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医学检验虚拟仿真实验教学平台建设

2019-06-21 08:35 来源:医学检验论文 人参与在线咨询

摘要:医学检验是一门注重实践性和操作性的专业,注重学生专业实验能力和操作水平的培养。传统医学检验实验教学存在弊端,采用虚拟仿真技术(virtualreality,VR)建立医学检验虚拟仿真实验教学平台可完善并提高教学质量。通过对医学检验虚拟仿真实验教学平台建设进行初步探索,对目前存在的困难进行剖析,为响应教育部建立国家级虚拟仿真实验教学中心,促进医学检验教育信息化建设提供新思路。

关键词:医学检验;虚拟仿真;实验教学

医学检验是一门注重实践性和操作性的专业,尤其2012年教育部将培养目标由五年制培养“从事医学检验及医学类实验室工作的医学高等专门人才”改为四年制培养“从事医学检验及医学类实验室工作的医学技术高级专门人才”[1],着重强调了专业实验能力和操作水平。现医学进入精准医疗的大数据时代,传统的“规定动作”教学已不能满足技术日新月异的变化,各类因素极大程度的制约着教学效果,借助虚拟仿真技术(virtualreality,VR)可有效改善这些问题。VR技术是一种以计算机为核心的新型认知工具和知识载体,利用高科技生成虚拟环境,使操作者具有视、听、触觉一体化的沉浸感[2],可借助特殊设备与虚拟环境交互,达到身临其境的感受和体验。本文对医学检验虚拟仿真实验教学平台建设现状进行分析,为建设医学检验虚拟平台提供新思路。

1传统医学检验实验教学存在的弊端及VR解决方案

1.1验证实验占比大,学生操作机会少

传统实验教学一般由实验技术人员备好实验项目所需仪器、试剂和样品,在讲授实验目的、原理、方法步骤和注意事项后,学生“依葫芦画瓢”进行实验。通过VR平台,可实现“实验准备→预实验→实验操作→结果分析”等流程操作。为培养学生的专业思维和创新素质,可在平台中设计开放式、研究式的实验教学[3]。目前临床在用的医学检验仪器多为全自动化操作,价格昂贵,且实验场地有限,加上招生规模扩大,无法做到人手一台进行操作,大大制约了学生的动手操作能力。VR通过一台计算机或一套虚拟设备即可模拟整套医学检验虚拟实验室,容纳检验科相关仪器设备,学生通过模拟实验过程,可反复进行操作练习,分析实验步骤,注意操作细节,熟练后再实际动手操作,虚实结合可有效避免因实验某一步骤出错而导致实验无法继续进行。

1.2生物安全隐患大,形态教学难度大

医学检验实验课多以临床病人的血样、尿样等为操作样本,可能存在病原体等安全隐患[4],检测正常人样本又限制了学生对患病标本的认知。通过VR,可减少学生对于患者标本的接触[5]。教学使用的标本片通常有使用期限,对于罕见病的标本来源相当不易[6],采用虚拟构建标本库,如以临床血液学检查教学课程为目录,建立骨髓形态涂库,可对正常血细胞、红细胞疾病和急性白血病等涂片进行形态学观察,教师可通过在涂片中设计添加指引箭头、标识区域和文字等方便学生课前预习和课后复习。

1.3运行维护成本高,实验耗材用量大

医学检验仪器设备和实验耗材是实验教学的物质基础,而仪器价格昂贵,折旧率高,更新换代快[7],VR可及时更新最新仪器和相关知识,使学生及时掌握前沿技术操作。仪器的维护成本高,如显微镜灯泡寿命短,学生缺乏仪器保养相关常识等,通过VR仪器内部结构,学生可了解仪器管路的走向,光路的构成,掌握仪器维护和保养,设置简单、常见的电路故障引导学生排除故障等。传统教学使用耗材用量大,回收再利用率低,部分实验耗材还存在污染处理等问题,VR可模拟实验操作,节省资源。

1.4知识扩展能力差,课程分隔不系统

传统的“三段式”教学已经无法跟上科学技术发展的脚步。例如我国医学检验专业基本都是按照大型医院检验科所需岗位进行培养,实验室配置基本与医院检验科相符。但随着快速检测技术发展,应急检验医学应运而生,其检测以干式为主,与常规仪器操作及原理均存在差异,设备更新换代快,采用VR可使学生及时掌握最新技术[8]。传统的医学检验实验教学是以课程为单位,但在临床工作中面对各种标本,可能存在复杂的病变,需要检测后对实验结果综合分析,这就要求建立医学检验虚拟仿真实验教学系统,将知识糅合并融会贯通,才能灵活应变临床工作中的各类标本。

2医学检验虚拟仿真实验教学平台的探索

医学检验专业是一门与临床紧密贴合的专业,实验课程复杂多样,包括:临床检验基础、生物化学检验、免疫学检验、病原学检验、血液学检验、分子诊断学等,实验仪器性能和操作方法均不相同,而市售虚拟平台较少,经考查多数不够成熟或与我省检验科常用仪器不配套等,无法满足教学要求。综合传统医学检验实验教学存在的问题,加上用人单位需求反馈,建议分模块建立医学检验虚拟仿真实验教学平台。

2.1医学检验常用仪器与实验虚拟仿真操作平台

医学检验从纯手工走向现代化,根据培养目标和人才需求,我们拟建立以下实验操作虚拟仿真操作平台:①全自动生化仪虚拟实验操作系统;②全自动五分类血液细胞分析仪虚拟实验操作系统与血常规分析;③全自动血球分析仪虚拟实验操作系统与外周血成分计数分析;④尿液干化学分析仪和尿沉渣分析仪虚拟实验操作系统与尿常规影响因素分析;⑤血沉仪虚拟实验操作系统与血沉检测;⑥全自动血凝仪虚拟实验操作系统与凝血影响因素分析;⑦血小板聚集仪虚拟实验操作系统和血小板聚集实验;⑧血培养仪虚拟实验操作系统;⑨显微镜与共聚焦显微镜虚拟实验操作系统;⑩荧光定量PCR仪虚拟实验操作系统;⑾流式细胞仪虚拟实验操作系统与白血病诊断的应用;⑿多标记微孔板检测仪虚拟实验操作系统与ELISA检测中的应用;⒀细菌鉴定药敏仪虚拟实验操作系统;⒁临床常见阳性球菌检验鉴定要点临床思维训练系统;⒂特种蛋白分析仪虚拟实验操作系统。

2.2医学检验仪器维修虚拟仿真平台

随着科技发展,临床检验仪器不断精密化,智能化、小体积化。临床检验仪器维修是医学检验的专业课程,是一门多专业交叉的学科,教学难度较大,需要学生掌握设备结构、工作原理、日常维护和故障排除,而设备数量少且昂贵,实训时数受限等因素大大制约了教学效果。通过VR,学生可以对仪器进行拆卸、维修、组装及调试,极大程度的解决了上述问题[9]。在培养学生该类技能的同时,也为医学检验专业学生扩宽了就业方向。目前我国致力于医用诊断设备研发的生物医药器械公司不断增多,检验仪器国产化需要大量具有医学检验相关背景的人才。

2.3医学检验虚拟仿真实验教学网络管理平台

建立虚拟检验科基本技能训练和考核系统,可以打破传统通过实验报告考核学生实验水平的弊端,除了建立实验操作练习,系统还可设置思考题、实验测评、关键步骤考核等内容,教师可通过后台管理,看到每位学生的操作过程、考核成绩,了解学生实验操作中难点、易错点,通过后台程序加标加文字等方式不断完善系统。

3医学检验虚拟仿真实验教学平台建设中存在的困难

目前开展医学类虚拟仿真实验教学的高校约为11.54%[10],其中以基础类课程为主,医学检验类少之又少。除了VR需要计算机专业人士支持外,资金是很多高校无法建立该平台的主要原因,虽然教育部致力于虚拟仿真实验教学中心,并投入大量资金,但仍供不应求。再者虚拟实验操作系统的建设并非一朝一夕,一个系统的完善和试运行通常需要3-5个月的时间,这就需要医学检验专业教师和VR技术人员倾注大量时间精力共同完成,后期的技术更新同样需要教师不断学习前沿技术,并及时通过VR技术人员模拟构建。虚拟仿真实验教学中心是教育信息化建设迅猛发展的产物,教育部在12年《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》(教高[2012]4号)中提出加强信息化资源后,至2016年已建立了300个国家级虚拟仿真实验教学中心。平台的构建有助于学生通过反复练习和全流程操作,掌握检验科常用实验设备的原理、操作、维护和实验结果分析,强化学生实践操作动手能力,培养学生创新能力,有利于保持实验先进性,降低实验成本,最终提高教学质量和实验效率。

作者:周旭兰 单位:厦门医学院医学技术系

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