醫學檢驗技術虛擬仿真平臺的建設與探索

何超翔,王金丹,樓哲豐,謝克儉,楊亭亭,徐漫歡,鄭曉群

(溫州醫科大學檢驗醫學院/生命科學學院，浙江 溫州 325000)

虛擬仿真技術是以計算機軟件、硬件為基礎，采用專門技術手段，通過對已知或未知世界的仿真，使人獲得真實感受的一種先進計算機應用技術[1]。虛擬仿真技術作為信息技術的產物，在教學、科研[2]、醫療等領域中具有廣闊的應用前景，正逐步成為實驗教學改革的新方向[3]。

2005年教育部啟動了國家級實驗教學示范中心建設工作，并分別于2013、2017年開展了國家級虛擬仿真實驗教學示范中心與虛擬仿真實驗項目的建設工作，促進了實驗教學與現代信息技術的深度融合，推動了虛擬仿真教學在傳統教學中的應用。醫學檢驗技術作為以實踐技能為基礎的專業，亟需加強虛擬仿真項目的建設以促進實驗教學的改革。

一、醫學檢驗技術實踐教學現狀

(一)實驗教學現狀。

醫學檢驗技術是一門實驗性強、多學科交叉融合的專業。由于其微觀結構可視性差、概念抽象、實驗操作要求高、學生對尖端大型設備接觸機會少等原因，給教學帶來不少的難度。此外，2012年教育部將原有的五年制醫學檢驗專業改為四年制的醫學檢驗技術專業[4]，縮短了教學學時數，同時對學生的實驗操作能力提出了更高的要求。

近年，隨著高校的擴招，學生數量的增加，實驗教學中的矛盾日益突出。這類矛盾主要集中在：(1)師生比失衡。由于本科學生基數大，教師數量有限，僅能通過講解與演示的形式進行教學，而無法面面俱到地對每一位學生的錯誤操作進行指導。(2)實驗涉及生物危險。醫學檢驗技術實驗可能涉及危險生物材料、感染性樣本的操作，如學生操作不規范，疏忽大意，將會導致安全事故。(3)實驗條件有限。醫學檢驗儀器價格昂貴，更新快，種類多。各高校由于場地、經費等原因無法大量購買、更新儀器。學生僅能在醫院實習期間對大型儀器進行學習與操作。(4)實驗考核方式單一。目前許多高校通過實驗記錄本、實驗報告等資料對學生的學習效果進行階段性評分。這種考核方式導致學生對實驗只能產生機械記憶，也增加了學生抄襲他人的實驗報告的風險。除此之外，學生的動手能力無法獲得及時有效的訓練。

(二)學生學習現狀。

隨著電腦軟件與手機應用的廣泛普及，利用互聯網等便利條件進行學習，對于當時代的大學生來講，已非新鮮事。新一代的大學生不僅熟悉網絡，且具有較強的信息獲取、處理能力。學生對書本上抽象的文字與圖片不能理解時，往往借助互聯網尋求幫助，通過自主學習的方式進行理解。在實驗訓練時，學生對于課堂上次數有限的基本操作并不滿足，希望獲得更多的操作機會與指導。

目前，傳統實驗教學對當代大學生吸引力是遠遠不夠的。實驗教學迫切需要滿足學生們的個性化需求，從以教為中心向以學為中心轉移。通過線上線下相結合的實驗教學可滿足不同層次學生的學習需求。

二、醫學檢驗技術虛擬仿真平臺建設

由于醫學檢驗技術實驗教學的不足與不同層次學生學習的需求，我們構建了一個集虛擬檢驗科、虛擬檢驗儀器、虛擬實驗項目為一體的醫學檢驗技術虛擬仿真平臺。

(一)虛擬檢驗科。

以ISO 15189醫學實驗室認證的檢驗科為模型，我們按照最優實驗室排布方法設計出一個虛擬檢驗科，此檢驗科具備規范的實驗室的布局，儀器放置與工作流程。虛擬檢驗科包括6個實驗室：臨床檢驗室、臨床生化檢驗室、臨床免疫檢驗室、骨髓與細胞遺傳檢驗室、臨床分子生物學檢驗室、臨床微生物檢驗室，并設置辦公區、樣品采集區、資料區及倉庫等。

學生可通過鳥瞰模式、瀏覽模式了解檢驗科。鳥瞰模式下可總覽布局，通過點擊進入相應的實驗室，了解該實驗室中儀器擺放位置、工作流程。瀏覽模式下可按照標準流程進入檢驗科，即以更衣室為起點依次瀏覽整個檢驗科。這兩種模式，能幫助低年級學生對檢驗科形成直觀的認識，并對接下來的課程學習帶來指引性的作用。除此之外，瀏覽模式也能幫助高年級學生鞏固3年里所學得的醫學檢驗科相關知識。

(二)虛擬檢驗儀器。

虛擬檢驗儀器分布于各實驗室中，覆蓋現今檢驗科所涉及到的大部分儀器。不僅包括儀器的樣式、內部結構展示，還包含儀器操作方面的互動。

學生通過使用虛擬檢驗大型儀器，可了解儀器的運行原理以及操作步驟。以流式細胞儀為例，該虛擬檢驗儀器包含了儀器概述、開機準備、試劑更換、樣本檢測與儀器結構，學生可以通過鼠標的點擊，了解各個關鍵組件，同時可進行模擬上樣、細胞分選、數據處理等操作，達到與操作真實的儀器相似的效果。這樣的模擬操作，為今后實習工作、科研學習奠定堅實的基礎。

(三)虛擬實驗項目。

虛擬實驗項目選取醫學檢驗技術專業各個實驗課程中基礎性實驗與綜合性實驗進行制作。學生通過基礎實驗操作，在課前能起到預習的效果，掌握動作要領與重點，在課后能夠達到復習的效果，更加深入了解實驗并對實驗課程中所犯的錯誤查漏補缺。對綜合實驗進行虛擬操作，能深化學生對基礎實驗的了解與運用，開闊實驗思路。

如在臨床分子生物學檢驗技術這門課程中選取PCR的操作作為基礎實驗，當學生通過虛擬與真實操作后，掌握PCR的基礎、實驗細節與難點后，可通過綜合實驗“多重PCR檢測α-地中海貧血基因缺失”對PCR在醫學檢驗中的應用有一個深刻了解。

三、平臺使用初步效果

醫學檢驗技術虛擬仿真平臺通過檢驗人員、相關教師的測試后，目前正以本校2017級檢驗醫學技術班級進行試點，并納入實驗考核。學生通過該平臺對相關的實驗進行訓練考核，可達到虛實結合，以虛促實的效果。通過對本平臺的使用，該班學生上課積極性與互動程度均有所提加，同時93%的學生認為在操作的過程中，虛擬仿真平臺的運用可深化對專業知識的認知，完善對檢驗科的認識，并能對之前的知識盲點進行查漏補缺。

四、總結與討論

1989年William Wulf教授首次提出虛擬實驗室[5]的概念后，虛擬仿真已經從一個概念逐漸具體化，并成為服務教育的有力工具。醫學檢驗技術對實驗操作、生物安全性有著較高的要求，所以迫切需要引入虛擬仿真技術以解決實驗教學中所遇到的難點。

學生通過虛擬檢驗科的漫游，可了解檢驗科各個實驗室、儀器的分布、工作流程，幫助建立檢驗科的工作流程；學生通過虛擬檢驗儀器的操作，能夠達到與真實教學效果相接近的效果；學生通過虛擬實驗項目的訓練，可夯實基礎，提高綜合應用能力，較早形成科研思維。該平臺將傳統課堂教學與醫學檢驗有機靈活地結合起來，逐漸形成了以學生為主體，教師為主導的學習模式，為醫學檢驗相關專業的師生在實驗訓練、實踐教學中帶來許多便利。

我們將對項目進行大力推廣使用，并深化內容、提升技術，致力于實現降低教師重復工作量的目標，節省工作時間成本，幫助教師將更多的精力投放入課堂教學和教學研究上；提高學生學習興趣與效率，在夯實基礎的同時有更多的時間去參加科研與素質培養，并為學生提供全新的教學手段與模式[6]。

致謝：感謝應俊、周燕、李佩珍、姜愛英、潘智勇等老師在實驗技術方面上的指導。