壓力蒸汽滅菌技術虛擬仿真實驗教學培訓系統的設計與開發

唐 建，陳燕華

（西南醫科大學附屬醫院，四川 瀘州 646000）

教育部從2017年開始開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設工作[1]，深入推進信息技術與高等教育實驗教學的深度融合，不斷加強實驗教學優質資源建設與應用，著力提升高等教育實驗教學與實踐育人水平。目前，全國各大高校正積極響應國家號召，努力建設虛擬仿真實驗教學項目[2-5]，并不斷探索基于虛擬仿真實驗教學中心的創新型人才培養模式[6]。壓力蒸汽滅菌是控制醫院感染的重要手段[7]，是醫學相關專業學生必須掌握的知識和技能。然而，目前醫學高等教育中關于壓力蒸汽滅菌技術的專業教育僅在基礎護理學[8]中有簡單的介紹，不足以讓學生理解并掌握壓力蒸汽滅菌的相關知識和操作技能，尤其是關于滅菌原理等相關物理學、生物學方面知識的教學開展情況不容樂觀[9]。壓力蒸汽滅菌虛擬仿真實驗教學系統可彌補實際教學中無法實操、知識點抽象等不足，在醫學高等教育中發揮了重要作用。

1 虛擬仿真實驗教學目標

1.1 突破壓力蒸汽滅菌相關知識與原理的教學難題

壓力蒸汽滅菌器屬于臨床應用的高風險設備，同時也是國家重點監管的壓力容器，如果操作不當將存在較高的安全隱患[10]。在實際教學中，學生不便實地前往消毒滅菌間進行觀摩、學習和操作相關設備，單純的理論學習對于剛接觸此課程的學生來講又過于抽象，如何使學生完全掌握壓力蒸汽滅菌相關知識與原理和操作方法是目前的一個教學難題。為此，本研究采用三維虛擬仿真的形式，設計了壓力蒸汽滅菌技術虛擬仿真實驗教學培訓系統，讓學生可隨時進入模擬的消毒滅菌間，通過生動活潑、直觀、形象的三維動畫將滅菌過程和原理展現出來，便于理解和學習，創新性地突破了壓力蒸汽滅菌知識的教學難題。

1.2 深度融合理論與實踐教學，切實提升學生醫院感染控制的勝任力

本實驗教學系統將壓力蒸汽滅菌的物理學及生物學相關原理與操作方法、程序相結合，通過虛擬現實和臨床實際操作相結合，實現壓力蒸汽滅菌理論與實踐的深度融合，提升學生醫院感染控制的勝任力，為提高醫療服務的質量奠定基礎。

2 虛擬仿真實驗思路設計

壓力蒸汽滅菌技術虛擬模擬仿真實驗教學培訓系統通過3D模擬演示、電子教學計劃、多媒體網絡課件、錄像、計算機數據處理等多種現代教學方法進行實驗教學。學生可通過互聯網進入虛擬實驗室，獨立選擇實驗項目，完成虛擬實驗。教師可以檢查、監督和糾正學生完成的虛擬實驗情況；同時，學生能在線完成實驗并提交實驗報告，并與教師在線交流。這有利于調動學生的實驗積極性和主動性，有利于提高其學習效率，有利于培養學生的實踐能力和創新能力。系統總體設計框架見圖1。

圖1 系統總體設計框架

（1）建立符合學生認知規律的教學程序，采取多樣化形式組織實驗教學，使學生由淺入深、由簡單到復雜，逐步認識、理解和掌握滅菌的相關知識和技能。在實驗過程中，針對性質不同、要求不同的實驗采用不同的處理方法，并對具體問題進行詳細分析和處理。例如滅菌操作實驗，以3D動畫及視頻錄像形式展示滅菌過程中滅菌器溫度、壓力的變化及其對應條件下細菌芽孢與真菌孢子被殺滅的過程，學生在虛擬仿真實驗平臺上進行相關理論課程學習，然后通過人機對話模式，讓學生操作模擬滅菌器進行待滅菌物品的裝載與滅菌程序的設定，系統記錄學生的所有操作，練習結束后系統自動對學生進行評價。

（2）虛擬醫院消毒供應中心環境，營造高度仿真的滅菌操作場景，把實際操作過程中的主要技能和注意事項融入虛擬仿真實驗教學中，包括工作環境安全檢查、滅菌前準備工作、滅菌操作等，讓學生在高度仿真的虛擬環境中進行操作演練。

（3）實驗方法為線上教學與線下教學相結合。線上教學為人機對話模式，通過3D仿真模型在電腦屏幕上為學生展現仿真的滅菌器及實驗操作環境，學生使用鼠標點擊需要進行的操作步驟，所有步驟操作完成后系統自動生成實驗錄像，然后對實驗進行打分、點評并給出改進建議；線下教學為臨床見習，在學生掌握壓力蒸汽滅菌原理及基本操作技能并通過考核后，分批次安排學生進入醫院消毒供應中心進行臨床見習，在保證滅菌安全與質量的前提下，由帶教教師指導學生進行實際操作練習，并及時糾正錯誤。

3 虛擬仿真實驗教學特色

3.1 實驗教學設計思路

目前各大醫學院校關于壓力蒸汽滅菌的教育僅限于課時極少的課堂講授，教學效果不佳。本虛擬仿真實驗教學系統的設計與開發立足于解決這一教學難題，對學生的學習活動進行全流程管理，涵蓋了學習資源計劃、知識管理、網絡培訓管理、在線學習管理、考試管理等領域。模擬醫院消毒供應中心的虛擬滅菌環境，按照實際工作中使用的操作設備制作出高仿真3D模型，并模擬滅菌過程中可能出現的各種緊急情況，如意外燙傷、蒸汽泄漏、壓力容器爆炸等。

3.2 教學方法

采用線上教學與線下教學相結合的方法，先虛后實，虛實結合。學生通過在線理論學習后進行虛擬仿真實驗操作，不僅能控制實驗成本，也充分保障了學生的安全性。在學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，分批次安排學生進入醫院消毒供應中心進行臨床見習，并在帶教教師指導下進行實際操作練習。通過線上線下相結合的教學方法，使原本枯燥的教學內容變得形象生動，從而提高學生學習效率。

3.3 評價體系

采用虛擬仿真考核評價系統與實際操作考核評價相結合的評價體系。學生通過線上理論學習后進行理論考試，成績合格后可進行虛擬操作練習，操作練習結束后系統自動進行打分。實際操作考核為臨床見習后在帶教教師指導下進行操作練習，結束后由帶教教師進行考核評價。

3.4 傳統教學的延伸與拓展

本研究的虛擬仿真實驗教學是對傳統線下課堂式教學方式的拓展，為學生提供了一個網絡學習平臺，能夠對學生的學習活動進行全流程管理，涵蓋了學習資源計劃、知識管理、網絡培訓管理、傳統培訓管理、在線學習管理、考試管理等領域，可以保證學生隨時對實驗內容及操作進行回顧與反復練習；同時采取虛實結合的培訓教學模式，注重培養學生的實際動手操作能力。因此本研究是對傳統教學的傳承、延伸與拓展。

3.5 教育對象的延伸與拓展

隨著區域化消毒供應中心的建立與社會化消毒供應服務的增加，壓力蒸汽滅菌技術已成為醫療機構、社會消毒滅菌服務機構專業技術人員必須掌握的技能。因此，本研究設計與開發的壓力蒸汽滅菌技術虛擬仿真實驗教學系統不僅可為學生提供專業的教育與訓練，還能為醫務人員、社會消毒滅菌服務機構人員提供繼續教育與培訓的平臺。