何超翔,王金丹,樓哲豐,謝克儉,楊亭亭,徐漫歡,鄭曉群

(溫州醫(yī)科大學(xué)檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)院/生命科學(xué)學(xué)院，浙江 溫州 325000)

虛擬仿真技術(shù)是以計(jì)算機(jī)軟件、硬件為基礎(chǔ)，采用專門技術(shù)手段，通過對(duì)已知或未知世界的仿真，使人獲得真實(shí)感受的一種先進(jìn)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)[1]。虛擬仿真技術(shù)作為信息技術(shù)的產(chǎn)物，在教學(xué)、科研[2]、醫(yī)療等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景，正逐步成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的新方向[3]。

2005年教育部啟動(dòng)了國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)工作，并分別于2013、2017年開展了國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè)工作，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)與現(xiàn)代信息技術(shù)的深度融合，推動(dòng)了虛擬仿真教學(xué)在傳統(tǒng)教學(xué)中的應(yīng)用。醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)作為以實(shí)踐技能為基礎(chǔ)的專業(yè)，亟需加強(qiáng)虛擬仿真項(xiàng)目的建設(shè)以促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革。

一、醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀

(一)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀。

醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)是一門實(shí)驗(yàn)性強(qiáng)、多學(xué)科交叉融合的專業(yè)。由于其微觀結(jié)構(gòu)可視性差、概念抽象、實(shí)驗(yàn)操作要求高、學(xué)生對(duì)尖端大型設(shè)備接觸機(jī)會(huì)少等原因，給教學(xué)帶來不少的難度。此外，2012年教育部將原有的五年制醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)專業(yè)改為四年制的醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)[4]，縮短了教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)，同時(shí)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力提出了更高的要求。

近年，隨著高校的擴(kuò)招，學(xué)生數(shù)量的增加，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的矛盾日益突出。這類矛盾主要集中在：(1)師生比失衡。由于本科學(xué)生基數(shù)大，教師數(shù)量有限，僅能通過講解與演示的形式進(jìn)行教學(xué)，而無法面面俱到地對(duì)每一位學(xué)生的錯(cuò)誤操作進(jìn)行指導(dǎo)。(2)實(shí)驗(yàn)涉及生物危險(xiǎn)。醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)可能涉及危險(xiǎn)生物材料、感染性樣本的操作，如學(xué)生操作不規(guī)范，疏忽大意，將會(huì)導(dǎo)致安全事故。(3)實(shí)驗(yàn)條件有限。醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)儀器價(jià)格昂貴，更新快，種類多。各高校由于場(chǎng)地、經(jīng)費(fèi)等原因無法大量購(gòu)買、更新儀器。學(xué)生僅能在醫(yī)院實(shí)習(xí)期間對(duì)大型儀器進(jìn)行學(xué)習(xí)與操作。(4)實(shí)驗(yàn)考核方式單一。目前許多高校通過實(shí)驗(yàn)記錄本、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等資料對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行階段性評(píng)分。這種考核方式導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)只能產(chǎn)生機(jī)械記憶，也增加了學(xué)生抄襲他人的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的風(fēng)險(xiǎn)。除此之外，學(xué)生的動(dòng)手能力無法獲得及時(shí)有效的訓(xùn)練。

(二)學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀。

隨著電腦軟件與手機(jī)應(yīng)用的廣泛普及，利用互聯(lián)網(wǎng)等便利條件進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)于當(dāng)時(shí)代的大學(xué)生來講，已非新鮮事。新一代的大學(xué)生不僅熟悉網(wǎng)絡(luò)，且具有較強(qiáng)的信息獲取、處理能力。學(xué)生對(duì)書本上抽象的文字與圖片不能理解時(shí)，往往借助互聯(lián)網(wǎng)尋求幫助，通過自主學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行理解。在實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練時(shí)，學(xué)生對(duì)于課堂上次數(shù)有限的基本操作并不滿足，希望獲得更多的操作機(jī)會(huì)與指導(dǎo)。

目前，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)當(dāng)代大學(xué)生吸引力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。實(shí)驗(yàn)教學(xué)迫切需要滿足學(xué)生們的個(gè)性化需求，從以教為中心向以學(xué)為中心轉(zhuǎn)移。通過線上線下相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)可滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

二、醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)虛擬仿真平臺(tái)建設(shè)

由于醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足與不同層次學(xué)生學(xué)習(xí)的需求，我們構(gòu)建了一個(gè)集虛擬檢驗(yàn)科、虛擬檢驗(yàn)儀器、虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為一體的醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)虛擬仿真平臺(tái)。

(一)虛擬檢驗(yàn)科。

以ISO 15189醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證的檢驗(yàn)科為模型，我們按照最優(yōu)實(shí)驗(yàn)室排布方法設(shè)計(jì)出一個(gè)虛擬檢驗(yàn)科，此檢驗(yàn)科具備規(guī)范的實(shí)驗(yàn)室的布局，儀器放置與工作流程。虛擬檢驗(yàn)科包括6個(gè)實(shí)驗(yàn)室：臨床檢驗(yàn)室、臨床生化檢驗(yàn)室、臨床免疫檢驗(yàn)室、骨髓與細(xì)胞遺傳檢驗(yàn)室、臨床分子生物學(xué)檢驗(yàn)室、臨床微生物檢驗(yàn)室，并設(shè)置辦公區(qū)、樣品采集區(qū)、資料區(qū)及倉(cāng)庫(kù)等。

學(xué)生可通過鳥瞰模式、瀏覽模式了解檢驗(yàn)科。鳥瞰模式下可總覽布局，通過點(diǎn)擊進(jìn)入相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室，了解該實(shí)驗(yàn)室中儀器擺放位置、工作流程。瀏覽模式下可按照標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)入檢驗(yàn)科，即以更衣室為起點(diǎn)依次瀏覽整個(gè)檢驗(yàn)科。這兩種模式，能幫助低年級(jí)學(xué)生對(duì)檢驗(yàn)科形成直觀的認(rèn)識(shí)，并對(duì)接下來的課程學(xué)習(xí)帶來指引性的作用。除此之外，瀏覽模式也能幫助高年級(jí)學(xué)生鞏固3年里所學(xué)得的醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)科相關(guān)知識(shí)。

(二)虛擬檢驗(yàn)儀器。

虛擬檢驗(yàn)儀器分布于各實(shí)驗(yàn)室中，覆蓋現(xiàn)今檢驗(yàn)科所涉及到的大部分儀器。不僅包括儀器的樣式、內(nèi)部結(jié)構(gòu)展示，還包含儀器操作方面的互動(dòng)。

學(xué)生通過使用虛擬檢驗(yàn)大型儀器，可了解儀器的運(yùn)行原理以及操作步驟。以流式細(xì)胞儀為例，該虛擬檢驗(yàn)儀器包含了儀器概述、開機(jī)準(zhǔn)備、試劑更換、樣本檢測(cè)與儀器結(jié)構(gòu)，學(xué)生可以通過鼠標(biāo)的點(diǎn)擊，了解各個(gè)關(guān)鍵組件，同時(shí)可進(jìn)行模擬上樣、細(xì)胞分選、數(shù)據(jù)處理等操作，達(dá)到與操作真實(shí)的儀器相似的效果。這樣的模擬操作，為今后實(shí)習(xí)工作、科研學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(三)虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選取醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)各個(gè)實(shí)驗(yàn)課程中基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)與綜合性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行制作。學(xué)生通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作，在課前能起到預(yù)習(xí)的效果，掌握動(dòng)作要領(lǐng)與重點(diǎn)，在課后能夠達(dá)到復(fù)習(xí)的效果，更加深入了解實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)課程中所犯的錯(cuò)誤查漏補(bǔ)缺。對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行虛擬操作，能深化學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的了解與運(yùn)用，開闊實(shí)驗(yàn)思路。

如在臨床分子生物學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)這門課程中選取PCR的操作作為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)學(xué)生通過虛擬與真實(shí)操作后，掌握PCR的基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)與難點(diǎn)后，可通過綜合實(shí)驗(yàn)“多重PCR檢測(cè)α-地中海貧血基因缺失”對(duì)PCR在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中的應(yīng)用有一個(gè)深刻了解。

三、平臺(tái)使用初步效果

醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)虛擬仿真平臺(tái)通過檢驗(yàn)人員、相關(guān)教師的測(cè)試后，目前正以本校2017級(jí)檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)技術(shù)班級(jí)進(jìn)行試點(diǎn)，并納入實(shí)驗(yàn)考核。學(xué)生通過該平臺(tái)對(duì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行訓(xùn)練考核，可達(dá)到虛實(shí)結(jié)合，以虛促實(shí)的效果。通過對(duì)本平臺(tái)的使用，該班學(xué)生上課積極性與互動(dòng)程度均有所提加，同時(shí)93%的學(xué)生認(rèn)為在操作的過程中，虛擬仿真平臺(tái)的運(yùn)用可深化對(duì)專業(yè)知識(shí)的認(rèn)知，完善對(duì)檢驗(yàn)科的認(rèn)識(shí)，并能對(duì)之前的知識(shí)盲點(diǎn)進(jìn)行查漏補(bǔ)缺。

四、總結(jié)與討論

1989年William Wulf教授首次提出虛擬實(shí)驗(yàn)室[5]的概念后，虛擬仿真已經(jīng)從一個(gè)概念逐漸具體化，并成為服務(wù)教育的有力工具。醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)操作、生物安全性有著較高的要求，所以迫切需要引入虛擬仿真技術(shù)以解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所遇到的難點(diǎn)。

學(xué)生通過虛擬檢驗(yàn)科的漫游，可了解檢驗(yàn)科各個(gè)實(shí)驗(yàn)室、儀器的分布、工作流程，幫助建立檢驗(yàn)科的工作流程；學(xué)生通過虛擬檢驗(yàn)儀器的操作，能夠達(dá)到與真實(shí)教學(xué)效果相接近的效果；學(xué)生通過虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的訓(xùn)練，可夯實(shí)基礎(chǔ)，提高綜合應(yīng)用能力，較早形成科研思維。該平臺(tái)將傳統(tǒng)課堂教學(xué)與醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)有機(jī)靈活地結(jié)合起來，逐漸形成了以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的學(xué)習(xí)模式，為醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)相關(guān)專業(yè)的師生在實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練、實(shí)踐教學(xué)中帶來許多便利。

我們將對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行大力推廣使用，并深化內(nèi)容、提升技術(shù)，致力于實(shí)現(xiàn)降低教師重復(fù)工作量的目標(biāo)，節(jié)省工作時(shí)間成本，幫助教師將更多的精力投放入課堂教學(xué)和教學(xué)研究上；提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與效率，在夯實(shí)基礎(chǔ)的同時(shí)有更多的時(shí)間去參加科研與素質(zhì)培養(yǎng)，并為學(xué)生提供全新的教學(xué)手段與模式[6]。

致謝：感謝應(yīng)俊、周燕、李佩珍、姜愛英、潘智勇等老師在實(shí)驗(yàn)技術(shù)方面上的指導(dǎo)。