醫(yī)學檢驗技術專業(yè)虛擬仿真實驗室的建設與思考*

萬 莉，張 紅，吳民瀘，賴 翼，陳 曼，孟 堯

(成都醫(yī)學院檢驗醫(yī)學院，四川成都 610500)

快速發(fā)展的現(xiàn)代化信息技術促進了高等教育教學的改革、加速了教學模式的多元化發(fā)展。虛擬仿真實驗室是一種基于Web技術、虛擬現(xiàn)實技術(VR)構建的開放式網(wǎng)絡化的虛擬實驗教學系統(tǒng)[1]，是高等教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內(nèi)容，是學科專業(yè)與信息技術深度融合的產(chǎn)物。隨著虛擬仿真技術的成熟，虛擬仿真實驗在科學研究、實驗教學中得到了越來越廣泛的應用[2]。自2013年教育部開展了國家虛擬仿真實驗教學項目建設工作以來，虛擬實驗室建設成為高校實驗教學改革的新方向，虛擬仿真實驗室的開發(fā)與應用將會對醫(yī)學檢驗技術專業(yè)的實驗教學改革產(chǎn)生變革性的影響。

1 醫(yī)學檢驗技術專業(yè)實驗教學的現(xiàn)狀

實驗教學是醫(yī)學院校非常重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學生實際動手能力和創(chuàng)新能力方面有著不可取代的作用。醫(yī)學檢驗技術屬于實驗室醫(yī)學，十分強調(diào)學生的實踐操作能力和儀器操控能力，尤其是隨著科技的進步，檢驗技術及檢驗儀器更是發(fā)生著日新月異的變化，這對醫(yī)學檢驗技術專業(yè)的人才培養(yǎng)提出了更高的要求。而本校醫(yī)學檢驗技術專業(yè)的實驗教學受儀器設備、實驗內(nèi)容、場地、師資等多個因素約束、限制，使得本專業(yè)的在校生無法得到像臨床檢驗科一樣真實的實踐操作機會[3]。

1.1檢驗儀器設備滯后 檢驗科常規(guī)使用的全自動分析儀器，由于價格昂貴，使用及維護成本高，因此本校的全自動分析儀器不僅數(shù)量少，而且規(guī)格陳舊，元器件老化，無法滿足日常實驗，大多數(shù)情況僅作為示教使用，使得實驗教學的檢驗儀器設備滯后于臨床，很多的新方法、新技術無法在實驗中展開，實驗項目多以傳統(tǒng)經(jīng)典、驗證性實驗為主，缺乏對學生創(chuàng)新性思維和能力的培養(yǎng)[4-5]。

1.2實驗內(nèi)容受限 臨床樣本獲取困難，尤其是臨床基礎檢驗學、臨床血液學的形態(tài)學資源缺乏，臨床病原微生物學的疑難罕見樣本短缺[6]，導致實驗內(nèi)容單一、項目陳舊，與臨床實際應用存在明顯的脫節(jié)。

1.3影響實驗室安全 實驗教學中使用的檢驗標本多來源于人體體液的生物樣品，具有極大的感染性，實驗室存在很大的污染隱患。

1.4實驗經(jīng)費和場地限制 近年來本校醫(yī)學檢驗技術專業(yè)的招生人數(shù)逐年增加，實驗教室少，實驗教師缺乏，即使實驗課采用小班教學，學生也分成4人一組，無法保證每個學生都有操作的機會，學生難免生出偷懶、坐享其成的行為，難以保障教學效果。且常規(guī)實驗所需耗材量大，從而造成學校對本專業(yè)實驗教學的經(jīng)費投入巨大。

1.5實驗課時不足 醫(yī)學檢驗本科由五年制改為四年制，各課程的學時數(shù)都在減少，包括實驗學時，勢必造成教學內(nèi)容減少、教學進度加快、實驗項目壓縮、學生學的不全、學得不精，教學質(zhì)量難以保證。

2 醫(yī)學檢驗技術專業(yè)構建虛擬仿真實驗室的意義

教育教學改革的著眼點是提升專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。在醫(yī)學檢驗教育“五改四”的背景下，傳統(tǒng)的教學方法和教學條件已明顯滯后于當前的人才培養(yǎng)需求，不僅直接影響學校的教學質(zhì)量，更影響學生未來在社會及行業(yè)領域的競爭力。虛擬仿真實驗室的建設和應用，充分發(fā)揮學科專業(yè)優(yōu)勢，改造實驗教學手段、革新實驗教學內(nèi)容、突破實驗教學模式，是探索醫(yī)學檢驗技術實驗教學改革的有效途徑。

2.1改善實驗教學條件 尤其是價格昂貴、結構復雜的大型、新型儀器可以在虛擬實驗室中全面展現(xiàn)，避免儀器設備的巨額投資和重復添置[7]，降低實驗室儀器設備建設、管理和運行成本，減輕保養(yǎng)維護的工作量[8]，保證了實驗開出率及使用率。有效緩解了實驗教學在經(jīng)費、場地、器材等方面面臨的困難和壓力，解決了實驗室儀器設備落后、配置不足、試劑耗材浪費、生物安全隱患等傳統(tǒng)實驗教學的不足。

2.2改革實驗教學模式 虛擬仿真實驗室開放共享的實驗環(huán)境，形象逼真的學習場景，直觀生動的實驗對象，靈活的學習方式，可再現(xiàn)的教學模式[9]，極大地調(diào)動學生學習的主動性和積極性，激發(fā)學生的學習興趣[10]。虛擬儀器在組建上具有高效性與靈活性，能夠適應測試功能的多樣化，可用表格、圖形快速準確顯示結果，方便教師與學生、學生與學生之間進行互動學習，從而改變了實驗教學模式，有效地提高教學效率和教學質(zhì)量。

2.3培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才 構建具有醫(yī)學檢驗特色的虛擬仿真實驗室，模擬檢驗科的工作環(huán)境、工作性質(zhì)和工作方式，讓學生猶如身臨檢驗科，真實地體會到檢驗科的工作模式，能有效地培養(yǎng)學生將所學知識融入臨床工作，促進學生臨床思維能力、臨床操作能力的訓練[11]，實現(xiàn)與臨床無縫對接。教師可利用虛擬仿真系統(tǒng)搭建綜合性、設計性實驗或案例，極大地促進了綜合性、設計性、創(chuàng)新性實驗的開設，活躍學生思維，增強學生動手能力，鍛煉學生獨立思考和設計能力，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維及開拓精神起到積極的引導作用，促進醫(yī)學檢驗技術專業(yè)高素質(zhì)、創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)[12]。

3 醫(yī)學檢驗虛擬仿真實驗室建設思路與規(guī)劃

本校醫(yī)學檢驗技術專業(yè)強調(diào)以專業(yè)為本，提升崗位勝任力為導向，促進學生專業(yè)知識、職業(yè)能力、創(chuàng)新思維、綜合素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展。在實體實驗的基礎上，通過構建實驗教學體系，合理整合、適當引入資源，借助學校大平臺，積極推進醫(yī)學檢驗技術專業(yè)虛擬仿真實驗室的建設。

3.1構建虛擬仿真實驗教學體系 圍繞專業(yè)培養(yǎng)目標，充分發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢，認真梳理課程體系[13]，優(yōu)化實驗教學內(nèi)容，精選實驗教學項目，構建科學完善、資源豐富、專業(yè)特色鮮明的虛擬仿真實驗教學體系。

醫(yī)學檢驗技術專業(yè)學生未來的工作場所主要集中在實驗室，以三級甲等醫(yī)院檢驗科為藍本，模擬檢驗科室實際的工作環(huán)境，在計算機上營造臨床實驗室的布局設置、儀器設備、工作流程、檢驗項目，涵蓋檢驗科常用儀器的種類型號、參數(shù)設置、操作使用、保養(yǎng)維護和報警處理等儀器使用的各方面。以臨床生化室自動化生化分析儀的使用為例，包括虛擬樣本預處理、樣本檢測、校準定標、更換試劑、質(zhì)量控制、報告審核、日常管理等各方面，學生可通過虛擬仿真平臺提前熟悉實驗內(nèi)容、實驗步驟等，并根據(jù)個人的學習情況進行反復的練習。

虛擬實驗項目涵蓋基本型實驗、綜合設計型實驗、研究創(chuàng)新型實驗等，臨床生化檢驗教學設計了以糖代謝紊亂為例的研究創(chuàng)新性實驗教學項目：虛擬糖代謝紊亂的臨床病例，從標本采集、檢測項目選擇、檢測、儀器使用、質(zhì)量控制、報告審核到完成初步診斷，讓學生掌握檢驗基本流程及日常管理，訓練臨床思維能力。教師可以利用平臺與學生互動，解答學生的問題，評估學習效果。

3.2合理整合虛擬仿真資源 依托本校國家級醫(yī)學虛擬仿真實驗教學中心、省級精品課程、校級優(yōu)秀網(wǎng)絡課程、視頻公開課程等優(yōu)質(zhì)教學資源，整合資源，優(yōu)化實驗教學內(nèi)容。臨床血液學檢驗課程與臨床病理學課程合作，將正常骨髓片及常見血液病骨髓片全片制作成形態(tài)學虛擬仿真項目。學生進入該項目，如同使用顯微鏡觀察骨髓片細胞形態(tài)，并可通過點擊界面設置，切換低倍鏡、高倍鏡及油鏡。不僅學習形式生動有趣，學習時間靈活多變，更有效解決了骨髓片來源困難，數(shù)量不足的問題。

3.3適當引入虛擬仿真資源 引入企業(yè)已開發(fā)和成功運行的虛擬仿真系統(tǒng)及軟件，以拓展實驗教學的深度和廣度。目前本校已購買顯微鏡使用、移液管使用、骨髓穿刺術、細胞染色技術、電泳基本操作、熒光定量聚合酶鏈反應技術、電化學發(fā)光技術、蛋白質(zhì)定量檢測等虛擬仿真實驗項目。購買體液、腦脊液、血液學、寄生蟲學、微生物學的形態(tài)庫用于形態(tài)學實驗教學。對于關鍵技術、管理平臺的建設通過校企合作完成，與企業(yè)進行實驗項目的設計與開發(fā)[14]，本院近三年申請校級虛擬仿真實驗項目共計六項，并積極申請省級、國家級項目以完善虛擬仿真實驗教學體系。

4 虛擬仿真實驗教學的局限性

虛擬仿真實驗室在高等學校的作用不斷的變大，不僅改變了傳統(tǒng)的教育模式，節(jié)省教學資源，改善實驗教學條件，還解決了檢驗醫(yī)學在實踐教學上的難題，提高了教學水平，但是依然存在著一些不足之處。

4.1降低了學生的實際動手操作能力 由于虛擬仿真系統(tǒng)的實驗者是通過點擊鼠標、按鍵盤等方式來完成實驗全過程，不可避免的省略了實驗器材的具體操作步驟，從而降低了實驗者的實際動手能力。例如微量加樣槍的操作，虛擬仿真實驗系統(tǒng)往往采用的是點擊鼠標完成加樣，雖然能夠展示持槍、加槍頭的手法、加樣的角度、按壓的檔位，但學生卻不能體會按壓的力度、放液的速度、管內(nèi)余液是否排空等，尤其是無法體驗不同黏度液體的加樣感覺。

4.2降低了學生對實驗誤差的分析能力 虛擬仿真實驗基于計算機平臺保證了實驗的準確性，卻使實驗者喪失了對實驗誤差的實際感知體驗。實驗者通過虛擬仿真系統(tǒng)完成實驗，無法展示實驗過程中由于操作手法不規(guī)范、加樣量不準確、實驗條件(溫度、濕度)改變等所帶來的實驗誤差，實驗者無法分析實驗誤差的來源，無法糾正不標準的操作。

因此建設虛擬仿真實驗應采用適用的原則，建立以實為主、以虛補實、虛實結合、以虛促實[15]、相互補充的實踐教學體系，推動虛擬仿真實驗教學中心快速、有序地建設與發(fā)展。

5 虛擬仿真實驗教學的展望

本院虛擬仿真實驗教學已從2015級啟動使用，相關課程的課終形態(tài)學考試也逐步通過形態(tài)庫完成，收到了較為滿意的教學效果。由于虛擬仿真實驗教學相比傳統(tǒng)實驗教學，更加強調(diào)學員的自主學習和個性化發(fā)展，教學組織形式更加開放多樣，對學員的考核更靈活多樣，勢必給實驗教學的組織管理和質(zhì)量保障帶來了一定的難度，對師資的也提出了更高的要求。應在虛擬仿真實驗教學改革與建設過程中，打造一只高水平的師資隊伍，對虛擬仿真實驗教學過程實行全面管理，充分發(fā)揮專業(yè)特色，提高創(chuàng)新人才培養(yǎng)質(zhì)量，提升學校辦學水平，逐步形成特色鮮明的醫(yī)學檢驗虛擬仿真實驗室。