壓力蒸汽滅菌技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

唐 建，陳燕華

（西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院，四川 瀘州 646000）

教育部從2017年開始開展示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作[1]，深入推進(jìn)信息技術(shù)與高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合，不斷加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)質(zhì)資源建設(shè)與應(yīng)用，著力提升高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)踐育人水平。目前，全國(guó)各大高校正積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，努力建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目[2-5]，并不斷探索基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式[6]。壓力蒸汽滅菌是控制醫(yī)院感染的重要手段[7]，是醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生必須掌握的知識(shí)和技能。然而，目前醫(yī)學(xué)高等教育中關(guān)于壓力蒸汽滅菌技術(shù)的專業(yè)教育僅在基礎(chǔ)護(hù)理學(xué)[8]中有簡(jiǎn)單的介紹，不足以讓學(xué)生理解并掌握壓力蒸汽滅菌的相關(guān)知識(shí)和操作技能，尤其是關(guān)于滅菌原理等相關(guān)物理學(xué)、生物學(xué)方面知識(shí)的教學(xué)開展情況不容樂觀[9]。壓力蒸汽滅菌虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)可彌補(bǔ)實(shí)際教學(xué)中無法實(shí)操、知識(shí)點(diǎn)抽象等不足，在醫(yī)學(xué)高等教育中發(fā)揮了重要作用。

1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

1.1 突破壓力蒸汽滅菌相關(guān)知識(shí)與原理的教學(xué)難題

壓力蒸汽滅菌器屬于臨床應(yīng)用的高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備，同時(shí)也是國(guó)家重點(diǎn)監(jiān)管的壓力容器，如果操作不當(dāng)將存在較高的安全隱患[10]。在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生不便實(shí)地前往消毒滅菌間進(jìn)行觀摩、學(xué)習(xí)和操作相關(guān)設(shè)備，單純的理論學(xué)習(xí)對(duì)于剛接觸此課程的學(xué)生來講又過于抽象，如何使學(xué)生完全掌握壓力蒸汽滅菌相關(guān)知識(shí)與原理和操作方法是目前的一個(gè)教學(xué)難題。為此，本研究采用三維虛擬仿真的形式，設(shè)計(jì)了壓力蒸汽滅菌技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)，讓學(xué)生可隨時(shí)進(jìn)入模擬的消毒滅菌間，通過生動(dòng)活潑、直觀、形象的三維動(dòng)畫將滅菌過程和原理展現(xiàn)出來，便于理解和學(xué)習(xí)，創(chuàng)新性地突破了壓力蒸汽滅菌知識(shí)的教學(xué)難題。

1.2 深度融合理論與實(shí)踐教學(xué)，切實(shí)提升學(xué)生醫(yī)院感染控制的勝任力

本實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)將壓力蒸汽滅菌的物理學(xué)及生物學(xué)相關(guān)原理與操作方法、程序相結(jié)合，通過虛擬現(xiàn)實(shí)和臨床實(shí)際操作相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)壓力蒸汽滅菌理論與實(shí)踐的深度融合，提升學(xué)生醫(yī)院感染控制的勝任力，為提高醫(yī)療服務(wù)的質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)思路設(shè)計(jì)

壓力蒸汽滅菌技術(shù)虛擬模擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)通過3D模擬演示、電子教學(xué)計(jì)劃、多媒體網(wǎng)絡(luò)課件、錄像、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理等多種現(xiàn)代教學(xué)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。學(xué)生可通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室，獨(dú)立選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，完成虛擬實(shí)驗(yàn)。教師可以檢查、監(jiān)督和糾正學(xué)生完成的虛擬實(shí)驗(yàn)情況；同時(shí)，學(xué)生能在線完成實(shí)驗(yàn)并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并與教師在線交流。這有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性和主動(dòng)性，有利于提高其學(xué)習(xí)效率，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架見圖1。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架

（1）建立符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的教學(xué)程序，采取多樣化形式組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生由淺入深、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，逐步認(rèn)識(shí)、理解和掌握滅菌的相關(guān)知識(shí)和技能。在實(shí)驗(yàn)過程中，針對(duì)性質(zhì)不同、要求不同的實(shí)驗(yàn)采用不同的處理方法，并對(duì)具體問題進(jìn)行詳細(xì)分析和處理。例如滅菌操作實(shí)驗(yàn)，以3D動(dòng)畫及視頻錄像形式展示滅菌過程中滅菌器溫度、壓力的變化及其對(duì)應(yīng)條件下細(xì)菌芽孢與真菌孢子被殺滅的過程，學(xué)生在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行相關(guān)理論課程學(xué)習(xí)，然后通過人機(jī)對(duì)話模式，讓學(xué)生操作模擬滅菌器進(jìn)行待滅菌物品的裝載與滅菌程序的設(shè)定，系統(tǒng)記錄學(xué)生的所有操作，練習(xí)結(jié)束后系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（2）虛擬醫(yī)院消毒供應(yīng)中心環(huán)境，營(yíng)造高度仿真的滅菌操作場(chǎng)景，把實(shí)際操作過程中的主要技能和注意事項(xiàng)融入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，包括工作環(huán)境安全檢查、滅菌前準(zhǔn)備工作、滅菌操作等，讓學(xué)生在高度仿真的虛擬環(huán)境中進(jìn)行操作演練。

（3）實(shí)驗(yàn)方法為線上教學(xué)與線下教學(xué)相結(jié)合。線上教學(xué)為人機(jī)對(duì)話模式，通過3D仿真模型在電腦屏幕上為學(xué)生展現(xiàn)仿真的滅菌器及實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境，學(xué)生使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊需要進(jìn)行的操作步驟，所有步驟操作完成后系統(tǒng)自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)錄像，然后對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行打分、點(diǎn)評(píng)并給出改進(jìn)建議；線下教學(xué)為臨床見習(xí)，在學(xué)生掌握壓力蒸汽滅菌原理及基本操作技能并通過考核后，分批次安排學(xué)生進(jìn)入醫(yī)院消毒供應(yīng)中心進(jìn)行臨床見習(xí)，在保證滅菌安全與質(zhì)量的前提下，由帶教教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作練習(xí)，并及時(shí)糾正錯(cuò)誤。

3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)特色

3.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)思路

目前各大醫(yī)學(xué)院校關(guān)于壓力蒸汽滅菌的教育僅限于課時(shí)極少的課堂講授，教學(xué)效果不佳。本虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)立足于解決這一教學(xué)難題，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行全流程管理，涵蓋了學(xué)習(xí)資源計(jì)劃、知識(shí)管理、網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)管理、在線學(xué)習(xí)管理、考試管理等領(lǐng)域。模擬醫(yī)院消毒供應(yīng)中心的虛擬滅菌環(huán)境，按照實(shí)際工作中使用的操作設(shè)備制作出高仿真3D模型，并模擬滅菌過程中可能出現(xiàn)的各種緊急情況，如意外燙傷、蒸汽泄漏、壓力容器爆炸等。

3.2 教學(xué)方法

采用線上教學(xué)與線下教學(xué)相結(jié)合的方法，先虛后實(shí)，虛實(shí)結(jié)合。學(xué)生通過在線理論學(xué)習(xí)后進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作，不僅能控制實(shí)驗(yàn)成本，也充分保障了學(xué)生的安全性。在學(xué)生基本掌握壓力蒸汽滅菌原理及基本操作技能并通過考核后，分批次安排學(xué)生進(jìn)入醫(yī)院消毒供應(yīng)中心進(jìn)行臨床見習(xí)，并在帶教教師指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)際操作練習(xí)。通過線上線下相結(jié)合的教學(xué)方法，使原本枯燥的教學(xué)內(nèi)容變得形象生動(dòng)，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

3.3 評(píng)價(jià)體系

采用虛擬仿真考核評(píng)價(jià)系統(tǒng)與實(shí)際操作考核評(píng)價(jià)相結(jié)合的評(píng)價(jià)體系。學(xué)生通過線上理論學(xué)習(xí)后進(jìn)行理論考試，成績(jī)合格后可進(jìn)行虛擬操作練習(xí)，操作練習(xí)結(jié)束后系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行打分。實(shí)際操作考核為臨床見習(xí)后在帶教教師指導(dǎo)下進(jìn)行操作練習(xí)，結(jié)束后由帶教教師進(jìn)行考核評(píng)價(jià)。

3.4 傳統(tǒng)教學(xué)的延伸與拓展

本研究的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是對(duì)傳統(tǒng)線下課堂式教學(xué)方式的拓展，為學(xué)生提供了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)，能夠?qū)W(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行全流程管理，涵蓋了學(xué)習(xí)資源計(jì)劃、知識(shí)管理、網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)管理、傳統(tǒng)培訓(xùn)管理、在線學(xué)習(xí)管理、考試管理等領(lǐng)域，可以保證學(xué)生隨時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及操作進(jìn)行回顧與反復(fù)練習(xí)；同時(shí)采取虛實(shí)結(jié)合的培訓(xùn)教學(xué)模式，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手操作能力。因此本研究是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)的傳承、延伸與拓展。

3.5 教育對(duì)象的延伸與拓展

隨著區(qū)域化消毒供應(yīng)中心的建立與社會(huì)化消毒供應(yīng)服務(wù)的增加，壓力蒸汽滅菌技術(shù)已成為醫(yī)療機(jī)構(gòu)、社會(huì)消毒滅菌服務(wù)機(jī)構(gòu)專業(yè)技術(shù)人員必須掌握的技能。因此，本研究設(shè)計(jì)與開發(fā)的壓力蒸汽滅菌技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)不僅可為學(xué)生提供專業(yè)的教育與訓(xùn)練，還能為醫(yī)務(wù)人員、社會(huì)消毒滅菌服務(wù)機(jī)構(gòu)人員提供繼續(xù)教育與培訓(xùn)的平臺(tái)。