樂高機器人“檢易人”在醫(yī)學(xué)檢驗技術(shù)專業(yè)實驗教學(xué)中的創(chuàng)新與應(yīng)用

黃阿環(huán) 涂卓特 曾燕坤 邱國賓 羅金明 梁培棟 許賢圣 吳鎬琛 李靜宏 石焱芳

近年來，國務(wù)院發(fā)布了一系列大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)相關(guān)支持文件[1-2]，文件明確指出，各高校需大力改革教學(xué)方法，加強教師關(guān)于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育教學(xué)的能力，強化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐，有效激發(fā)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)靈感。教育部在通知文件中也指出[3]，為推動雙創(chuàng)升級，促進高校畢業(yè)生自主創(chuàng)業(yè)，各高校要加強大學(xué)科技園、創(chuàng)業(yè)孵化基地等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺建設(shè)，為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供場地支持。

1 “檢易人”介紹

根據(jù)上述文件要求，為了進一步推動大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)相關(guān)工作，我校醫(yī)學(xué)檢驗技術(shù)專業(yè)以學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地為平臺，進一步開展校企合作，共建研發(fā)孵化基地，并成立創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)導(dǎo)師人才庫，組建師生團隊，運用醫(yī)學(xué)檢驗技術(shù)專業(yè)知識，結(jié)合樂高配件，搭建了能夠進行智能化操作的“檢易人”產(chǎn)品。“檢易人”即進行簡易醫(yī)學(xué)檢驗技能操作的機器人，包括平板分區(qū)劃線和標(biāo)本搖勻。

2 醫(yī)學(xué)檢驗技術(shù)專業(yè)實驗教學(xué)的現(xiàn)狀分析

2.1 驗證性和重復(fù)性實驗為主，缺乏主動思考 醫(yī)學(xué)檢驗技術(shù)專業(yè)是實踐性較強的專業(yè)，在核心課程的教學(xué)中，實驗教學(xué)比例重、項目多，而且大多數(shù)為驗證性和重復(fù)性實驗，學(xué)生在實驗操作過程中僅機械地操作，思維較為束縛，對于學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性較為缺乏[4]。

2.2 手工操作為主，與臨床檢驗科脫節(jié) 由于高校經(jīng)費有限，且本著不浪費的理念，核心課程的實驗內(nèi)容大部分以手工操作為主，而隨著現(xiàn)代科技的飛躍發(fā)展，臨床檢驗科已基本實現(xiàn)儀器設(shè)備的自動化操作，校內(nèi)實驗教學(xué)對儀器設(shè)備知識的講授較少，且學(xué)生在校期間接觸臨床檢驗科的機會較少，因此存在實驗教學(xué)與臨床操作脫節(jié)的現(xiàn)象[5]。

3 “檢易人”在醫(yī)學(xué)檢驗技術(shù)專業(yè)實驗教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 平板分區(qū)劃線 平板分區(qū)劃線是《微生物學(xué)檢驗》[6]專業(yè)核心課程中重要的實驗教學(xué)內(nèi)容之一，也是國家級行業(yè)技能操作競賽的重要項目之一。目前，市面上存在分區(qū)劃線操作相關(guān)的儀器設(shè)備，但是由于其準(zhǔn)確度尚未達(dá)到理想狀態(tài)，故未在臨床檢驗科普及，而對于高校的實驗教學(xué)，采購此類儀器設(shè)備是不理想的，也并不需要。由此，在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)導(dǎo)師的指導(dǎo)下，學(xué)生自由組隊，在充分掌握分區(qū)劃線的理論知識點和注意點后，通過小組討論，設(shè)計了可行性方案，搭建了可操作的模型。

用顏色數(shù)量一定、型號不同的樂高積木，搭建成一個正方形的框架，四角用于固定和承載，內(nèi)置搭建一個正方形空間用于放置平皿，上方可固定一根接種環(huán)用于劃線接種，在構(gòu)建好的模型基礎(chǔ)上，搭配相應(yīng)的馬達(dá)和傳感器用于轉(zhuǎn)動和操作。根據(jù)分區(qū)劃線操作法的具體步驟要求，設(shè)定接種環(huán)劃線的角度和力度，將相應(yīng)程序編入樂高EV3微型主機內(nèi)，把樂高EV3微型主機與搭建好的模型相連接，即可啟動操作，完成機器人分區(qū)劃線操作。見圖1。

圖1 平板分區(qū)劃線模型

3.2 標(biāo)本搖勻 標(biāo)本搖勻是醫(yī)學(xué)檢驗技術(shù)專業(yè)核心課程中最為普遍的操作內(nèi)容之一，包括采血后的標(biāo)本搖勻、檢測前的標(biāo)本搖勻等。標(biāo)本搖勻時對搖勻力度等都有一定的要求，否則容易出現(xiàn)溶血等現(xiàn)象。臨床檢驗科目前已有標(biāo)本搖勻相關(guān)的儀器設(shè)備，但由于價格較貴，不適用于高校的實驗教學(xué)。為了能與臨床操作實現(xiàn)無縫隙對接，由學(xué)生設(shè)計了此模型。與平板分區(qū)劃線操作的原理相同，用顏色數(shù)量一定、型號不同的樂高積木，根據(jù)不同的構(gòu)思，搭建成正方形或長方形的框架，并搭建兩個手臂用于夾住抗凝管（或促凝管），同樣搭配相應(yīng)馬達(dá)和傳感器用于轉(zhuǎn)動和操作。根據(jù)標(biāo)本搖勻的操作要求，設(shè)定手臂搖擺的角度和力度，將相應(yīng)程序編入樂高EV3微型主機內(nèi)，把樂高EV3微型主機與搭建好的模型相連接，即可啟動操作，完成機器人標(biāo)本搖勻操作。見圖2。

圖2 標(biāo)本搖勻模型

4 “檢易人”項目學(xué)習(xí)效果評價

調(diào)研對象為我校2017級和2018級醫(yī)學(xué)檢驗技術(shù)專業(yè)學(xué)生，其中2017級學(xué)生197人，2018級學(xué)生223人，共計420人。共發(fā)放調(diào)查問卷420份，回收有效問卷395份，回收率為94.0%。通過調(diào)查問卷，了解學(xué)生對“檢易人”項目的學(xué)習(xí)情況。設(shè)計的調(diào)查問卷共分為3個維度，包括對“檢易人”項目的態(tài)度、“檢易人”項目的學(xué)習(xí)和能力提升情況、“檢易人”項目的效果。見表1。

4.1 對“檢易人”項目的態(tài)度 大部分學(xué)生在自身對樂高積木搭建感興趣的基礎(chǔ)上，對“檢易人”在實驗教學(xué)中的應(yīng)用更加感興趣，并認(rèn)為可以將此類創(chuàng)新想法應(yīng)用于其他課程的實驗教學(xué)中。通過“檢易人”項目，提高了他們對樂高積木搭建的興趣，有98.3%的學(xué)生表示，如有機會愿意在實驗教學(xué)外繼續(xù)接觸并學(xué)習(xí)樂高搭建。

表1 “檢易人”學(xué)習(xí)效果調(diào)查表

4.2 “檢易人”項目的學(xué)習(xí)和能力提升情況 此模塊的調(diào)研結(jié)果顯示，幾乎100%的學(xué)生認(rèn)為，通過“檢易人”項目的學(xué)習(xí)，全面提高了他們的動手實踐操作能力，對專業(yè)知識更易于理解和掌握，激發(fā)了他們的創(chuàng)新創(chuàng)意思維，提高了他們對學(xué)習(xí)的積極性和主動思考能力。在學(xué)習(xí)中遇到問題后，更偏向于通過動手實踐的方式解決問題，學(xué)會了主動查閱資料，主動思考并解決問題。但是在“通過檢易人項目，我學(xué)會了樂高EV3編程”這一題目中，僅85%的學(xué)生表示學(xué)會了編程，有15%的學(xué)生表示沒有學(xué)會，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，這15%的學(xué)生個人學(xué)習(xí)更偏向于文科方向，對邏輯思維的學(xué)習(xí)并不是特別感興趣。

4.3 “檢易人”項目的效果 通過“檢易人”項目的學(xué)習(xí)，學(xué)生表示感受到了什么是“寓教于樂”，不再覺得學(xué)習(xí)是一種壓力和負(fù)擔(dān)，而是能夠在快樂中學(xué)習(xí)到專業(yè)知識，并認(rèn)為能與未來的臨床崗位操作相對接，自身綜合能力得到了全面提升。經(jīng)過學(xué)習(xí)，學(xué)生們除了獨立思考能力得到提高外，還認(rèn)識到了團隊合作的重要性，大部分學(xué)生表示已經(jīng)對作品設(shè)計產(chǎn)生了自己的個性化方案，將會與老師和同學(xué)合作，延伸出更多的“檢易人”產(chǎn)品。

5 總結(jié)

5.1 “檢易人”項目是在研發(fā)孵化基地相關(guān)導(dǎo)師的指導(dǎo)下，通過校企合作，共同完成的系列產(chǎn)品。每一個模型的完成，都充分體現(xiàn)了師生團隊的合作精神，發(fā)揮了團隊的創(chuàng)造力和想象力，做到了因材施教，也達(dá)到了創(chuàng)新創(chuàng)意的效果，實現(xiàn)了做中學(xué)、學(xué)中做，與臨床無縫隙對接。

5.2 讓學(xué)生參與每一個模型產(chǎn)生的過程，如樂高零件的組裝、傳感器的調(diào)試和程序的編寫等，特別是程序的編寫，使其真正做到手腦并用，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的技能操作水平，還鍛煉了學(xué)生的規(guī)劃能力和架構(gòu)思維，通過完成以上任務(wù)，學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)意思維和綜合應(yīng)用能力進一步得到提升。

5.3 “檢易人”項目經(jīng)過縝密地設(shè)計、細(xì)心地搭建和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)鼐幊痰瘸绦?，并仍在不斷地進行改進和完善，特別是針對標(biāo)本搖勻，不同的師生團隊在后期完善過程中均針對標(biāo)本搖勻進行了各項升級，打破了手臂搖勻的模式，創(chuàng)新了“巨無霸”“搖勻床”“摩天輪”“搖擺哥”等標(biāo)本搖勻模型，其中“巨無霸”又再次升級為“旋轉(zhuǎn)式”血液混勻器，“搖勻床”再次升級為“燒烤架搖勻床”。系列產(chǎn)品的完成，有力地證明了師生的創(chuàng)新創(chuàng)意思維已得到提升，在專業(yè)教學(xué)中融入創(chuàng)新點并將創(chuàng)新點進行普及和推廣，讓學(xué)生在淺顯易懂的模型操作中掌握了各項專業(yè)知識。

5.4 在團隊合作的努力下，“檢易人”創(chuàng)新項目團隊代表我校參加2019年“和職教杯”第二屆福建省黃炎培職業(yè)教育獎創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽（高職組）榮獲了最佳人氣獎和銅獎，得到了專家的認(rèn)可，并通過相關(guān)平臺正在申報2項發(fā)明成果，為后期的進一步推廣奠定了良好的基礎(chǔ)。