虚拟仿真平台在医学检验技术实验教学中的应用＊

李 侃 杨 辉 龚 权 王 超 聂 浩

（长江大学医学部，湖北 荆州 434000）

为解决目前医学实验教学面临的实验条件、实验成本等问题[1]。长江大学技术与专业科技公司合作开发出来了用于医学实验教学的虚拟仿真教学平台。该平台结合传统教学，帮助学生掌握检验技术中分析系统、操作流程、技术管理等基础知识与技能对检验专业快速地掌握实验要点发挥了重要作用。在这里对构建医学实验教学平台的基本状态及在医学实验教学中的使用现状进行研究，并不断探索虚拟仿真平台用于医学实验教学中的不足之处，从而进一步去完善教学效果。

一、虚拟仿真实验教学平台的构建

1.开发实现与运行环境

构建用于教学的虚拟仿真系统需要利用计算机网络、SQL SERVER 数据库、Javascript等编程软件技术，以图形工作站为核心进行数学计算和系统运行的，长江大学创建虚拟仿真平台的开发人员使用actionscript 3.0、javascript1.5等编程语言，在WindowsXP 及以上中文操作系统上运行。它可以通过简单的用户界面迅速高效地创建对象、导入外部资源，并通过简单的拖放动作实现为变量赋值，连接脚本等操作。全新版本的引擎能够发布支持Windows等在内的多个系统平台软件，其操作环境简单、直观，且界面运行良好。

细菌药物敏感试验虚拟教学软件是2019年由上海梦之路有限公司协助长江大学编制。该软件了解基础培养基制备方法及用途；细菌分离培养技术；观察细菌在培养基中的生长现象，并掌握纸片扩散法，操作方法及结果判断；掌握病原微生物对各种抗生素的敏感（或耐受）程度，以指导临床合理选用抗生素药物技术特点：利用javascript1.5 编写动画和人机交互界面，可以和网络平台SQL SERVER 数据库完美连接。多次根据学校教学的实际反馈进行改进，在学生教学实践中解决了贵重教学设施不足的问题，教师和学生普遍反映良好，起到了很好的教学效果。

2.虚拟仿真平台框架的构建

分为虚拟实验教学软件操作人机互动接口（操作界面）以及通过真实的设备和药物进行实验教学两大块。在虚拟教学平台上设计有供学生进行教学实验的菜单“实验目的”“实验原理”为医学常识部分，从医学书上就可以完成资料填充；在“实验操作视频”里是根据真实教学实验时录制的视频，当学员需要查看时可以调取相关视频。当理解实验操作后，就可以进入“虚拟实验操作”进行虚拟实验了。另外，系统设置有“流程出错停止”和“实验操作考核”两种模式，分别用于学生初次学习和实验考核。

3.虚拟仿真平台在校园的构建及运行状态

长江大学虚拟仿真系统的主干带宽1000Mbps，出口带宽1040Mbps。经过教学实验进行检验，该校园虚拟仿真平台能够安全、稳定地运行。师生都可通过校园网或进入虚拟平台，注册的学生可以根据需要进行虚拟实验。在完成实验后，学生可以递交实验报告。老师随后就能进行检查评分；学生可以查看老师的评语以及个人实验成绩。

二、虚拟仿真实验项目内容的选择

长江大学对于受药品或设备资源有限而不能广泛开展教学的内容作为虚拟仿真平台研究的实验项目。如在临床血液学、临床检验基础、实验诊断学等实验教学中流式细胞仪、全自动血细胞分析仪、全血发光血小板聚集系统、全自动凝血仪等。我们开发了与这些课程有关的虚拟仿真软件，在里面包含各种设备的原理与外观、操作演示和操作模拟。学生很快就能够熟悉并掌握这些虚拟仿真的教学内容。

1.虚拟仿真实验项目的制作

1.1 教学图片的搜集与分类

为完成虚拟仿真的制作，首先对实验室现有的临床设备、仪器、药品进行拍照；如果还有部分在实验室难以获得（比如：不便于捕捉瞬间的图片），还可以通过查询专业医学网站、动画制作等方式完成剩余图片的收集，随后按照各学科特点进行分类。如在血液细胞形态学、体液形态学中对其涉及的细胞发育各个阶段去区分，通过这些便构建了基础的教学图片[2]。

1.2 教学视频的收集与制作

根据传统教学实验时录制符合规范的实验视频并保存在数据库里。对于不便于详细观察细节的内容，编辑人员使用软件进行动画编辑。再利用“互联网+”计算机编程技术制作虚拟实验室，电脑屏幕上展示的各种场景和动画、让学生了解实验室布局以及设备功能、药品的特性等注意事项，这样初学者就能够很快地掌握要点。

1.3 将素材嵌入虚拟仿真平台

最后为了实现虚拟实验教学软件的相关功能，编辑人员将利用计算机根据长江大学医学实验教学的需求，编译成各个模块的菜单等，并在编辑完成后转变为可执行文件。随后教师和学生就可以登录局域网并运行该可执行文件进行虚拟实验了。

三、在医学检验专业教学中应用虚拟仿真平台

1.实验课堂上应用虚拟仿真平台的教学

在实验课堂教学中，教师结合虚拟教学仿真平台的方法，“虚实互补”，优化教学的步骤和计划[3]。如临床血液学中在虚拟实验电脑屏幕上展示各个方位血细胞的图片，使学生掌握血细胞来源、组成、增殖、分化的过程，打好了学生实验诊断学的基础。为给学生清晰地讲解临床医学设备的工作原理的结构。我们引入检验仪器内部结构的三维动画模型，不熟悉设备的学生在计算机上就能够对仪器虚拟拆解成不同的功能部分，这样学生很快就能够掌握仪器的原理，各部分的操作要求。类似的还有：半自动生化分析仪数量少，不能满足学生人人上机动手操作训练。采用虚实结合的教学办法，即先由老师在网络教学系统上讲解如何使用操作半自动生化分析仪，学生通过平台的“人机交互”功能，在电脑上模拟操作半自动生化分析仪；然后让学生在真实仪器上训练操作，如此反复多次虚实结合教学。虽然临床生化检验分析检测项目（血糖、血脂、转氨酶等）多达数十种；并且检测方法还有多种方法；每种方法涉及10余种参数设置。但经虚实结合教学，即使半自动生化分析仪数量不足，学生仍能较快掌握仪器的操作技能。即便是难点和重点的连续测定酶活性及K值的计算，在虚拟仿真平台的帮助下学生也能够很快的掌握。我们还导入临床真实病例，学生先按虚拟平台上提示的说明书要求进行临床生化试剂盒操作，然后在传统操作训练平台上学习实际的操作训练，较以前的纯理论学习的方法，学生更容易理解新教学方式下的教学内容。可见新的教学模式，有助于学生的操作技能训练，提高了临床生化检验实验教学效果[4]。

2.教学方法创新及应用

虚拟实验教学系统是基于传统医学实验室基础上的重要辅助教学方式，和原理纯传统的教学模式相比，有很强的趣味性、互动性、可操作性，安全性（没有生物病毒泄漏的风险）。具体表现为：第一，破除了不同的学科的边界，比如临床和病原基础互相融合，使知识体系变得更加的完整。第二，长江大学和专业的科技公司合作，融合了问题式学习、案例式学习、资源式学习并与医学网络实验教学相互联系。第三，通过虚拟仿真的互动教学实践，激发了学生的学习兴趣，让学生能够自主的将真实传统的医学检验实验结合起来学习。第四，可作为科普教育。第五，通过虚拟实验室平台对临床快速检验新技术的具体实例进行演示和讲解，学生的更容易形成学以致用的思维习惯，将所学的和医学实例结合，从而在真正参加工作后能够很快地进入职业的提升过程[5]。

3.自主学习中的应用

学生可以在课下通过网络，登录虚拟的医学实验平台，进行课程教学点预习、虚拟实验等学习内容，还可以在学习完成后做实验练习题目等，从而帮助学生进行有效率的预习，熟悉实验的步骤和设备的基本操作方法。学生在没有真正接触实验设备前就能够充分地掌握实验目的、实验原理，基本的实验操作步骤，关键设备的操作要点、注意事项等。从而在真正利用实验设备和药物做实验时能够很快地进入状态。减少了药物的消耗和提高了贵重设备的有效使用率。

四、教学效果

长江大学通过“校—校合作、医院—学校合作”等多种渠道加速构建实验教学平台。目前在校师生可以在需要的时候通过局域网进入虚拟实验室场景。

1.对象及方法

长江大学选取了两个检验专业班级分别作为实验组与对照组，作为实验组的52个学员通过虚拟仿真辅助传统教学结合的方法进行教学；对照组51个学员，仍然沿用传统教学模式。通过师生调查问卷和对比不同分组学员的实验成绩两种方式调研不同的教学方式下的教学效果。之后通过专业统计用软件对两组不同的教学方式实验组的成绩结果进行统计分析，由于用于样本含量较小，样本检验的方法通过t检验进行。

2.结果

采用虚拟仿真平台教学的实验组进行教学实验的成绩为（85.5±6.7）分，对照组实验考试成绩为（79.5±8.5），实验组学员的成绩结果明显优于对照组学员，两组学员的差异具有统计学意义（P＜0.01）调查问卷发放83份，回收有效问卷82份，结果如表1显示，大多数师生认同采用虚拟仿真平台开发的虚拟仿真实验平台可以引导学员的实验积极性，对学员快速的掌握实验要点有很大的帮助。

表1 对实验组中师生进行问卷调查的结果和评论状态 人(%）

目前，长江大学基于虚拟仿真用于医学实验教学的相关成果已经连续获得两届湖北省大学生虚拟教学比赛一等奖、一项国家软件著作权、二项省级软件著作权。

结语

虚拟仿真教学模式由于节约了实验成本，特别是在贵重实验设备有限的情况下，能够利用电脑模拟仿真让学生在不接触真实的设备就能够对相关实验操作进行形象的操作和理解，从而缩短使用贵重设备的时间，有效地利用有限资源起到很好的教学效果，因此在国内外多个领域内的发展均十分迅速，同时我们也要认识到持久、有效、系统的创新教育，是医学检验教育深化发展的必由之路。虽然长江大学的虚拟仿真教学研究表明该教学模式能够显著促进教学效果，但仍然有许多地方值得进一步去完善。比如，目前长江大学的虚拟仿真教学平台仍然要求学生在大学内安装了软件的电脑上操作才能进行教学。在外地学生不能够到校的情况下，无法进行网上教学，可以考虑继续改善软件，让学生在自己家中就能够通过上网访问教学平台，做到在家中就能够有效地进行线上教学，减小对教学的影响。