智能模擬人ECS應用于醫學機能綜合實驗教學模式的改革**——以廣州醫科大學機能實驗教學為例

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智能模擬人ECS應用于醫學機能綜合實驗教學模式的改革**——以廣州醫科大學機能實驗教學為例

廣州市教育科學“十二五”規劃課題(11A038)；2012年廣州醫學院教育科學規劃課題。通訊作者：朱曉琴

鄧鎮1趙元淑1朱曉琴2胡景鑫2雷水生3

1廣州醫科大學機能實驗中心，廣東省廣州市511436；2廣州醫科大學生理學教研室；

3廣州醫科大學附屬第五醫院

摘要現代科技應用于醫學生基礎實驗教學是高校實驗教學改革的重要趨勢，在培養學生創新思維和實踐性方面發揮著舉足輕重的作用。廣州醫科大學將國際先進的智能模擬人ECS教學設備與機能綜合實驗教學有機結合，在虛擬的臨床病例中具體操作運用，并檢驗所學的理論知識和臨床技能知識。這在現代醫學教育人才培養中效果顯著，并達到了培養學生臨床思維和分析能力、提高醫學生綜合素質的目的，為現代機能實驗教學改革提供了新思路。

關鍵詞機能實驗學智能模擬人ECS實驗教學

醫學是實踐性很強的一門學科，因此，實驗教學就成為高等醫學院校教育的重要組成部分。目前，由于醫療資源的短缺、實驗動物的大量浪費等，許多醫學院校開始嘗試運用諸多高端仿真技術用于本科生的機能實驗學教學過程。機能實驗課是生理學、藥理學、病理生理學三門學科的實驗教學的融合[1]，它是一門實踐性很強的應用性學科，是在基礎學科的基礎上培養學生對知識和技能的綜合運用能力。目前，機能學實驗教學更多的是在課堂上讓學生通過動物(如家兔、大鼠)觀察記錄實驗現象、分析實驗結果和書寫實驗報告等基本方法來探討動物的機能活動規律，并觀察動物在人為制造的疾病狀態或藥物干預下的變化情況。如何讓學生通過實驗更好地將醫學基礎知識和臨床現象結合起來，有效地培養學生臨床思維和分析能力，提高醫學生的綜合素質，是現代醫學實驗改革的重點。所以，本校機能實驗中心在醫學生的基礎醫學學習階段，嘗試運用智能模擬人ECS系統進行機能綜合實驗的教學，將動物實驗與模擬人有機融合，為醫學生盡早接觸臨床情景，為提高醫學生的實踐能力、知識綜合能力和創新能力搭建良好的實驗平臺[2]。

1使用智能模擬人ECS進行機能綜合實驗教學的必要性

1．1智能模擬人ECS應用于機能綜合實驗教學的優勢廣州醫科大學于2004年引進美國METI公司生產的代表目前最高端醫學模擬培訓技術的生理驅動模擬系統，即生理驅動智能模擬人ECS(Emergency care simulator)，并組建現代化臨床技能培訓中心，擁有真實的房間ICU環境，含有真實的醫療設備(如呼吸機、監護儀、除顫儀等)，讓一切在真實中發生，促進教學方法的根本變革。該系統利用多種局部功能模型、計算機互動模型以及虛擬科技等模擬系統，在模擬人身上模擬患者的生理及病理學特征，對所實施的各項操作產生相應的生理反應，并在相關的監護設備中顯示相應的生理數據，創建交互式的教學情景，實現臨床真實場景下的治療。該系統具有高度安全性、高度仿真性、高度可控性、無任何風險、可記錄、可回放等特點[3]，可以根據不同層次的教學需要，在ECS上設計各種難度和不同階段的實驗，并且可以根據教學的需要，調節救治的難度，具有很高的操作實用性。學生在操作過程中可以無限次重復，真正達到了允許學生犯錯并從錯誤中學習的目的。通過使用ECS智能模擬人，可以使教學過程變得更加形象和具體，有利于學生系統、完整、動態地理解書本上的知識，并深刻體會病人的感受。

1.2智能模擬人ECS應用于臨床醫學和基礎醫學教育的重要性綜合能力是評價醫學生質量的一個重要客觀依據。近年來，依托于臨床技能中心的急救技能教學取得了較好的教學效果，并深受帶教老師和實習學生的喜愛[4]；此外，我校還對智能仿真模擬人進行功能開發，將智能模擬人應用于基礎藥理[5]、麻醉生理學[6]、病理生理學[7]等基礎醫學課程的教學，這些模擬人應用于基礎醫學教學的效果均顯示可以明顯提高學生的學習興趣和積極性，強化學生團隊合作和溝通協作能力[5]，相對于傳統實驗教學有質的提高，并促進學生將醫學基礎知識和臨床聯系起來，可以成為PBL (Problem-based learning)教學方式的一個有益補充[7]。

1.3智能模擬人ECS應用于機能實驗學的潛在必要性鑒于智能模擬人對于醫學基礎教育的重要性，在機能實驗學課程安排上，在機能實驗學課程開展的后期，開設十多個與臨床醫學課程相近的實驗內容，即設計一些臨床表現與基礎知識相結合的典型案例進行實踐與研究。把模擬人應用于機能實驗教學，建立《模擬機能實驗學》這一新型實驗課程體系，以期達到如下教學目標：(1)讓學生在機能實驗學課程階段除了觀察動物的正常生理、藥效作用以及病理生理變化過程外，還要在模擬人身上觀察模擬人的生理及病理變化過程，比較二者的異同點，學會運用基礎知識解釋臨床所表現的生理、藥理及病理生理特征，鞏固和加深理論知識；(2)讓學生更新觀念，改變以往的動物實驗過程中動物生理病理變化與人體的病理生理變化無直接聯系的思想理念，提高綜合分析問題的能力；(3)讓學生了解相關的臨床表現，激發學生的學習興趣，提高學生學習的主動性、積極性和創造性，早期架起基礎通向臨床的橋梁；(4)培養學生的應急應變能力。在遇到突發事件時，應該保持良好的心態，合理利用現有的一切資源，并節約使用，避免不必要的浪費和損失。

2智能模擬人ECS在機能綜合實驗教學中的應用

機能實驗課在我校臨床醫學專業的本科第5學期嘗試開設兩種類型的實驗項目，一種是綜合性機能實驗，先在機能學實驗中心進行動物實驗，再利用臨床技能中心的ECS平臺進行模擬人實驗；另一種是模擬機能實驗，利用智能模擬人對臨床案例中患者的生理病理反應進行討論和分析。

以“綜合性機能實驗”為例，該課程最初以開放實驗室的形式面向學生開放，后來改為在機能實驗學課程后期作為必修課開展。此時學生已經完成機能實驗學的大部分實驗內容，學習了利用動物實驗探討動物的機能活動規律的方法，初步掌握動物實驗的方法和步驟，并掌握常用實驗儀器的使用，學會記錄實驗結果并對實驗結果進行分析總結。實驗內容選擇基礎與臨床實際結合緊密的有代表性的實驗項目，例如(1)藥物與神經調節對動脈血壓的影響；(2)體內外多種刺激對呼吸運動調節的影響；(3)有機磷中毒的表現及其搶救；(4)失血性休克及其搶救措施；(5)糖尿病酸中毒及治療；(6)腎功能衰竭及搶救；(7)肝昏迷及其搶救；(8)呼吸衰竭的臨床表現及其急救措施；(9)心力衰竭的臨床表現及其搶救等。以“藥物與神經調節對動脈血壓的影響”為例進行介紹。

首先是動物實驗部分：先對家兔實施右側減壓神經、迷走神經和頸總動脈的分離，左側頸總動脈分離、插管；再通過BL-420E生物機能實驗系統，觀察在牽拉頸總動脈、夾閉頸總動脈、刺激減壓神經、刺激迷走神經等因素，去甲腎上腺素和腎上腺素等藥物作用于家兔時，家兔的血壓、心率變化情況，以此觀察神經和體液因素對動物血壓和心率的影響，并學習哺乳動物動脈血壓的直接描記方法。之后是模擬人實驗部分：學生進入臨床技能中心，利用ECS智能模擬人平臺觀察。在正常模擬人，學生通過模擬刺激頸動脈竇，可在監護儀上出現血壓下降、心率減慢等真實反映患者的病理生理特征；而在模擬的高血壓病人身上，學生通過模擬刺激頸動脈竇，可在監護儀上觀察到心率減慢，外周血管阻力降低，血壓回降等病理生理反應。之后，學生在老師指導下對于該癥狀的原理和治療方法進行討論。例如進行“腎上腺素對過敏性休克的治療”的模擬人實驗時，通過模擬人模擬臨床情景，此時若模擬人表現出青霉素過敏性休克需要進行搶救，可以觀察到呼吸困難、脈搏不能捫及、神志喪失等，監護儀上發現血壓30/0mmHg，脈搏 160次/min，需要即刻對患者進行升壓處理。此時學生只要回憶起藥理學知識：腎上腺素是α和β受體激動劑，具有興奮心臟、收縮血管、降低毛細血管通透性、解除支氣管痙攣等作用，因此能迅速緩解過敏性休克出現的心跳微弱、血壓下降、呼吸困難等危急癥狀，就不難想到需要即刻使用的藥物是腎上腺素。通過一系列正確的操作和搶救，模擬人可蘇醒，血壓、脈搏、呼吸恢復正常，脫離危險。整個實驗過程體現了從動物水平的觀察上升到人體水平，實現了基礎學科與臨床學科的掛鉤，滿足了學生對臨床知識的好奇感和求知欲。

3智能模擬人ECS應用于機能綜合實驗教學的教學效果評價

3.1教學效果分析形成了“動物實驗-模擬人實驗-討論”的學習過程。通過課堂觀察發現，大部分學生對于模擬人實驗內容設計較為滿意，學生學習的自主能動性提高，ECS高仿真模擬人可以激發學生的學習動機和興趣；課堂組織效果好，學生紛紛提出問題和相互討論，學生臨床思維能力得到了很好地鍛煉。動物實驗讓學生了解實驗原理，再通過模擬人再現臨床情景，形成“動物實驗-模擬人實驗-討論”的學習過程，能夠有效地培養學生臨床思維和分析能力。而且智能模擬人具有安全性、仿真性、可控性、可記錄、可回放等特點，可以滿足機能綜合實驗教學的需要。

3.2學生科研能力的培養模擬機能實驗學的開展在培養學生的科研創新思維和團隊協作能力方面也取得了良好的成效。學生課外科技作品多次獲獎，例如，陳學文、潘泓、黃家杰等同學《抗蛇毒血清及雞卵黃抗體對蛇傷大鼠保護作用的時效性研究》2009年獲得了第十一屆“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽二等獎和第十屆“挑戰杯”聚暉廣東大學生課外學術科技作品競賽特等獎；大批學生在教師指導下參與國家級、省級、市級科研課題的研究，并在《實用醫學雜志》、《中國臨床藥理學與治療學》、《蛇志》等中文核心期刊中發表文章十余篇。

4智能模擬人ECS在機能綜合實驗教學中存在的問題及解決辦法

仿真智能模擬人ECS已廣泛應用于醫學生臨床技能的培養和考核，但應用于機能實驗教學尚處在初期，應用尚不成熟，仍需加強模擬實驗課程和設備的開發力度，全面提高教學質量。在實際操作過程中也存在很多亟待解決的問題，如權威實驗教材的缺乏，學生受益面窄；學生的興趣濃厚卻探究不深入等。具體存在的問題及解決辦法如下：(1)該門課程是一門新型課程，暫時還沒有權威的實驗教材，我校學生使用的教材是我校機能實驗學任課教師集體備課討論，預實驗，并不斷修改完善形成，此外，還進行實驗項目的編寫，ECS模擬人程序編輯，初步建立起《模擬機能實驗學》這一新型實驗課程體系。(2)在真實遭遇模擬病人需要搶救的臨床情景時，學生因為緊張反而在處理時不知道如何著手，此時需要老師在旁邊掌控課堂節奏，適時進行引導，并督促學生做好課前預習。(3)案例討論時，由于學生尚未接觸臨床課程，學生發言不夠積極深入，老師應該進行積極引導，并鼓勵同學們對不熟悉的名詞、疾病的發病原因、臨床表現、治療方法等進行大膽的分析和討論。

總之，醫學機能實驗學經過三十多年的發展已經初具模型，但是隨著現代科學技術的發展，現代科技在醫學機能實驗學中的應用已成為趨勢但尚處在萌芽階段，考慮到醫學實驗的基礎性、綜合性和應用性，智能模擬人在醫學實驗教學中的重要作用正在慢慢展現，未來也將發揮重大作用。

參考文獻

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(編輯雅文)

收稿日期2015-03-18

中圖分類號：G642.0

文獻標識碼：B

文章編號：1001-7585(2015)18-2570-03