基于MOOC的醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)探討

黃 坪，李紅松，潘克儉，張 曉

（1.成都醫(yī)學(xué)院 教務(wù)處，四川 成都 610500；2.成都醫(yī)學(xué)院 國有資產(chǎn)與設(shè)備管理處，四川 成都 610500；3.成都醫(yī)學(xué)院 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，四川 成都 610500）

大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程 （massive open on－line course，MOOC）的概念于2008年由Dave Cormier與Bryan Alexander教授首提出。2011年底，斯坦福大學(xué)嘗試將“機(jī)器學(xué)習(xí)”等3門課程免費(fèi)發(fā)布到網(wǎng)上，世界各地有10余萬學(xué)生注冊學(xué)習(xí)了這些課程。2012年6月，麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)聯(lián)合投資創(chuàng)建了edX，德克薩斯大學(xué)和加利福尼亞大學(xué)伯克利分校后來加入其 中。 自 此，MOOC發(fā)展的風(fēng)暴熱遍全球［1－4］。MOOC易于使用、費(fèi)用低廉（絕大多數(shù)MOOC是免費(fèi)的）、覆蓋的人群廣、支持自主學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)資源豐富，因而迅速發(fā)展，并對高等教育產(chǎn)生了重大影響［5］。

我國高校繼推出精品課程、視頻公開課、精品資源共享課后，也密切關(guān)注MOOC的發(fā)展。2013年，上海交通大學(xué)成為加入MOOC的第一所中國內(nèi)地高校，和耶魯、斯坦福等世界一流大學(xué)共建、共享全球最大在線課程網(wǎng)絡(luò)。此后，清華大學(xué)、北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等高校也申請加入。目前，MOOC已經(jīng)成為我國國家精品開放課程建設(shè)項(xiàng)目的重要組成部分，是國家建設(shè)虛擬仿真重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的重要促進(jìn)力量。但是，加入MOOC的醫(yī)學(xué)理論課程和實(shí)驗(yàn)課程非常少，只有美國用醫(yī)學(xué)模擬技術(shù)來判定疾病的場景等少數(shù)應(yīng)用。

1 醫(yī)學(xué)實(shí)踐教學(xué)存在的問題和解決思路

醫(yī)學(xué)教育是一種技能教育，實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)貫穿了整個醫(yī)學(xué)教學(xué)過程。醫(yī)學(xué)生只有通過足夠的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和一定數(shù)量的綜合性實(shí)驗(yàn)，才能獲得必要的綜合技能并初步具備實(shí)際工作能力［6］。長期以來，醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、臨床教學(xué)和實(shí)習(xí)受多種因素制約，實(shí)踐教學(xué)的開展存在許多問題。

第一，受倫理學(xué)的限制。醫(yī)學(xué)倫理學(xué)要求善待患者，實(shí)驗(yàn)動物倫理學(xué)要求善待動物［7］。因此，學(xué)習(xí)心肺復(fù)蘇急救、各種危險的臨床穿刺治療等技能操作不允許學(xué)生直接在病人身體上進(jìn)行，動物實(shí)驗(yàn)也要遵循減少 （reduction）、替 代 （replacement）和優(yōu)化 （refinement）的3R原則［8］。

第二，受實(shí)驗(yàn)條件的限制。一些高致病性病原微生物實(shí)驗(yàn)、具有放射性的實(shí)驗(yàn)和劇毒類物質(zhì)實(shí)驗(yàn)對實(shí)驗(yàn)開設(shè)條件要求高，即便開設(shè)，也面臨較大安全風(fēng)險。

第三，受實(shí)驗(yàn)成本和資源的限制。有些醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備昂貴、實(shí)驗(yàn)動物缺少、醫(yī)學(xué)生物類實(shí)驗(yàn)試劑和耗材價格過高。尤其是人體解剖實(shí)驗(yàn)所需要的尸體，不僅難得，而且重復(fù)使用率低，即便實(shí)驗(yàn)開出，但每組實(shí)驗(yàn)人員過多，并且實(shí)驗(yàn)操作不可逆、不可重復(fù)。

第四，受時空限制。如藥物穩(wěn)定性考察、藥物毒副作用實(shí)驗(yàn)等，實(shí)驗(yàn)時間跨度長達(dá)幾個月甚至數(shù)年，是常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法企及的。

由于上述條件的限制，學(xué)生動手實(shí)踐不充分，往往存在臨床思維欠缺、創(chuàng)新意識不夠、專業(yè)能力不足的問題［9］，成為制約醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)的因素之一。

在信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展及教育國際化的大背景下，筆者提出以MOOC為平臺，以校企合作為基礎(chǔ)，以疾病研究為導(dǎo)向，以人體生理系統(tǒng)為中心，對醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行全面的綜合改革，建立新的與MOOC相適應(yīng)的醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，以滿足醫(yī)學(xué)教育開放性在線課程的需求，滿足醫(yī)學(xué)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求。

2 醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)原則

醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的理念是充分利用虛擬實(shí)驗(yàn)開放、互動、共享的優(yōu)勢，促進(jìn)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、提升教學(xué)質(zhì)量，更好實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

2.1 以實(shí)為本、以虛補(bǔ)實(shí)、虛實(shí)結(jié)合

醫(yī)學(xué)的實(shí)踐性、醫(yī)學(xué)教育的技能性特征，決定了醫(yī)學(xué)實(shí)踐教學(xué)必須建立在“實(shí)訓(xùn)”的基礎(chǔ)上，包括實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟等理論知識的“實(shí)”訓(xùn)和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)際操作的“實(shí)”訓(xùn)，兩者缺一不可。雖然虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)源于現(xiàn)實(shí)的、真實(shí)的實(shí)驗(yàn)，具有實(shí)踐的本性，但其本身并非真實(shí)的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生也無法體會實(shí)際操作中可能出現(xiàn)的各種誤差［10］。因此，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)只能對學(xué)生的實(shí)踐操作進(jìn)行“形式訓(xùn)練”，而不能對學(xué)生動手操作能力進(jìn)行“實(shí)質(zhì)訓(xùn)練”。

在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，讓學(xué)生先進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)操作后再進(jìn)入實(shí)際操作，不但能提高實(shí)驗(yàn)效果，還可節(jié)約資源。利用虛擬仿真也可進(jìn)行一些大型綜合性實(shí)驗(yàn)，如細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)、PBL病例討論、臨床思維訓(xùn)練等；受條件限制不能開展的實(shí)物實(shí)驗(yàn)，都可以用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)替代。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，相互補(bǔ)充、能實(shí)不虛，可以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，是提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的有效手段，是對實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有力補(bǔ)充。

2.2 安全、開放、共享

基于MOOC的醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室是信息技術(shù)與教學(xué)內(nèi)容深度融合的產(chǎn)物，具有安全、開放、共享的特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)校內(nèi)外、本地區(qū)及更廣范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享，滿足多地區(qū)、多學(xué)校和多學(xué)科專業(yè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求［11］，使平臺效益最大化，保持平臺旺盛的生命力和擴(kuò)展能力，我校醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室按照醫(yī)學(xué)院校的大學(xué)科模塊分類，對于每一個大的學(xué)科再進(jìn)行細(xì)分，形成層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了一個便于分布式開發(fā)和層次結(jié)構(gòu)清晰的醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺。該平臺既利于課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，也兼顧課程整合，形成基于器官、系統(tǒng)、疾病的系統(tǒng)化體系。為了更好地服務(wù)全校師生和社會，中心采用分布式網(wǎng)絡(luò)平臺架構(gòu)，便于其他學(xué)校、醫(yī)院等共享訪問；為了提高訪問速度，可在其他單位建立鏡像服務(wù)器。

3 建設(shè)內(nèi)容

目前，我校醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)以教學(xué)資源建設(shè)為重點(diǎn)，包括虛擬實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)和臨床仿真實(shí)驗(yàn)室兩大部分。

3.1 醫(yī)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)

虛擬實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)主要包括基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、PBL實(shí)驗(yàn)教學(xué)、測試項(xiàng)目5個模塊。

（1）基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)模塊。包括人體解剖學(xué)的數(shù)字人解剖系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)的數(shù)字切片庫系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)的生理學(xué)、藥理學(xué)、病理生理學(xué)的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)的醫(yī)學(xué)寄生蟲、細(xì)菌形態(tài)學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞微生物學(xué)的細(xì)胞培養(yǎng)綜合實(shí)驗(yàn)等40多個綜合性實(shí)驗(yàn)，包括200多個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

（2）臨床醫(yī)學(xué)模塊。主要是臨床思維仿真訓(xùn)練系統(tǒng)，可開展氣道及呼吸、心臟停搏、心律失常、胸痛、代謝和循環(huán)造成的急診、中毒及服藥過量等6個模塊的臨床思維訓(xùn)練綜合實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生對病案的分析、診斷和自我獲取知識的能力，加強(qiáng)臨床思維方法，達(dá)到教學(xué)大綱對學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的要求。

（3）藥學(xué)模塊。包括藥物化學(xué)、藥物分析、藥物制劑方面的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，主要有常壓蒸餾、酸堿滴定、pH計(jì)測定醋酸的電離常數(shù)、重結(jié)晶、色譜分析、分光光度法測定Fe的含量、有機(jī)物熔點(diǎn)沸點(diǎn)測定、藥物制劑仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)、藥物壓片技術(shù)仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)等。

（4）PBL模塊。結(jié)合PBL的教學(xué)理念和模式，對臨床標(biāo)準(zhǔn)病人進(jìn)行體檢、實(shí)驗(yàn)室輔助檢測、診斷、案例分析與討論（含文獻(xiàn)檢索、閱讀、發(fā)病機(jī)制演示等），目前有心衰類疾病與中風(fēng)、細(xì)胞增殖分化凋亡異常與疾病（白血?。┑?個PBL案例。

（5）測試項(xiàng)目模塊。主要是對正在開發(fā)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行網(wǎng)上試運(yùn)行，以測試該模塊的運(yùn)行穩(wěn)定性并收集教師、學(xué)生的使用反饋意見。

3.2 臨床仿真實(shí)驗(yàn)室

臨床仿真系統(tǒng)主要由仿真設(shè)備和模型構(gòu)成，包括心肺聽診訓(xùn)練系統(tǒng)、腹部觸診訓(xùn)練系統(tǒng)、心肺復(fù)蘇急救高端模擬人、腰椎穿刺、胸腔穿刺、腹腔穿刺、氣管切開、各種輸液穿刺模型，以及仿真OSCE考試、手術(shù)直播、錄播示教系統(tǒng)等。臨床仿真以技能實(shí)訓(xùn)為主，并附以視頻演示，可開展30余項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可在網(wǎng)上預(yù)約實(shí)驗(yàn)。將那些無法在病人身上練習(xí)或醫(yī)療危險性較大的實(shí)驗(yàn)集中在實(shí)驗(yàn)室中，可以通過模擬訓(xùn)練的方式讓學(xué)生操作練習(xí)。

4 醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)特色與創(chuàng)新

4.1 靈活應(yīng)用先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)平臺

成都醫(yī)學(xué)院把品質(zhì)放在首位，堅(jiān)持高起點(diǎn)，嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)建設(shè)教學(xué)資源。在建設(shè)伊始，實(shí)驗(yàn)室人員對國內(nèi)外較好的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源進(jìn)行了學(xué)習(xí)，并在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，結(jié)合醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)和學(xué)校的實(shí)際，形成了以下資源建設(shè)的特點(diǎn)。

（1）教學(xué)平臺具有技術(shù)先進(jìn)性，可以在Windows、Linux或Mac OS等操作系統(tǒng)上運(yùn)行，也可以在PC機(jī)、平板電腦或手機(jī)上運(yùn)行，靈活自如的跨平臺使用功能，促成學(xué)生無處不在的學(xué)習(xí)。

（2）資源具有逼真性。無論是外購還是研發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)，必須與真實(shí)實(shí)驗(yàn)步驟和過程高度逼真，盡量采用3D表達(dá)，且必須通過實(shí)驗(yàn)專家的實(shí)驗(yàn)和鑒定后才能放到平臺上使用。

（3）教學(xué)資源具有完整性。虛擬實(shí)驗(yàn)包括實(shí)驗(yàn)原理介紹、實(shí)驗(yàn)操作錄像、仿真交互操作、結(jié)果模擬顯示等基本內(nèi)容。

（4）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)具有一定的靈活性。學(xué)生根據(jù)平臺提供的器材自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，可以觀察到不同條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提高研究能力。

（5）資源具有針對性和普適性。主要針對實(shí)際實(shí)驗(yàn)難以開展或消耗較大的項(xiàng)目及大型綜合性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行開發(fā)和建設(shè)，實(shí)驗(yàn)資源向醫(yī)學(xué)及相關(guān)專業(yè)均要開設(shè)的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)傾斜，不但供本校絕大多數(shù)學(xué)生使用，還向全國醫(yī)藥高等院校以及中職、高職醫(yī)學(xué)?？茖W(xué)校輻射利用，使其發(fā)揮廣泛的教育作用。

4.2 整合教學(xué)資源，構(gòu)建集約化和系統(tǒng)化平臺

成都醫(yī)學(xué)院整合了解剖學(xué)、組織學(xué)、病理學(xué)、機(jī)能學(xué)等學(xué)科的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以人體器官、組織結(jié)構(gòu)、病理過程及臨床診療為主線，以病原微生物、細(xì)胞、分子檢驗(yàn)技術(shù)為輔線，形成基于器官、系統(tǒng)、病例為核心的系統(tǒng)化虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺支持學(xué)生自由搭建合理的實(shí)驗(yàn)或案例，有利于學(xué)生對實(shí)驗(yàn)基本功的掌握，也有利于培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識。內(nèi)建的題庫系統(tǒng)，可提供在線自測，是一個良好的自我學(xué)習(xí)、測試平臺。

4.3 整合學(xué)校資源，深入開展校企合作

成都醫(yī)學(xué)院整合了基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、臨床醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、藥學(xué)技能實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心等3個省級實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的資源，擁有一支職稱、學(xué)歷、年齡、學(xué)科結(jié)構(gòu)合理的師資隊(duì)伍。同時，學(xué)校深入開展校企合作，采取“校－企合作、校－校合作、校－院（教學(xué)醫(yī)院）合作”的方式，以成都泰盟科技有限公司為紐帶，以10余所高等醫(yī)學(xué)院校合作為基礎(chǔ)，加快平臺教學(xué)資源的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了平臺資源的共建、共管、共享。

5 建設(shè)成效

成都醫(yī)學(xué)院充分利用醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，針對不同專業(yè)，選擇性增加了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其中新增21項(xiàng)由于受條件限制而無法開設(shè)真實(shí)實(shí)驗(yàn)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，新增大型綜合、設(shè)計(jì)性項(xiàng)目24項(xiàng)，新增PBL實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目4項(xiàng)。利用虛擬仿真設(shè)備，在解剖學(xué)、形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中同時展開了真實(shí)實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。隨著中心教學(xué)資源日益豐富，平臺為學(xué)生提供了直觀實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)教學(xué)環(huán)境立體化［12］，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量提升的貢獻(xiàn)度不斷加大，成為高素質(zhì)應(yīng)用型醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)的重要平臺。

2011—2012年，成都醫(yī)學(xué)院畢業(yè)生參加臨床醫(yī)師執(zhí)業(yè)資格考試的通過率分別達(dá)到63.06%、74.02%，高于全國平均水平，近三年畢業(yè)生就業(yè)率始終保持在90%以上。2012年，本校學(xué)生獲“全國高等醫(yī)學(xué)院校大學(xué)生臨床技能競賽”西南西北賽區(qū)一等獎和全國總決賽一等獎；2013再獲西南西北賽區(qū)一等獎和全國總決賽二等獎；2011—2013年獲全國大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”科技作品三等獎2項(xiàng)；2010年和2012年參加全國大學(xué)生基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)大賽各獲1項(xiàng)三等獎。2014年，我校醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心成為教育部首批國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。

6 結(jié)束語

正如德國哈素·普拉特納學(xué)院院長克里斯多夫·梅內(nèi)爾（Christoph Meinel）教授所言：“MOOC是對傳統(tǒng)大學(xué)的顛覆性延伸而不是威脅，它將創(chuàng)造一個傳統(tǒng)的大學(xué)過去無法企及的、完全新的、更大的市場?！被贛OOC的醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的意義在于利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與云端開放式教育平臺，實(shí)現(xiàn)高等教育優(yōu)質(zhì)資源共享，對于推動高等醫(yī)學(xué)教育改革，創(chuàng)新醫(yī)學(xué)教育教學(xué)模式，促進(jìn)高校與企業(yè)的交流與合作，擴(kuò)大大學(xué)的社會影響力，提高優(yōu)秀教師社會知名度，提高醫(yī)學(xué)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的質(zhì)量都具有十分重要的意義。

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［10］王涌，李國麗，應(yīng)艷杰，等.建設(shè)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室，深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010，27（9）：85－87，107.

［11］教育部高等教育司.關(guān)于開展國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知［EB／OL］.（2013－08－13）［2014－03－25］.http：／／www.moe.gov.cn／publicfiles／business／htmlfiles／moe／A08 ＿gggs／201308／156121.html.

［12］梁楠，張曉.創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)以促進(jìn)示范中心建設(shè)［J］.重慶醫(yī)學(xué)，2013，42（14）：1667－1668.