護理專業(yè)智慧實驗室建設與實踐

鐘麗強， 楊 芷， 蘇淑賢

（1.廣州醫(yī)科大學護理學院；2.廣州衛(wèi)生職業(yè)技術學院教務部，廣州510182）

0 引 言

近年來，智慧實驗室的相關研究逐漸興起。借助物聯(lián)網、云計算、大數據、智能化控制和移動互聯(lián)等信息技術，將實驗室的管理和教學過程有機融合，建設物聯(lián)化、智能化、交互化的智慧實驗室，提升教書育人水平已成為共識。智慧實驗室作為“理實一體化”深度融合的新平臺，是適應科技革命的新載體，是未來實驗室形態(tài)的新探索，它使教育、人才、科技、產業(yè)和信息等要素更加充分和廣泛聚集、融合、互生、共享，實現(xiàn)智慧學習、智慧管理的賦能，是高校全面提高人才培養(yǎng)能力的必然選擇。2018 年教育部發(fā)布《關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》，明確指出要“打造適應學生自主學習、自主管理、自主服務需求的智慧課堂、智慧實驗室、智慧校園。大力推動互聯(lián)網、大數據、人工智能、虛擬現(xiàn)實等現(xiàn)代技術在教學和管理中的應用”［1］。

護理專業(yè)智慧實驗室作為高校師生、文化、管理、技術等創(chuàng)新要素融合發(fā)展的平臺載體，是促進創(chuàng)新人才培養(yǎng)和教學流程再造、機制融合的重要組成部分，能有效破除傳統(tǒng)護理實驗室結構和功能的限制，實現(xiàn)“實驗資源獲取信息化、實驗教學方法多樣化、實驗場地管理自動化、實驗開放管理高效化”的戰(zhàn)略目標。建設智慧實驗室，必將有力推動護理實驗教學理念和教學模式的改革創(chuàng)新，為高校數字化、智能化的未來教育形態(tài)提供有效支撐。

1 高校護理專業(yè)智慧實驗室建設現(xiàn)狀

目前，新一代信息技術已廣泛應用于智慧實驗室的建設，不斷推動教學模式的變革和創(chuàng)新。高校護理智慧實驗室的建設處于起步探索階段，通過中國知網和維普關鍵詞搜索，尚未發(fā)現(xiàn)該方面的研究文獻。但是，許多高校重視護理實驗室的信息化平臺建設，在設備管理、實驗課程教學與管理、開放實驗室、實驗教學資源管理等實踐教學環(huán)節(jié)基本實現(xiàn)了信息化管理，并取得一定成效［2-5］。

雖然高校護理實驗室在信息化建設上取得了一定成效，但對照現(xiàn)代信息技術發(fā)展趨勢和教育部要求，仍然存在一些亟須解決的問題：①缺乏智慧實驗室的頂層設計，沒有建設規(guī)劃的系統(tǒng)性思考；②信息系統(tǒng)之間缺乏邏輯關聯(lián)，實驗室的不同系統(tǒng)、平臺和終端各司其職，獲取數據不暢，融合度不高；③數據缺乏統(tǒng)一性標準，難以相互印證“解碼”，且不同系統(tǒng)的使用流程和操作界面未能充分融合和優(yōu)化，便捷性不夠；④缺少長效穩(wěn)定的數據來源和維護保障，依托智慧實驗室及其所產生的教育大數據的相關教學研究不夠深入，教學理念、模式與方法的更新還跟不上信息技術快速發(fā)展的步伐，智慧性不夠。

我校的智慧實驗室建設，正是基于上述目標的探索，在實踐中針對設計思路、建設框架、實施路徑和應用展望進行綜合思考，尋求解決問題的有效途徑，從而促進了實驗室工作的可持續(xù)發(fā)展和系統(tǒng)性升級，有效驅動了實驗室建設走向科學規(guī)劃和智慧決策的道路。

2 建設護理智慧實驗室的架構設計

高校護理實驗室建設受到多重因素制約，如資金投入、場地空間、學科水平、產品技術迭代等，智慧實驗室的構建必須充分考慮這些因素，結合學校的實際情況進行建設。我校護理智慧實驗室自2015 年開始籌劃，根據護理專業(yè)特點，秉承模塊化設計理念，以“平臺＋應用”概念，致力于建設“智能化應用、開放性平臺、可擴展架構”的智慧實驗室架構模型（如圖1 所示），該構架從基礎設施、網絡環(huán)境、硬件、軟件4 個要素出發(fā)，搭建一個由“感知層、網絡層、應用層”組成的系統(tǒng)體系結構，按照“自上而下的頂層設計＋自下而上的模塊建設”的建設路徑，本著“邊建、邊用、邊完善”的方式，從系統(tǒng)平臺、公共數據庫、要素模塊等功能層次開展建設，逐步實現(xiàn)實驗室“智慧的教、智慧的學、智慧的管”建設目標，有效促進了實驗室在學校協(xié)同育人體系中高質量發(fā)展。

圖1 護理智慧實驗室的架構

（1）感知層建設。主要是應用物聯(lián)網技術，依靠RFID和傳感器等設備采集實驗室的環(huán)境參數。通過IC卡、二維條碼、射頻標簽、攝像機等各類傳感器等自動標識，實時獲取各種監(jiān)測信息，實現(xiàn)對實驗室環(huán)境的全面感知、設備的識別及信息的采集等［6-7］。利用RFID設備進行門禁管理、刷卡考勤、設備盤點與統(tǒng)計等，利用攝像頭和智能錄播設備實現(xiàn)實驗教學全過程視頻采集及實驗室安全監(jiān)控等功能。通過物聯(lián)網技術和智能感應技術的應用，實現(xiàn)實驗者和實驗環(huán)境物物相連，人物相連，提升實驗室的智慧化程度。

（2）網絡層建設。網絡層是智慧實驗室的中樞系統(tǒng)，主要由有線和無線網絡基礎組成，建有4G、5G 網絡、無線傳感網絡、WiFi等不同的連接方式，實現(xiàn)人與人、設備與設備、人與設備之間的信息和數據的全面交互聯(lián)通?？煽俊⒎€(wěn)定的泛在基礎網絡環(huán)境和持續(xù)的服務會話及感知數據的接入和傳輸，能有效提高實驗室的管理效率［8-9］。

（3）應用層建設。應用層是一個系統(tǒng)集成中心，是實現(xiàn)設備管理、資源獲取、實驗管理等功能的“智慧大集成”［10］，主要由門戶網站、實驗公共數據庫、實驗教學與管理門戶等組成，以“業(yè)務支撐平臺”為基礎，靈活搭配豐富多樣的拓展應用模塊，最大限度滿足學院、實驗中心、教師和學生使用和管理的需求，能充分體現(xiàn)智慧實驗室“信息獲取自動化、實驗場地管理自動化、實驗開放管理高效化、實驗教學方法多樣化”的集成優(yōu)勢。

3 護理專業(yè)智慧實驗室的實施路徑

3.1 構建實驗室綜合管理系統(tǒng)

綜合管理系統(tǒng)是實驗室規(guī)范化、信息化管理的核心部分，主要包括實驗教學管理、日常管理、實驗室預約開放管理、安全管理等模塊（見圖2）。教學管理系統(tǒng)涵蓋實驗室課表、課程進度表、實驗考核成績查詢等內容，可方便查詢實驗場地安排、實驗排課、學生網上查詢考核成績。日常管理系統(tǒng)包括實驗室管理及儀器設備管理，實驗室管理主要涵蓋實驗室基礎信息、規(guī)章制度和管理辦法等內容；儀器設備管理主要是實驗室配備的儀器、數量、型號等基礎信息，方便用戶查詢和共享使用。開放系統(tǒng)能實現(xiàn)預約（開放）實驗、自擬（申請）實驗等功能，為學生的課外練習、大創(chuàng)項目、技能競賽等提供服務，學生通過在線安全教育及考核后可自由選擇，系統(tǒng)自動生成實驗開放記錄，準確統(tǒng)計學生開放課時。安全管理系統(tǒng)包括門禁系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實驗人員憑卡在有效時間內出入實驗室，可有效進行身份識別和出入口安全管理；配合視頻采集設備，監(jiān)控攝像支持internet遠程圖像瀏覽，實時監(jiān)控出入口及各實驗室的運行情況。

圖2 實驗室綜合管理系統(tǒng)架構

3.2 構建實驗室自主學習平臺

作為智慧實驗教學的主體建設部分，實驗室自主學習平臺涵蓋兩方面的內容（見圖3）。①實驗指導資源建設。護理學是強調實踐性的專業(yè)，建立了基礎護理實驗和專科護理實驗課程的實驗指導教學資源庫，主要包括：護理操作流程、評分標準、操作視頻、研究進展等內容，有網絡版及紙質版兩種方式，方便學生自主學習。②利用學?！癳”學中心網絡教學平臺，以“學生為中心”，重構實驗教學內容，對實驗課程教學內容進行總體設計，確定教學策略，強調教學重點，突破教學難點，學生通過移動設備觀看教學視頻、微課，查閱老師推送的學習資源進行自主學習，激發(fā)學生學習興趣，提高網上檢索能力，實現(xiàn)學習延伸，解決學習差異化問題，為混合式教學模式的開展提供平臺支持。

圖3 實驗室自主學習平臺建設框架

圖4 虛實融合智慧學習空間的分類

3.3 構建虛實融合的智慧學習空間

構建虛實融合的智慧學習空間是護理專業(yè)智慧實驗室建設的發(fā)展方向，也符合護理專業(yè)的特點，其目的是促進、優(yōu)化護理實驗教學，把不能變?yōu)榭赡?，把小能變?yōu)榇竽埽?1］。虛實融合的智慧學習空間構建分為3個層次（見圖4）：①仿真環(huán)境、模型的建設，包括按照醫(yī)院真實環(huán)境構建仿真模擬病房及配備“具有生命體征變化，可編輯各種疾病發(fā)展過程”的高仿真模擬人，用于護理技能的實景演練，模擬護理服務的現(xiàn)場和情景。②虛擬模擬技術建設，通過虛擬現(xiàn)實等技術來虛擬各種護理技術訓練和護理服務場景，完成虛擬化的護理任務，如進行有創(chuàng)性的護理技能訓練、肢體功能康復訓練等。③虛實融合智慧學習空間構建，利用智慧實驗室的構成要素［12-13］，與仿真環(huán)境、仿真模擬人有機結合，打破實驗課堂的邊界，實現(xiàn)學習資源的有效拓展，物理學習空間和虛擬學習空間全面銜接，智慧實驗室和MOOC平臺、虛擬仿真實驗平臺、網絡學習平臺融合打通，從而為教師教學和學生學習提供系統(tǒng)化支持與服務，既可支持現(xiàn)場操作、問題解決，也可支持非正式學習，進行自我設計與開發(fā)，以及遠程控制與協(xié)作實驗方式，實現(xiàn)自我學習［14-15］。

4 護理智慧實驗室應用與展望

近幾年，我校的智慧實驗室建設穩(wěn)步邁進，實驗教學、實驗室管理水平、實驗室支撐服務能力得到明顯提高。實驗室綜合管理系統(tǒng)推廣運行后，開放實驗課程由4 門提高至10 門，且由原來只對專業(yè)課程開放推廣至對護理人文課程開放實驗室。老師積極應用智慧實驗室平臺進行教學改革，開展教學研究，率先引用以挑戰(zhàn)為本（Challenge Based Learning）的實驗教學方法，發(fā)表教學類SCI論文；開展高仿真模擬教學、線上線下混合式實踐教學等教改研究，發(fā)表教學論文40 余篇，先后獲得廣東省教學成果獎二等獎2 項、廣州市教學成果獎一等獎1 項、校級教學成果獎特等獎1 項。近3年，學生發(fā)表高質量論文15 篇（其中SCI論文1 篇，中文核心論文5 篇）、獲科技創(chuàng)新項目30 項（其中國家級大創(chuàng)項目4 項，省級大創(chuàng)項目8 項）。

黨的十九大明確把智慧社會寫入報告，與科技強國、質量強國、數字中國等并列，成為國家戰(zhàn)略之一［16］。因此，智慧實驗室的建設要面向智慧社會、智慧校園的發(fā)展需要，從單純的實驗教學內容的輔助平臺逐步轉向以數字化、信息化為支撐的新型教學方法主體平臺。智慧實驗室的價值將從影響教學模式、教學內容、教學方法的淺層變革，逐漸發(fā)展為影響教育理念、立德樹人文化的深層變革，進而促進護理實驗教學的全面改革。

5 結 語

當前，智慧實驗室建設正走向融合創(chuàng)新的深層次發(fā)展階段，信息技術促進教育變革和創(chuàng)新的時代正向我們走來。護理專業(yè)智慧實驗室作為智慧校園的重要組成部分，學校需要根據實際情況做到“統(tǒng)一規(guī)劃、分步建設”，在加強基礎設施建設的同時，更加重視對教師和實驗室管理人員的現(xiàn)代信息技術能力培訓，努力使教師和實驗室管理人員熟悉和掌握現(xiàn)代信息技術，適應智慧實驗室的環(huán)境創(chuàng)新、管理方法變革、安全管理保障等發(fā)展需求，進而實現(xiàn)教育教學理念的更新、教學模式的改變、實驗技術和方法的探索，真正提高護理實驗教學的素養(yǎng)和質量，把培養(yǎng)具有實踐能力和創(chuàng)新精神的高素質護理人才工作落到實處。