智能模拟人ECS应用于医学机能综合实验教学模式的改革**——以广州医科大学机能实验教学为例



智能模拟人ECS应用于医学机能综合实验教学模式的改革**——以广州医科大学机能实验教学为例

广州市教育科学“十二五”规划课题(11A038)；2012年广州医学院教育科学规划课题。通讯作者：朱晓琴

邓镇1赵元淑1朱晓琴2胡景鑫2雷水生3

1广州医科大学机能实验中心，广东省广州市511436；2广州医科大学生理学教研室；

3广州医科大学附属第五医院

摘要现代科技应用于医学生基础实验教学是高校实验教学改革的重要趋势，在培养学生创新思维和实践性方面发挥着举足轻重的作用。广州医科大学将国际先进的智能模拟人ECS教学设备与机能综合实验教学有机结合，在虚拟的临床病例中具体操作运用，并检验所学的理论知识和临床技能知识。这在现代医学教育人才培养中效果显著，并达到了培养学生临床思维和分析能力、提高医学生综合素质的目的，为现代机能实验教学改革提供了新思路。

关键词机能实验学智能模拟人ECS实验教学

医学是实践性很强的一门学科，因此，实验教学就成为高等医学院校教育的重要组成部分。目前，由于医疗资源的短缺、实验动物的大量浪费等，许多医学院校开始尝试运用诸多高端仿真技术用于本科生的机能实验学教学过程。机能实验课是生理学、药理学、病理生理学三门学科的实验教学的融合[1]，它是一门实践性很强的应用性学科，是在基础学科的基础上培养学生对知识和技能的综合运用能力。目前，机能学实验教学更多的是在课堂上让学生通过动物(如家兔、大鼠)观察记录实验现象、分析实验结果和书写实验报告等基本方法来探讨动物的机能活动规律，并观察动物在人为制造的疾病状态或药物干预下的变化情况。如何让学生通过实验更好地将医学基础知识和临床现象结合起来，有效地培养学生临床思维和分析能力，提高医学生的综合素质，是现代医学实验改革的重点。所以，本校机能实验中心在医学生的基础医学学习阶段，尝试运用智能模拟人ECS系统进行机能综合实验的教学，将动物实验与模拟人有机融合，为医学生尽早接触临床情景，为提高医学生的实践能力、知识综合能力和创新能力搭建良好的实验平台[2]。

1使用智能模拟人ECS进行机能综合实验教学的必要性

1．1智能模拟人ECS应用于机能综合实验教学的优势广州医科大学于2004年引进美国METI公司生产的代表目前最高端医学模拟培训技术的生理驱动模拟系统，即生理驱动智能模拟人ECS(Emergency care simulator)，并组建现代化临床技能培训中心，拥有真实的房间ICU环境，含有真实的医疗设备(如呼吸机、监护仪、除颤仪等)，让一切在真实中发生，促进教学方法的根本变革。该系统利用多种局部功能模型、计算机互动模型以及虚拟科技等模拟系统，在模拟人身上模拟患者的生理及病理学特征，对所实施的各项操作产生相应的生理反应，并在相关的监护设备中显示相应的生理数据，创建交互式的教学情景，实现临床真实场景下的治疗。该系统具有高度安全性、高度仿真性、高度可控性、无任何风险、可记录、可回放等特点[3]，可以根据不同层次的教学需要，在ECS上设计各种难度和不同阶段的实验，并且可以根据教学的需要，调节救治的难度，具有很高的操作实用性。学生在操作过程中可以无限次重复，真正达到了允许学生犯错并从错误中学习的目的。通过使用ECS智能模拟人，可以使教学过程变得更加形象和具体，有利于学生系统、完整、动态地理解书本上的知识，并深刻体会病人的感受。

1.2智能模拟人ECS应用于临床医学和基础医学教育的重要性综合能力是评价医学生质量的一个重要客观依据。近年来，依托于临床技能中心的急救技能教学取得了较好的教学效果，并深受带教老师和实习学生的喜爱[4]；此外，我校还对智能仿真模拟人进行功能开发，将智能模拟人应用于基础药理[5]、麻醉生理学[6]、病理生理学[7]等基础医学课程的教学，这些模拟人应用于基础医学教学的效果均显示可以明显提高学生的学习兴趣和积极性，强化学生团队合作和沟通协作能力[5]，相对于传统实验教学有质的提高，并促进学生将医学基础知识和临床联系起来，可以成为PBL (Problem-based learning)教学方式的一个有益补充[7]。

1.3智能模拟人ECS应用于机能实验学的潜在必要性鉴于智能模拟人对于医学基础教育的重要性，在机能实验学课程安排上，在机能实验学课程开展的后期，开设十多个与临床医学课程相近的实验内容，即设计一些临床表现与基础知识相结合的典型案例进行实践与研究。把模拟人应用于机能实验教学，建立《模拟机能实验学》这一新型实验课程体系，以期达到如下教学目标：(1)让学生在机能实验学课程阶段除了观察动物的正常生理、药效作用以及病理生理变化过程外，还要在模拟人身上观察模拟人的生理及病理变化过程，比较二者的异同点，学会运用基础知识解释临床所表现的生理、药理及病理生理特征，巩固和加深理论知识；(2)让学生更新观念，改变以往的动物实验过程中动物生理病理变化与人体的病理生理变化无直接联系的思想理念，提高综合分析问题的能力；(3)让学生了解相关的临床表现，激发学生的学习兴趣，提高学生学习的主动性、积极性和创造性，早期架起基础通向临床的桥梁；(4)培养学生的应急应变能力。在遇到突发事件时，应该保持良好的心态，合理利用现有的一切资源，并节约使用，避免不必要的浪费和损失。

2智能模拟人ECS在机能综合实验教学中的应用

机能实验课在我校临床医学专业的本科第5学期尝试开设两种类型的实验项目，一种是综合性机能实验，先在机能学实验中心进行动物实验，再利用临床技能中心的ECS平台进行模拟人实验；另一种是模拟机能实验，利用智能模拟人对临床案例中患者的生理病理反应进行讨论和分析。

以“综合性机能实验”为例，该课程最初以开放实验室的形式面向学生开放，后来改为在机能实验学课程后期作为必修课开展。此时学生已经完成机能实验学的大部分实验内容，学习了利用动物实验探讨动物的机能活动规律的方法，初步掌握动物实验的方法和步骤，并掌握常用实验仪器的使用，学会记录实验结果并对实验结果进行分析总结。实验内容选择基础与临床实际结合紧密的有代表性的实验项目，例如(1)药物与神经调节对动脉血压的影响；(2)体内外多种刺激对呼吸运动调节的影响；(3)有机磷中毒的表现及其抢救；(4)失血性休克及其抢救措施；(5)糖尿病酸中毒及治疗；(6)肾功能衰竭及抢救；(7)肝昏迷及其抢救；(8)呼吸衰竭的临床表现及其急救措施；(9)心力衰竭的临床表现及其抢救等。以“药物与神经调节对动脉血压的影响”为例进行介绍。

首先是动物实验部分：先对家兔实施右侧减压神经、迷走神经和颈总动脉的分离，左侧颈总动脉分离、插管；再通过BL-420E生物机能实验系统，观察在牵拉颈总动脉、夹闭颈总动脉、刺激减压神经、刺激迷走神经等因素，去甲肾上腺素和肾上腺素等药物作用于家兔时，家兔的血压、心率变化情况，以此观察神经和体液因素对动物血压和心率的影响，并学习哺乳动物动脉血压的直接描记方法。之后是模拟人实验部分：学生进入临床技能中心，利用ECS智能模拟人平台观察。在正常模拟人，学生通过模拟刺激颈动脉窦，可在监护仪上出现血压下降、心率减慢等真实反映患者的病理生理特征；而在模拟的高血压病人身上，学生通过模拟刺激颈动脉窦，可在监护仪上观察到心率减慢，外周血管阻力降低，血压回降等病理生理反应。之后，学生在老师指导下对于该症状的原理和治疗方法进行讨论。例如进行“肾上腺素对过敏性休克的治疗”的模拟人实验时，通过模拟人模拟临床情景，此时若模拟人表现出青霉素过敏性休克需要进行抢救，可以观察到呼吸困难、脉搏不能扪及、神志丧失等，监护仪上发现血压30/0mmHg，脉搏 160次/min，需要即刻对患者进行升压处理。此时学生只要回忆起药理学知识：肾上腺素是α和β受体激动剂，具有兴奋心脏、收缩血管、降低毛细血管通透性、解除支气管痉挛等作用，因此能迅速缓解过敏性休克出现的心跳微弱、血压下降、呼吸困难等危急症状，就不难想到需要即刻使用的药物是肾上腺素。通过一系列正确的操作和抢救，模拟人可苏醒，血压、脉搏、呼吸恢复正常，脱离危险。整个实验过程体现了从动物水平的观察上升到人体水平，实现了基础学科与临床学科的挂钩，满足了学生对临床知识的好奇感和求知欲。

3智能模拟人ECS应用于机能综合实验教学的教学效果评价

3.1教学效果分析形成了“动物实验-模拟人实验-讨论”的学习过程。通过课堂观察发现，大部分学生对于模拟人实验内容设计较为满意，学生学习的自主能动性提高，ECS高仿真模拟人可以激发学生的学习动机和兴趣；课堂组织效果好，学生纷纷提出问题和相互讨论，学生临床思维能力得到了很好地锻炼。动物实验让学生了解实验原理，再通过模拟人再现临床情景，形成“动物实验-模拟人实验-讨论”的学习过程，能够有效地培养学生临床思维和分析能力。而且智能模拟人具有安全性、仿真性、可控性、可记录、可回放等特点，可以满足机能综合实验教学的需要。

3.2学生科研能力的培养模拟机能实验学的开展在培养学生的科研创新思维和团队协作能力方面也取得了良好的成效。学生课外科技作品多次获奖，例如，陈学文、潘泓、黄家杰等同学《抗蛇毒血清及鸡卵黄抗体对蛇伤大鼠保护作用的时效性研究》2009年获得了第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛二等奖和第十届“挑战杯”聚晖广东大学生课外学术科技作品竞赛特等奖；大批学生在教师指导下参与国家级、省级、市级科研课题的研究，并在《实用医学杂志》、《中国临床药理学与治疗学》、《蛇志》等中文核心期刊中发表文章十余篇。

4智能模拟人ECS在机能综合实验教学中存在的问题及解决办法

仿真智能模拟人ECS已广泛应用于医学生临床技能的培养和考核，但应用于机能实验教学尚处在初期，应用尚不成熟，仍需加强模拟实验课程和设备的开发力度，全面提高教学质量。在实际操作过程中也存在很多亟待解决的问题，如权威实验教材的缺乏，学生受益面窄；学生的兴趣浓厚却探究不深入等。具体存在的问题及解决办法如下：(1)该门课程是一门新型课程，暂时还没有权威的实验教材，我校学生使用的教材是我校机能实验学任课教师集体备课讨论，预实验，并不断修改完善形成，此外，还进行实验项目的编写，ECS模拟人程序编辑，初步建立起《模拟机能实验学》这一新型实验课程体系。(2)在真实遭遇模拟病人需要抢救的临床情景时，学生因为紧张反而在处理时不知道如何着手，此时需要老师在旁边掌控课堂节奏，适时进行引导，并督促学生做好课前预习。(3)案例讨论时，由于学生尚未接触临床课程，学生发言不够积极深入，老师应该进行积极引导，并鼓励同学们对不熟悉的名词、疾病的发病原因、临床表现、治疗方法等进行大胆的分析和讨论。

总之，医学机能实验学经过三十多年的发展已经初具模型，但是随着现代科学技术的发展，现代科技在医学机能实验学中的应用已成为趋势但尚处在萌芽阶段，考虑到医学实验的基础性、综合性和应用性，智能模拟人在医学实验教学中的重要作用正在慢慢展现，未来也将发挥重大作用。

参考文献

[1]郭裕昆，王正山，忻忠义，等. 机能实验教学改革的内涵与实践

〔J〕. 中国高等医学教育，1992，6(4)：9-10.

[2]朱晓琴，雷水生，胡景鑫，等. 医学机能实验教学改革探索〔J〕. 中华医学教育杂志，2012，32(3)：441-443.

[3]朱晓琴，胡景鑫，王桂房，等. 模拟病人应用于机能实验教学的实践与探索〔J〕. 广州医学院学报，2012，40(1)：77-78，81.

[4]薛磊，张雅洁，张介卿，等. 应用智能综合模拟人进行急救技能教学的效果分析〔J〕. 中华医学教育杂志，2007，27(5)：81-84.

[5]周金懿，林芳，晓林，等. 模拟人ECS在药理实验教学中的初步应用〔J〕. 中国高等医学教育，2001，15(3)：87-88.

[6]邓玉萍，黄焕森，等.ECS高端模拟人在麻醉生理学实验教学中的应用与探讨〔J〕. 中国高等医学教育，2013，27(1)：121-122.

[7]肖瑞，薛磊，陈晓云，等. 医学模拟教育在病理生理学教学中的应用与研究〔J〕. 中国高等医学教育，2010，24(3)：62-63，88.

(编辑雅文)

收稿日期2015-03-18

中图分类号：G642.0

文献标识码：B

文章编号：1001-7585(2015)18-2570-03