醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)實驗教學(xué)中心信息化的建設(shè)與成果評價

張 楠

（南開大學(xué) 醫(yī)學(xué)院，天津 300071）

為適應(yīng)21世紀(jì)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要，2000年開始南開大學(xué)醫(yī)學(xué)院正式組建了醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)實驗教學(xué)中心（簡稱中心），中心包括功能齊全的7個綜合性實驗室，開設(shè)了170余個實驗項目，中心已經(jīng)成為基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教學(xué)改革和培養(yǎng)創(chuàng)新性醫(yī)學(xué)人才的重要基地。2006年，中心通過了天津市高等學(xué)校優(yōu)秀教學(xué)實驗室評估，被授予“天津市高等學(xué)校優(yōu)秀教學(xué)實驗室”稱號。

隨著實驗教學(xué)改革的深入，以實驗教學(xué)基地為平臺的全方位改革探索和實踐已勢在必行，信息化建設(shè)就成了進(jìn)行實驗教學(xué)方式創(chuàng)新、實驗教學(xué)管理創(chuàng)新、促進(jìn)教育資源共享的新的著手點(diǎn)［1－7］。如何在醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)實驗教學(xué)示范中心進(jìn)行科學(xué)、有效的信息化建設(shè)，成了許多高校醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)改革積極探索的課題。本文結(jié)合醫(yī)學(xué)院這方面工作的實踐，對示范中心的信息化建設(shè)了作進(jìn)一步討論。

1 信息化平臺的搭建

醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)實驗教學(xué)中心信息化建設(shè)的基礎(chǔ)是構(gòu)建一個安全、穩(wěn)定、高效的信息化平臺［3，8］，醫(yī)學(xué)院整合各專業(yè)課程的教學(xué)資源和實驗室的管理經(jīng)驗，引入先進(jìn)的信息化技術(shù)和設(shè)備，構(gòu)建了醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)實驗教學(xué)中心的信息化平臺，形成了教學(xué)和管理相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)信息化體系，平臺的主要構(gòu)成如下。

1.1 硬件配置

中心每個實驗室都配有教師機(jī)臺、學(xué)生計算機(jī)、打印機(jī)和掃描儀；各實驗室均安裝投影儀、視頻展臺等多媒體教學(xué)設(shè)施；實驗室和走廊上安裝遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)；中心還配備了 Web服務(wù)器、FTP服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器。

（1）計算機(jī)配置包括雙核E6300、1GB內(nèi)存和250GB硬盤。

（2）服務(wù)器配置包括四核E5606、2×2GB內(nèi)存、2×500GB熱插拔硬盤和雙千兆網(wǎng)卡。

1.2 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

首先在各功能實驗室組建了多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)；然后以各實驗室局域網(wǎng)為基礎(chǔ)，連接了多種用途的服務(wù)器，并與我校校園網(wǎng)和Internet互聯(lián)，形成了多層次、一體化的中心網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，為實驗教學(xué)中心教學(xué)手段的多樣化與管理的現(xiàn)代化提供了一個網(wǎng)絡(luò)平臺。醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)實驗教學(xué)中心信息化平臺的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)實驗教學(xué)中心信息化平臺的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

1.3 中心網(wǎng)站

中心網(wǎng)站既是對外宣傳的窗口，又是師生學(xué)習(xí)交流、實驗資源共享的平臺［8］，應(yīng)具有先進(jìn)性、開放型、互動性、可擴(kuò)充性、可維護(hù)性的特點(diǎn)［9］。中心借鑒多個實驗教學(xué)示范中心網(wǎng)站建設(shè)的經(jīng)驗［10－12］，利用 ASP.NET、PHP、SQL等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立了自己的中心網(wǎng)站。中心網(wǎng)站內(nèi)容包括：中心概況、實驗教學(xué)、設(shè)備環(huán)境、教學(xué)改革、開放創(chuàng)新、交流論壇6個板塊，網(wǎng)站后臺可進(jìn)行全面管理，各板塊主要功能見圖2。中心網(wǎng)站向?qū)W生提供了一個界面友好、內(nèi)容豐富、操作簡單的交互性學(xué)習(xí)環(huán)境，并及時地更新，不斷地改進(jìn)，校內(nèi)外學(xué)生的訪問量日益增加，促進(jìn)了中心優(yōu)質(zhì)資源的共享和信息交流，增強(qiáng)了示范中心的輻射作用。

圖2 信息化平臺中心網(wǎng)站功能結(jié)構(gòu)示意圖

2 實驗教學(xué)資源的建設(shè)和成果

信息化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的實驗教學(xué)資源建設(shè)是信息化建設(shè)中最重要的組成部分，并且需要定期更新和長期的建設(shè)［13］。近年來，我們在實驗教學(xué)資源數(shù)字化方面做了大量工作，建成了以豐富的實驗教學(xué)資源為核心的信息化平臺。

2.1 基礎(chǔ)實驗教學(xué)資源

目前，所有實驗課程的課程設(shè)置、課程表、教學(xué)大綱、教學(xué)計劃、實驗預(yù)習(xí)、教學(xué)課件、實驗錄像等內(nèi)容已實現(xiàn)數(shù)字化并上傳至信息平臺，供學(xué)生自主學(xué)習(xí)。通過網(wǎng)絡(luò)可以突破時間、地域的限制，傳遞出大量信息，將實驗教學(xué)延伸到課前與課后，豐富了網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)一步提高了教學(xué)質(zhì)量。中心在教學(xué)資源建設(shè)的過程中不斷探索創(chuàng)新，其中由實驗教師完成的“在解剖教學(xué)中合理利用網(wǎng)絡(luò)資源的探討”榮獲南開大學(xué)教學(xué)成果二等獎。

2.2 多媒體實驗教學(xué)資源

醫(yī)學(xué)專業(yè)教學(xué)資源主要以照片、圖像和視頻為主，其中影像學(xué)資源占有很大的比例。我們將圖像和視頻文件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和壓縮，再制作成多媒體課件，上傳至服務(wù)器。中心自制的在線教學(xué)視頻點(diǎn)播系統(tǒng)，提供了大量的實驗錄像、教學(xué)錄像等教學(xué)視頻資料，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)在線觀看，收到了良好的效果。圖文并茂、視聽一體的多媒體類教學(xué)資源激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.3 精品課程教學(xué)資源

目前，中心共有10門課程被批準(zhǔn)為南開大學(xué)校級精品課程建設(shè)項目，其中6門課程被批準(zhǔn)為南開大學(xué)校級示范精品課程建設(shè)項目。精品課程的教學(xué)資源全部上網(wǎng)，內(nèi)容包括課程簡介、師資隊伍、教學(xué)大綱、授課教案、習(xí)題測試、示范錄像、全程錄像、參考資料、教學(xué)成果、網(wǎng)上答疑等欄目，圖3為生理學(xué)示范精品課程網(wǎng)站首頁。精品課程網(wǎng)站的建立實現(xiàn)了網(wǎng)上教學(xué)資源的共享，通過信息化教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)，改變以教師傳遞、灌輸知識為主的傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，創(chuàng)造出高水平的、個性化的、高效率的、嶄新的學(xué)習(xí)與教學(xué)模式。

圖3 南開大學(xué)校級示范精品課程生理學(xué)網(wǎng)站首頁

3 開放實驗管理系統(tǒng)的建設(shè)和成果

開放式實驗教學(xué)是將實驗室及實驗內(nèi)容向?qū)W生開放，突出實驗的綜合性和設(shè)計性，學(xué)生可以隨時進(jìn)入實驗室進(jìn)行實驗和預(yù)試。開放式實驗教學(xué)使學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)潛力得到充分的發(fā)揮，有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新人才的個性化培養(yǎng)，是教育改革發(fā)展的必然趨勢［8，14－15］。傳統(tǒng)的開放實驗室大多采用人工預(yù)約，實驗室固定時間開放的模式，這種模式存在很多弊端，只有依靠建立開放實驗室的信息化管理系統(tǒng)，才能使中心實驗室的管理更加高效、規(guī)范化［3，8，16］。

實驗中心下屬各個實驗室在完成正常教學(xué)科研任務(wù)的前提下，利用現(xiàn)有師資力量、儀器設(shè)備、實驗室等資源向本科生、研究生、外單位相關(guān)人員開放，提高了實驗室及儀器設(shè)備的利用率，最大限度地發(fā)揮了實驗教學(xué)資源的效能。開放管理系統(tǒng)采用客戶／服務(wù)器（Client／Sever）模式，服務(wù)器端操作系統(tǒng)為 Windows 2003Sever，數(shù)據(jù)庫為SQL 2000。開放實驗室的信息化管理可以按以下2個方面進(jìn)行建設(shè)。

3.1 開放實驗選課系統(tǒng)

中心開設(shè)的所有實驗課程情況全部由中心的門戶網(wǎng)站公布，包括實驗項目、實驗時間、指導(dǎo)教師、實驗原理、儀器設(shè)備以及該實驗的背景資料等（如圖4所示）。開放實驗選課系統(tǒng)的功能包括：教師具有實驗項目信息管理的功能，能夠更新實驗信息、維護(hù)實驗教學(xué)資料、查詢學(xué)生選課情況、實驗評分等；學(xué)生能夠查詢所有實驗信息，根據(jù)自己的興趣選擇實驗課程，網(wǎng)上提交實驗報告，查詢成績等功能。

開放實驗選課系統(tǒng)，一方面提供給學(xué)生全部實驗信息，學(xué)生可以在選課前提前了解實驗內(nèi)容，避免盲目選課，課前進(jìn)行實驗預(yù)習(xí)，學(xué)習(xí)相關(guān)背景資料和儀器使用；另一方面，系統(tǒng)實時統(tǒng)計學(xué)生選課情況，哪些高水平的、先進(jìn)的實驗項目深受學(xué)生歡迎。開放實驗促進(jìn)了教師改革實驗項目，更新了實驗教學(xué)內(nèi)容，中心逐年推陳出新，近3年實驗項目更新率為25%。例如寄生蟲學(xué)創(chuàng)新開設(shè)了“日本血吸蟲病動物模型的構(gòu)建與展示”，解剖實驗課開出的“心臟冠狀動脈應(yīng)用解剖”，醫(yī)學(xué)分子遺傳學(xué)實驗課開出的“從全血中提取基因組DNA”等十幾個綜合性實驗，大大激發(fā)了學(xué)生主動參與實驗教學(xué)的積極性。

3.2 開放實驗預(yù)約系統(tǒng)

根據(jù)學(xué)生的不同層次和不同要求，在實驗室空閑的時間里可以提供開放實驗內(nèi)容的預(yù)約服務(wù)。開放實驗題目可由實驗中心提供，供學(xué)生選擇。中心同時鼓勵學(xué)生自擬實驗課題，自行設(shè)計綜合性、探究性、創(chuàng)新性實驗。開放實驗室預(yù)約系統(tǒng)（如圖4所示）預(yù)約方法快捷方便，學(xué)生可以憑個人用戶名和密碼登錄預(yù)約系統(tǒng)，查詢某個實驗室的空閑時間，在網(wǎng)上填寫并提交實驗室申請、所需儀器及試劑申請，等待管理員的審批；開放實驗題目必須經(jīng)由中心審查批準(zhǔn)后方可進(jìn)行，實驗記錄要由中心存檔備案；學(xué)生也可以自主修改預(yù)約實驗，查詢以往的預(yù)約申請、修改個人信息等。

圖4 開放實驗管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能示意圖

開放實驗預(yù)約系統(tǒng)實現(xiàn)了預(yù)約流程的網(wǎng)絡(luò)化、自動化，規(guī)范化、高效化，簡化了人工預(yù)約的繁瑣程序，減輕了管理人員的工作量，實現(xiàn)了實驗室開放管理的無紙化辦公，大大提高了實驗管理的效率，也使得實驗室資源得到了充分的利用。這些改革滿足了學(xué)生“開放性、個性化、自主性”實驗的要求，使在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)階段學(xué)習(xí)的本科生和研究生受益匪淺，科研能力顯著提高。

中心自2003年開始接收本科生創(chuàng)新科研“百項工程”和“國家大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃”的研究項目，學(xué)生可以自選課題，開展有一定創(chuàng)意的科學(xué)研究。開放實驗預(yù)約系統(tǒng)的應(yīng)用取得了顯著的成效，參與的師生從少到多，實驗項目也從簡單的實驗驗證到復(fù)雜的臨床研究，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和科研能力，充分發(fā)揮了自主學(xué)習(xí)和研究的積極性。到2011年共有300余人次、80個創(chuàng)新科研小組立項參與南開大學(xué)本科生創(chuàng)新科研“百項工程”，其中3個項目被評為“重點(diǎn)項目”，12個項目分別獲南開大學(xué)本科生創(chuàng)新科研“百項工程”優(yōu)秀項目一、二、三等獎，有18個項目被評為“國家大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃”，9個項目分別獲得一、二、三等獎。

4 虛擬實驗室的建設(shè)和成果

虛擬實驗室是一種基于Web技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建的開放式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，將一些抽象、復(fù)雜、無法示教的教學(xué)內(nèi)容開發(fā)成可視化的仿真實驗系統(tǒng)，能夠改進(jìn)實驗教學(xué)效果，是未來發(fā)展的新型實驗教學(xué)模式［7，17－18］。在醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)中有些實驗因為條件不具備，或者實驗設(shè)備與某些實驗原材料匱乏無法開出，而利用網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室中的虛擬儀器、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和圖像仿真等功能，可以讓學(xué)生身臨其境地體會實驗內(nèi)容，通過計算機(jī)模擬仿真解決傳統(tǒng)實驗室教學(xué)在時間和空間方面存在的問題，使學(xué)生更快、更好地融會貫通，理解、鞏固和掌握醫(yī)學(xué)知識［3，14］。

中心大力推進(jìn)虛擬實驗室的建設(shè)，將模擬、仿真技術(shù)引入醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)。目前中心已購置多種實驗仿真軟件，并結(jié)合課程需要自主開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗系統(tǒng)。在生理學(xué)實驗教學(xué)中，實驗教師通過研制多媒體實驗教學(xué)課件，開設(shè)了計算機(jī)仿真實驗——槍烏賊巨軸突的電生理和肌肉收縮的力學(xué)教學(xué)實驗，使難以達(dá)到神經(jīng)電生理實驗條件的實驗通過計算機(jī)軟件再現(xiàn)了動作電位和離子通道的關(guān)系，記錄單細(xì)胞膜的電位變化，使每個學(xué)生都能直接選擇不同實驗條件參與實驗教學(xué)，增加了學(xué)生的感性認(rèn)識。

中心已將這些計算機(jī)模擬課件放置在實驗教學(xué)中心的網(wǎng)站上，學(xué)生可以通過校園網(wǎng)內(nèi)任意一臺計算機(jī)訪問服務(wù)器上的虛擬實驗室，在經(jīng)過用戶驗證登錄后就可以進(jìn)行實驗。這種先進(jìn)的實驗教學(xué)手段受到了學(xué)生廣泛的認(rèn)可，該網(wǎng)址的點(diǎn)擊率很高。

5 結(jié)束語

經(jīng)過10多年的探索與努力，醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)實驗教學(xué)中心的信息化建設(shè)不斷完善，實現(xiàn)了實驗教學(xué)與管理的現(xiàn)代化與科學(xué)化，促進(jìn)了實驗教學(xué)手段與方法的變革，增強(qiáng)了教學(xué)效果，提高了管理效率，為培養(yǎng)創(chuàng)新性醫(yī)學(xué)人才創(chuàng)造良好條件。近年來已取得教學(xué)改革立項12項，發(fā)表教學(xué)改革論文7篇，并獲各項教學(xué)成果獎共25項。中心將緊跟信息科技發(fā)展的步伐，不斷研究和探索，使中心的實驗教學(xué)和管理邁向新的臺階，目前中心正積極申報天津市實驗教學(xué)示范中心。

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