醫(yī)學(xué)檢驗技術(shù)虛擬仿真實驗教學(xué)發(fā)展

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［提要］隨著醫(yī)學(xué)檢驗技術(shù)教學(xué)的不斷改革與創(chuàng)新，虛擬仿真實驗教學(xué)已成為教師的重要教學(xué)手段，各醫(yī)科院校里的虛擬仿真實驗教學(xué)中心也成為醫(yī)學(xué)檢驗技術(shù)信息化的重要組成部分，如何實現(xiàn)醫(yī)學(xué)檢驗技術(shù)虛擬仿真實驗教學(xué)中心的可持續(xù)發(fā)展是一項重要的任務(wù)。通過對醫(yī)學(xué)檢驗技術(shù)虛擬仿真實驗教學(xué)中心的現(xiàn)狀進(jìn)行梳理，分析影響虛擬仿真實驗教學(xué)中心可持續(xù)發(fā)展的問題和制約的因素，提出可持續(xù)發(fā)展的資源利用與開發(fā)舉措，以及以知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)體系、經(jīng)費保障機制、長效激勵機制為主體的管理體系和運行機制。

［關(guān)鍵詞］實驗室技術(shù)和方法；教學(xué)方法；仿生學(xué)；計算機通信網(wǎng)絡(luò)

1虛擬仿真實驗教學(xué)中心可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)涵與建設(shè)任務(wù)

虛擬仿真實驗教學(xué)中心可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)涵包含2個方面：（1）具有智能發(fā)展性。虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)要根據(jù)學(xué)科的發(fā)展規(guī)劃以及學(xué)科建設(shè)的新要求，在當(dāng)前現(xiàn)有的資源基礎(chǔ)上不斷加入新的內(nèi)容、新的知識和新的技術(shù)手段［3］。（2）具有可持續(xù)發(fā)展性。即保證發(fā)展的長遠(yuǎn)性和不間斷性，這就要求虛擬仿真實驗教學(xué)中心要立足學(xué)校的高度，打破學(xué)科的局限，整合各學(xué)科信息化實驗教學(xué)資源，發(fā)揮企業(yè)開發(fā)實力強、支持服務(wù)能力好的優(yōu)勢，以培養(yǎng)學(xué)生扎實的綜合實驗設(shè)計能力與創(chuàng)新能力為出發(fā)點，創(chuàng)造性地建設(shè)與應(yīng)用高水平軟件共享虛擬實驗、儀器共享虛擬實驗和遠(yuǎn)程控制虛擬實驗等教學(xué)資源，提高教學(xué)能力，拓展實踐領(lǐng)域，豐富教學(xué)內(nèi)容，降低成本和風(fēng)險，開展綠色實驗教學(xué)［4］。具體應(yīng)做到以下幾點：（1）管理平臺的建設(shè)。虛擬仿真實驗教學(xué)中心不是單一學(xué)科專業(yè)的封閉式實驗室，而應(yīng)該是多學(xué)科、多學(xué)校、多地區(qū)的實驗教學(xué)資源平臺，需要一個兼容性強，且具備擴展性和前瞻性的共享管理平臺來管理實驗教學(xué)資源，以實現(xiàn)校內(nèi)外、本地區(qū)及更廣范圍內(nèi)的實驗教學(xué)資源共享。（2）保障持續(xù)性運行經(jīng)費的投入。虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)與發(fā)展需要虛擬仿真實驗項目與軟件的不斷開發(fā)、維護(hù)與更新，必須要有持續(xù)性的經(jīng)費支持，沒有持續(xù)性的經(jīng)費支持，虛擬仿真實驗教學(xué)中心不可能得到良好持續(xù)的發(fā)展。（3）建立管理體制與運行機制。完善良好的管理體制和合理的運行機制是虛擬仿真實驗教學(xué)中心高效運轉(zhuǎn)的前提，多學(xué)科、多專業(yè)的實驗教學(xué)資源融合平臺需要有好的管理體制與運行機制以確保各項實驗教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)［5］。（4）探索校企共建共管的新模式和新途徑，建立可持續(xù)發(fā)展的虛擬仿真實驗教學(xué)服務(wù)支撐體系。

2虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)的必要性

培養(yǎng)創(chuàng)新型和實用型的“一專多能”高素質(zhì)檢驗人才離不開實驗教學(xué)這一重要環(huán)節(jié)。醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗是針對醫(yī)學(xué)實驗的現(xiàn)象及過程，通過仿真、虛擬現(xiàn)實、多媒體等技術(shù)及相關(guān)設(shè)備將操作實踐與實驗材料、實驗儀器、實驗內(nèi)容、實驗方法步驟等相互結(jié)合構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗對象，學(xué)生能在高仿真度的虛擬環(huán)境中開展實驗，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)所要求的教學(xué)效果［6］。而醫(yī)學(xué)檢驗技術(shù)是一門實踐性和應(yīng)用性均很強的學(xué)科。臨床檢驗工作者要熟練掌握常用檢驗儀器的實驗原理與操作技能，具備分析問題和解決問題的獨立工作能力，這需要經(jīng)歷一個較漫長的過程。長期以來，檢驗專業(yè)的教學(xué)常以教師授課、學(xué)生聽課及進(jìn)行常規(guī)的實驗操作和課后看書復(fù)習(xí)的傳統(tǒng)教學(xué)模式為主，學(xué)生實操能力的培養(yǎng)受到一定實驗條件的限制［7］。因此，可依托虛擬臨床實驗室系統(tǒng)與虛擬實驗操作流程，讓操作者可以通過計算機虛擬的實驗環(huán)境，擺脫傳統(tǒng)實驗的種種限制，讓學(xué)生“身臨其境”地操作虛擬儀器和其他實驗器材自主選擇實驗內(nèi)容、模擬操作過程，通過對虛擬世界的體驗和交互作用加快熟悉檢驗的相關(guān)內(nèi)容，從而達(dá)到教學(xué)大綱的教學(xué)要求與學(xué)習(xí)效果。虛擬仿真教學(xué)作為實驗教學(xué)的輔助有段可有效解決過去醫(yī)學(xué)檢驗教學(xué)的難題：（1）為解決醫(yī)學(xué)檢驗技術(shù)高、精、昂貴儀器培訓(xùn)難的困擾提供了條件。醫(yī)學(xué)檢驗離不開高、精、昂貴的儀器設(shè)備（如全自動生化分析儀、高精酶標(biāo)儀、流式細(xì)胞儀等），然而在學(xué)生上實操課、見習(xí)及各級各類培訓(xùn)過程中不可能拆分儀器和實時親手操作這些儀器設(shè)備，而通過虛擬的儀器設(shè)備可很好地解決這一難題，實現(xiàn)對高、精、昂貴的儀器設(shè)備的操作，達(dá)到醫(yī)學(xué)檢驗實驗機能與培養(yǎng)學(xué)生綜合實驗思維的目的［8］。（2）規(guī)范檢驗技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化操作培訓(xùn)。通過模擬操作檢驗過程（如細(xì)菌接種培養(yǎng)、靜脈血標(biāo)本和骨髓標(biāo)本的采集等）規(guī)范學(xué)生的臨床檢驗實驗操作，掌握相關(guān)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化操作程序，提高臨床實踐能力。（3）規(guī)避檢驗技術(shù)培訓(xùn)的生物安全問題。在虛擬環(huán)境下進(jìn)行仿真儀器操作與實驗項目訓(xùn)練不需要接觸真實的設(shè)備和疾病標(biāo)本，避免了受感染、受傷的危險性。（4）節(jié)約檢驗技術(shù)培訓(xùn)的實驗器械、試劑等耗材成本。在虛擬實驗室中學(xué)習(xí)及操作虛擬實驗可反復(fù)多次訓(xùn)練，不存在實驗器械、耗材與試劑（如昂貴的抗體）的消耗，節(jié)省使用、維護(hù)成本。（5）解決臨床檢驗中疑難罕見形態(tài)學(xué)資源短缺問題。在虛擬形態(tài)學(xué)圖片庫中可隨時搜索并學(xué)習(xí)到一些在臨床工作中少見的細(xì)菌（紅斑丹毒絲狀菌）、病毒（漢坦病毒）、寄生蟲（環(huán)孢子蟲）、白血病細(xì)胞及一些罕見的實驗現(xiàn)象、結(jié)果等，可達(dá)到實際實驗難以實現(xiàn)的效果，使操作者的學(xué)習(xí)事半功倍，大大縮短了學(xué)生進(jìn)入臨床檢驗工作的適應(yīng)期。（6）增加學(xué)生對檢驗技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣和效果。在逼真的軟件系統(tǒng)與豐富的數(shù)字化資源中自由尋覓，遠(yuǎn)比枯燥的課本、笨重的儀器、漫長的實驗等待更能吸引學(xué)生的興趣，從而提高學(xué)習(xí)效果。（7）臨床檢驗人員的再教育也可充分利用虛擬仿真實驗教學(xué)中心。讓臨床檢驗人員在工作之余根據(jù)自己的興趣和愛好在逼真的軟件系統(tǒng)與豐富的數(shù)字化資源中自由學(xué)習(xí)新知識、新技術(shù)、新進(jìn)展，達(dá)到再次提升技能的目的。（8）在課余時間，學(xué)生可利用虛擬仿真實驗教學(xué)中心進(jìn)行科研設(shè)計和預(yù)實驗。學(xué)生進(jìn)入虛擬場景，根據(jù)實驗要求自行設(shè)計實驗并完成實驗，這樣不僅能鍛煉學(xué)生的獨立構(gòu)思和設(shè)計能力，且能激發(fā)學(xué)生的科研興趣，更有利于培養(yǎng)具有創(chuàng)新型和實用型人才。

3制約虛擬仿真實驗教學(xué)中心可持續(xù)發(fā)展的問題

從2013年啟動國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)工作至今已有數(shù)年，全國已有300余家國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心，但在管理機制和運行機制等方面尚不盡完善，存在一些問題：（1）資源利用不高及浪費嚴(yán)重。部分虛擬仿真實驗中心利用率不高，加上新技術(shù)的快速發(fā)展，導(dǎo)致一些資源的折舊率很高。應(yīng)將每個高校各自不同實驗室的資源進(jìn)行整合以提高利用率［9］。（2）后續(xù)投入的經(jīng)費不足。大部分高校虛擬仿真實驗中心建設(shè)模式為一次性建設(shè)，在建設(shè)完成后很少有經(jīng)費的持續(xù)性投入，但虛擬仿真實驗中心的建設(shè)是一個持續(xù)性過程，虛擬仿真教學(xué)實驗項目的增設(shè)、軟件的更新均需要后續(xù)的擴展與完善，均需要持續(xù)性的經(jīng)費投入。（3）管理機制和運行機制尚不夠完善。部分高校虛擬仿真實驗教學(xué)中心無法發(fā)揮多學(xué)科的優(yōu)勢，缺乏統(tǒng)一的管理平臺，在資源整合方面做得不夠細(xì)致，從而導(dǎo)致利用率不高［10］。（4）知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)力度不夠。在虛擬仿真實驗教學(xué)的建設(shè)過程中每一個新的虛擬仿真實驗教學(xué)項目與實驗軟件的開發(fā)均是工作人員智慧與汗水的結(jié)晶，應(yīng)該對其進(jìn)行知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)與獎勵。但目前大部分高校僅將此當(dāng)作其工作職責(zé)與工作義務(wù)看待。對知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)和建設(shè)人員的效益激勵力度不夠，在一定程度上阻礙了虛擬仿真教學(xué)中心的可持續(xù)性發(fā)展［11］。

4虛擬仿真實驗教學(xué)中心可持續(xù)發(fā)展的資源利用與開發(fā)舉措

“科學(xué)規(guī)劃、共享資源、突出重點、提高效益、持續(xù)發(fā)展”是教育部對各高校虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)的指導(dǎo)思想要求。虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)要以提高學(xué)生的實踐能力與創(chuàng)新精神為宗旨，以共享優(yōu)質(zhì)實驗教學(xué)資源為核心，以建設(shè)信息化實驗教學(xué)資源為重點，推動高等學(xué)校實驗教學(xué)信息化建設(shè)與改革創(chuàng)新［12］。因此，資源共享是虛擬仿真實驗教學(xué)中心可持續(xù)發(fā)展的前提條件，也是實現(xiàn)資源可持續(xù)發(fā)展的重要途徑：（1）虛擬仿真實驗教學(xué)中心是信息技術(shù)與學(xué)科專業(yè)深度融合的產(chǎn)物，是多學(xué)科資源共建的平臺，而不是單一某個學(xué)科的實驗室。通過信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將各高校的虛擬仿真資源在網(wǎng)絡(luò)平臺上共享，可有效解決資源重復(fù)建設(shè)、資源利用率不高的問題，同時，信息化技術(shù)便于使用者訪問和資源的調(diào)用，對提高資源的使用效率具有重要的意義［13］。（2）通過將資源集中在一個管理平臺中進(jìn)行共享共用，可起到資源的有效整合和高度優(yōu)化的作用，發(fā)揮資源的高效性，開發(fā)更優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，從而緩解資源維護(hù)和升級經(jīng)費等問題。（3）有效吸納和利用社會資源。高校是理論知識的傳播載體，在專業(yè)知識方面具有優(yōu)勢；企業(yè)是研發(fā)虛擬仿真項目與提供虛擬仿真技術(shù)服務(wù)的實踐載體，在實驗技術(shù)手段的實現(xiàn)方面具有優(yōu)勢。高校的專業(yè)知識指導(dǎo)與企業(yè)的技術(shù)研發(fā)實踐相結(jié)合才可實現(xiàn)雙方所期待的雙贏結(jié)果。因此，社會參與共同研發(fā)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺是虛擬仿真資源實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必要保證。（4）建立有效的評價和反饋體系。使用者有效的評價與及時的反饋是虛擬仿真實驗平臺發(fā)展完善的動力與方向。使用者對所使用的資源進(jìn)行質(zhì)量評價，可有效地對使用的資源進(jìn)行檢驗，同時，有利于資源的完善和改進(jìn)。綜上所述，基于醫(yī)學(xué)檢驗技術(shù)傳統(tǒng)教學(xué)的不足及虛擬仿真教學(xué)的獨特優(yōu)勢，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，根據(jù)檢驗專業(yè)特點與育人目標(biāo)，研發(fā)和推廣虛擬仿真實驗教學(xué)，將現(xiàn)實實驗教學(xué)中高成本、高耗能的綜合實驗項目與現(xiàn)實環(huán)境中涉及高危、不可及或不可逆的操作內(nèi)容以虛擬仿真實驗教學(xué)的方式呈現(xiàn)，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實現(xiàn)學(xué)校資源的優(yōu)化配置，給傳統(tǒng)的實驗教學(xué)注入新的活力，對高等醫(yī)學(xué)檢驗技術(shù)教育的發(fā)展和高素質(zhì)創(chuàng)新性人才培養(yǎng)具有深遠(yuǎn)的意義。

作者：林滿華 蔡靜怡 謝朝陽 余路新 單位：廣東醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)檢驗學(xué)院