醫工結合、校企合作??打造基礎醫學實驗教學新平臺

［摘 要］ 教育部提出新醫科示范性本科專業建設，給醫學教學帶來了新的機遇和挑戰。從教學實踐出發，從在線實驗教學平臺建設、信息化實驗室建設、實驗設備和器材的改良、創新創業教育四個方面介紹了醫工結合和校企合作在基礎醫學實驗教學中的應用，針對傳統教學模式中遇到的困點、難點，分別在上述四個方面進行了創新性實踐，結合校外企業在實驗教學中的軟件、硬件的研發投入，共同打造適應未來醫學教育發展的新平臺。

［關鍵詞］ 新醫科；醫工結合；校企合作

［基金項目］ 2020年度教育部產學合作協同育人項目“功能實驗課程中所用器材裝置的改進和研發”

［作者簡介］ 張亞東（1978—），男，上海人，學士，復旦大學基礎醫學國家級實驗教學示范中心實驗師，主要從事醫學實驗教學與研究；嚴鈺鋒（1978—），男，上海人，博士，復旦大學基礎醫學國家級實驗教學示范中心高級講師（通信作者），主要從事醫學實驗教學與研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）30-0001-04 ［收稿日期］ 2023-04-11

為在高等教育領域深入貫徹習近平新時代中國特色社會主義思想，適應時代發展對高等教育的最新要求，2019年4月，教育部提出了新工科、新醫科、新農科、新文科“四新”的示范性本科專業建設，促進高校專業結構優化、提升專業建設質量，推動高水平專業人才培養體系的形成［1-2］。在這樣的大背景下，要應對以大數據云計算、人工智能、虛擬技術、機器人等技術為特征的新工科建設帶來的新科技革命，實現從傳統醫學向精準治療、轉化醫學、智能醫學的轉變。醫工結合將新工科技術與醫學技術進行深度學科交叉，建立新的醫學教育模式，成為新醫科建設的重要發展方向［3］。

基礎醫學實驗教學作為高等醫學教育的重要組成部分，是培養學生操作能力、創新能力、綜合能力的實踐平臺。在整個醫學生培養體系中，實驗教學一直都有著重要且無可替代的地位，如何讓實驗教學在新科技革命的沖擊下仍然發揮其在醫學生培養中的作用，是一個非常迫切、亟待解決的課題。本文就如何打造適應新醫科發展所需要的實驗教學平臺，推動“雙一流”學科建設，實現高水平人才培養體系建設進行了一系列探索工作。

一、建設在線實驗教學平臺，線上線下融合教學

傳統實驗教學強調培養學生的直接動手能力，學生必須通過親自操作，完成實驗所提出的教學要求，這樣的教學模式受到空間和時間的限制，必須在實驗室進行，學生難以充分地預習和復習。如何打破時間和空間的限制，讓學生能夠隨時隨地學習實驗內容，一直都是傳統實驗教學無法解決的問題。隨著計算機技術日新月異的發展，虛擬仿真技術（Virtual Reality， VR）已開始廣泛應用于生活的各個領域，這一技術的深入應用為我們解決這一問題提供了便利。利用計算機程序生成的具有良好交互性的三維環境，對實驗過程進行高度模擬，向操作者提供觸覺、視覺、聽覺等多方位的感知，從而實現將實驗教學拓展到虛擬空間［4-5］。

自2011年始，復旦大學基礎醫學實驗教學中心在前期工作的基礎上，啟動在線實驗教學平臺建設工作。通過和上海交通大學醫學院、上海中醫藥大學等兄弟院校的校際合作；和上海夢之路數字科技有限公司、成都泰盟軟件有限公司、上海嘉奧信息科技發展有限公司等公司開展校企合作，逐步推進虛擬仿真實驗教學平臺和項目的建設，并在國內樹立和保持著示范引領的形象地位。

首先，作為試點進行在線課程建設的是“功能學科綜合實驗”課程。“功能學科綜合實驗”是融合了生理、藥理、病理生理等三門學科實驗為一體的綜合實驗課程，課程的主體圍繞實驗動物進行。實驗結果直接來自對活體動物的血壓、心率、呼吸頻率、血流、肌肉張力、神經傳導等指標的觀察。因此，這一課程的虛擬仿真實驗主要圍繞如何創造出形象、逼真的實驗動物形體，并且能直觀地獲得機體各種功能性指標的數據。“功能學科綜合實驗”在線課程的建設獲得了上海市教委重點課程項目的資助，在2014年以優秀的成績順利通過了驗收，并于2015年獲得上海市精品課程稱號。在此基礎上，從2012年至2019年，功能學虛擬實驗在醫學本科教學中的應用、功能學科網絡虛擬實驗課程及成績評估體系建設、“功能學科綜合實驗”課程OTO教學新模式構建、“功能學科實驗II”在線課程建設項目、“功能學科實驗I”在線課程建設項目、基于虛擬實驗及在線課程的功能實驗課程深度開發與重構等多個相關教學研究課題相繼獲得復旦大學校級、上海市級和國家級教改項目立項，進一步充實并完善在線課程的建設。到2020年，我們已完成整個“功能學科綜合實驗”在線課程的建設，并在實際教學中廣泛應用。同時，將功能學在線課程建設的經驗成果推廣到“細胞與遺傳學實驗”“生物化學實驗”“分子生物學實驗”“實驗動物學”等課程，這些課程也都逐步進行了卓有成效的在線課程資源建設。

其次，利用復旦大學和北京世紀超星信息技術發展有限責任公司共建的在線課程平臺，逐步建立了覆蓋所有基礎醫學實驗課程的實驗教學在線課程體系。隨著計算機和網絡技術的發展，目前已完成了基于互聯網和移動互聯網的在線基礎醫學實驗課程平臺和在線虛擬仿真實驗教學平臺的建設。近五年來，不僅供本校醫學、藥學及其他相關專業本科生開展在線課程、線上線下混合式課程使用，還通過企業推廣，供全國一百多家兄弟院校醫藥專業學生使用。

2020年，基礎醫學實驗教學兩個平臺為在線實驗課程教學提供了強大的技術支撐，完成了大部分基礎醫學實驗課程的在線教學任務。其中，我們開發的虛擬仿真實驗項目選用人數超過10萬，最高超過15萬人。

實踐表明，這兩個在線實驗教學平臺的建設不僅是對傳統實驗教學模式的補充，還拓寬了學生學習知識、發現問題、探索問題的方式和途徑。營造多元的學習環境，適應時代發展，為培養高水平人才提供重要保障。

二、數字化背景下實驗室建設，信息化和人工智能協同發展

教學實驗室是實驗教學得以順利開展的物質基礎，如何專業、安全、高效地使用實驗室是實驗教學順利開展的保障，其中最重要的一點就是實驗室管理。實驗室的空間總是相對固定不變的，為應對不斷擴招的學生人數，以及不斷開設的各種綜合性實驗，對實驗室管理提出了新的要求，即功能多樣化和使用高效化。將信息化技術充分利用到實驗室的管理中為我們解決了這一問題，并使廣大師生受益［6-7］。復旦大學基礎醫學實驗教學中心和上海庚商網絡信息技術有限公司合作，近五年來對實驗室信息化管理平臺進行了全方位建設，包括基于互聯網和移動互聯網的信息化管理網站；基于多媒體技術的智慧實驗室錄播系統、高清實驗操作示教系統、安全監控系統；基于物聯技術的考勤門禁系統、預約取電系統、信息發布系統等。這些系統和平臺的運用，大大提高了實驗室的使用效率，有效節約了管理成本，并在安全性上得到了更加專業的保障。真正實現了對實驗室空間、實驗時間、實驗人員、實驗儀器設備的高效利用和開放共享，提高了管理水平，促進了實驗教學質量的提高。

復旦大學基礎醫學實驗教學中心又和北京慧聞科技（集團）有限公司進行合作，在該公司“小笨智能商用服務機器人”的基礎上，開發研制出了基礎醫學實驗教學人工智能助教和助管，助教功能可以部分代替教師回答學生基本和簡單的重復問題，根據需要展示文字、圖像、視頻等實驗相關教學資源；助管系統還可以幫助實驗室管理人員、教師和學生了解實驗設備和器材的品種、數量、存儲位點、借用歸還信息等。隨著人工智能技術的飛速發展和廣泛應用，我們還將拓展出基于人臉識別和人機對話技術的自動借取歸還等功能。

信息化技術和人工智能技術的應用，提升了教學實驗室的管理水平，使我們的實驗教學更加開放，使學生獲得更多的自由學習空間。在基礎實驗技能教學的基礎上，可以開放以提高綜合能力為核心的科創性實驗。學生可以通過信息化管理網站進行預約，根據自己的學習興趣選擇相應的實驗項目、實驗內容、上課時間到實驗室進行實驗，在人工智能機器人和物聯系統的幫助下，獲取實驗所必需的試劑、儀器和器械。為學生創造一個自由、靈活、個性化的學習環境，有效激發學生進行實驗、探索和創新的動力，大大提高學生的學習積極性和主動性。

三、深挖實驗教學內容，改良實驗器材與裝備

基礎醫學實驗課程的線下部分仍是線上課程無法完全取代的重要部分，基礎醫學實驗技術操作的學習是保證學生后續進行創新性實驗、探索性實驗和綜合性實驗的基礎。新醫科的建設也對這部分的實驗課程提出了新的要求。

在多年的實際使用和教學過程中，我們的教師和學生發現實驗所用的設備或器材使用不便。為解決這些問題，教學團隊一直注重收集學生和教師的反饋，發現和分析使用不便的原因和有效的改進措施。部分問題可以通過采購更新更先進的商品得以解決，針對無法尋找到成熟產品解決的問題，團隊堅持自主創新設計研發，并和成都泰盟軟件有限公司、上海繼德教學實驗器械廠、澳大利亞埃德儀器有限公司等合作，借助他們在計算機、機械制造方面的優勢，制作生產了一批對傳統實驗設備和器材進行改良的產品，投入教學實踐并不斷修正。目前已完成十余項改良和更新，并都已生產出成熟產品，其中“一種微循環觀察裝置”“蛙心插管”“一種離體器官恒溫灌流裝置”“一種用于醫學實驗的電極”4項已獲批國家實用新型專利證書，另外2項已經完成申報等待批準。相關工作在2020年獲得教育部產學合作協同育人項目，其中1項專利也已成功轉化，逐步投入批量商業化生產并推廣到全國應用［8-9］。

這些專利技術的應用，使傳統基礎醫學實驗教學獲得了新的提升，不僅改良了實驗課程，還在不斷的實踐應用過程中培養了學生學習新技術、發現新問題、解決新問題的能力，讓學生在學習過程中參與實驗教學改革，培養他們的創新能力。

與此同時，我們也對已有的比較老舊的醫學實驗檢驗儀器進行了更新，逐步購買了全自動凝血分析儀、全自動生化分析儀、全自動尿液分析儀、五分類血細胞分析儀、酒精檢測分析儀等新型國產醫學檢測儀器，并以這些新儀器為依托，建立了服務于醫學實驗教學的檢驗平臺。這一平臺的建立，有助于我們對已有的醫學機能學實驗課程、人體機能學實驗課程等內容進行升級和改革，形成更為精準和科學的檢測方法。同時，針對醫學實驗改革課程“基于器官、系統的醫學實驗教學”不斷開發出新的實驗課程項目，適應醫學教學改革的需求。

醫學實驗教學平臺的發展，離不開實驗室器材與裝備的更新與升級，我們通過自我研發和采購更新相結合，在不斷的實踐使用中，促進醫學實驗教學適應新醫科建設的需要。

四、立足新醫科建設背景，融入創新創業教育

新醫科的建設向著建立精準醫學、轉化醫學和智能醫學的方向邁進。新醫科建設的過程，也必然伴隨著和新工科的不斷交叉融合［10-12］。跨學科的融合意味著我們培養的醫學生，在傳統醫學教學的基礎上，要不斷打破原有的自身邊界，學習新的知識。“醫+X”的培養模式已成為現在基礎醫學教育的主要模式，其中“X”不僅指其他的學科專業知識，還包括大學生創新創業技能。

在“醫+X”基礎醫學階段，創新創業教育工作，尤其是創業教育的開展相對其他專業較為困難，在基礎醫學實驗教學中引入創新創業教育的先例也比較少。為解決這一問題，基礎醫學實驗教學課程將相關設備和器材的創新研發過程，以及新老產品的優劣對比作為切入點，融入實驗課堂，并結合創新思維、逆向思維等思維訓練，鼓勵學生在實驗課程中發現并提出對設備器材的改進措施，培養學生的創新能力，并引導學生初步形成一定的創業意識。目前已獲得的4項專利中的1項有學生參與，正在申請的2項專利也都有學生的參與，上述教育部產學合作協同育人項目也主要由教師帶領學生共同申報所得。這些創新創業教育內容的融合，提高了學生對基礎醫學實驗課程的興趣，也增強了他們的綜合能力。

結語

工業革命4.0的時代已經到來，它的到來必然催生醫學新的發展。大數據云計算、人工智能、虛擬技術、腦機接口、精準醫學、智能醫學等新概念層出不窮，各種創新創業的興起促進了醫學教育的轉型，醫學教育的核心架構面臨著重構。在這樣的背景下，新醫科的建設應運而生，這是我們培養未來高水平醫療服務人才的必然需求。

基礎醫學實驗教學作為醫學生培養教育的重要組成部分，也應該適應時代的發展，融入新醫科建設。我們在以往的教學實踐過程中，通過不斷地融合，結合自身的特色和優勢，借助各個校外企業的新科技產品，從文中所闡述的四個方面將創新、創業不斷融入我們的實驗教學、實驗室管理、實驗材料創新，打造出適合新醫科建設的新平臺。

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To Build a New Platform for Basic Medical Experimental Teaching with Medical and Industrial Integration and School-Enterprise Cooperation

ZHANG Ya-dong， WANG Jian-zhi， RAO Yu-liang， YAN Yu-feng

（National Demonstration Center for Experimental Basic Medicine Education， Fudan University， Shanghai 200032， China）

Abstract： The construction of “new medical” demonstration undergraduate major proposed by the Ministry of Education has brought new opportunities and challenges to medical teaching. Starting from teaching practice， this paper introduces the application of the combination of medical industry and school-enterprise cooperation in basic medical experimental teaching from four aspects： the construction of online experimental teaching platform， the construction of information laboratory， the improvement of experimental equipment， and the education of innovation and entrepreneurship. We respectively carried on the innovative practice in the four aspects combined with the hardware and software in the experiment teaching provided by the enterprises， so as to overcome the difficulties and challenges in the traditional teaching model and create a new platform for the development of medical education in the future.

Key words： new medical; medical and industrial integration; school-enterprise cooperation