢体可得到不同的 “肢体导联心电图”。

4. 心电图的临床应用部分

学生观察并记录ESP病人的实时状态，监护仪数据，血流动力学、心电图等参数的改变，并分析心电图发生改变的主要机制及治疗原则，最后进行案例分析考核。