医学检验虚拟仿真实训教学平台的构建与应用

刘家秀，许国莹，李 靖，杨学艺，薛 白，朱 玲

江苏护理职业学院医学技术学院， 江苏 淮安 223005

我国《教育信息化十年发展规划(2011—2020)》中指出：加强高校数字校园建设与应用，其中包括教学实验平台等信息化建设[1]。随着《2018年教育信息化和网络安全工作要点》(教技厅[2018]1号)文件的出台，再次强调了信息技术与高等教育教学的深度融合，要求“加快推进示范性虚拟仿真实验教学项目建设，项目运营平台上线运行，认定两批350个项目，形成支撑22个专业类的在线虚拟仿真实验教学项目集成学习环境”[2]。可见，虚拟实训平台作为一种新型的教学模式，在国家的大力推动下必将成为未来的重点发展方向。同时，虚拟仿真实训教学也契合当今大学生的学习能力和认知特点[3]，建设能够满足专业需求的虚拟实训教学平台，显得尤为重要。

1 虚拟仿真实训平台应用

医学检验是一门实践性非常强的学科，实训操作和临床实践贯穿整个教学过程。实训教学环境的优良与否直接关系到学生能否掌握好该门课程。心理学家瑞特拉研究表明，同样的知识采用不同的教学方式呈现时，效果有显著差异。构建医学检验虚拟仿真实训教学平台，教师能够采用“做中学”的教学模式，使多种媒介的信息同时作用于学生的各个感官，有助于提高学生的理解能力、实践能力，直到形成合适的行为模式以及行为系统[4]。建设虚拟仿真实训平台，具有良好的应用前景，可以解决如下问题：解决医学检验技术高、精、昂贵仪器培训难问题；规范检验技术的标准化操作培训；规避检验技术培训的生物安全问题；节约检验技术培训的试剂耗材成本；解决临床检验中形态学资源短缺问题；提高学生学习医学检验专业课程的学习兴趣[5]。

2 虚拟仿真实训教学平台特点

2.1 与医学检验行业趋同

信息化管理是当今社会发展的趋势，目前挂号、打印医院的检验报告都直接由LIS系统完成。因此，医学检验虚拟仿真实训平台的功能模块应该与检验科LIS系统一致或相似[6]，如在平台导入与实际工作相关的质量手册、规章制度、SOP等文件；再将虚拟实验融入其中，实现以工作任务为导向，以学生为主体的实训教学模式。有利于学生认识、了解目前医院检验信息的管理方式与要求，从而进一步提高其岗位适应能力。

2.2 线上与线下相结合

湖南医药学院费嫦[7]等的实践显示：使用虚拟仿真平台的学生占学生总人数的 80%，经常使用的学生占 50%左右。因此，如何提高平台的使用率、提高学生学习的积极性，同时避开虚拟仿真实训的缺点，如人与机器无情感交流、虚拟教学时间长会让学生感到孤独和压抑、不能培养学生的动手能力和团队精神等[8-11]，注重传统实验与虚拟仿真实验教学资源的共同建设，注重传统实验与虚拟实验的无缝对接。线上，学生完成虚拟操作；线下，采取网络课程知识竞赛、网络课程设计大赛等让学生参与到网络课程教学的设计和实施环节，实现将“线上”和“线下”融为一体。

2.3 基础性与应用性相结合

虚拟仿真实训教学平台重点解决实际实验、实训中由于资源限制(如流式细胞仪、血细胞分析仪、自动生化分析仪等仪器昂贵)、条件限制(如微生物对实验室环境要求高、预防微生物污染难度大、病毒培养条件要求高、周期长等不能大范围开展)、实际训练效果不佳等客观问题。同时兼顾课程整合，注重虚拟实验与临床典型病例相结合，形成基于器官、系统、疾病的系统化体系[12]。如多发性骨髓瘤检验包括《临床检验基础》《血液学检验》《生物化学检验》和《免疫学检验》课程的知识，可以整合成多发性骨髓瘤的临床检验。

2.4 过程性与终结性评价相结合

虚拟仿真实训教学平台的设计要体现评价主体和评价指标的多元性。评价主体的多元性：包括三方评价，即本人评价，校内评价和校外评价；评价指标的多元性：包括医学检验技术专业课程的条件质量、过程质量和结果质量[13]。因此，医学检验虚拟仿真实训教学平台使用角色应该包括医学检验技术专业教师、医学检验技术专业在校学生、校内督导、校企专家、医学检验技术专业毕业生、医院检验科专家、非用人单位等。他们围绕学生实验过程分别完成不同的评价任务，为实验教学服务。应注重学生虚拟实训的过程性评价环节，将过程性评价和终结性评价更好地结合。

2.5 人文关爱与素质教育相结合

以全面培养学生综合素质为核心，注重人文关爱与素质教育。随着医患矛盾日益加剧，以及00后生源“以自我为中心”的整体特征，教师在实际教学与虚拟教学过程中要加强职业素质教育，如医学伦理、人文关爱，强调“以人为本”的虚拟仿真教学，实验过程中在加强技能操作的同时，加强仁爱精神教育。例如：在虚拟操作中，时时要求学生模拟与患者沟通交流；对真实患者影像资料加强隐私保护等。

2.6 短期与长期相结合

虚拟仿真实训教学平台的构建需要硬件、软件、资金和人力的投入。随着仪器、检验项目的发展，平台更新需要既懂专业又熟悉信息化技术的专业人才，这就要求学院给予政策扶持[14]。利用多种途径筹集平台建设的资金、积极积累和总结建设经验，随着检验医学的进展及时更新平台内容。

3 虚拟仿真实训教学平台结构框架

3.1 虚拟仿真内容

对医学检验专业课程进行调研分析，根据《临床检验基础》《血液学检验》《生物化学检验》《免疫学检验》《微生物学检验》和《寄生虫学检验》实训要求确定需要进行虚拟仿真的模块。一方面，采用不低于1 080p的高清视频拍摄与整理三级医院检验科目前的主流仪器(自动生化分析仪、血常规分析仪等)、检验标本(血液、尿液、粪便等)类型、医院开展的经典手工操作项目(白细胞计数、革兰染色等)、使用的试剂(定标液、质控液等)及工具(移液管、加样枪等)；另一方面，对专业课程中抽象的原理通过绘图、文字等方式与技术人员对接，形成以视频、图片为主要依据的开发思路。

3.2 虚拟仿真结构

采用SQL Server 2012数据库规划管理虚拟仿真实训教学平台。平台管理包括用户管理、课程管理、资源管理和考试管理。

用户管理开发软件为C/S架构，设置客户端和服务器，服务器独立构建数据库和Server构建，客户端在构建三维虚拟场景中实现虚拟实验的交互操作。包括年级管理、班级管理、角色管理和用户导入；课程管理根据医学检验专业课程划分为临床检验基础、血液学检验、生物化学检验、免疫学及检验、微生物学及检验、寄生虫学检验六个模块。每个课程的资源根据内容分为实训素材、微课资源、临床案例和虚拟实验；资源管理便于教师根据自己的教学思路对实验内容进行新增、删除、编辑、屏蔽等；考试管理包括管理员、教师和学生，具体如图1所示。

图1 医学检验技术专业虚拟仿真实训教学平台框架

4 平台资源

以“以实为本、以虚补实、虚实结合、能实不虚”为原则，按照专业课程划分资源。采用3Dmax、Maya、Unity3D等三维仿真软件制作模型资源，采用实物照片合成、数据挖掘整理合成、手工建模三种制作方式，以三维视角、高度逼真的场景展现医疗检验设备的结构和功能、手工操作的流程，以及抽象的知识点。根据样品对象和检验项目不同，医院检验科专家、专业教师和技术人员确立各个不同的场景。采用B/S结构，以网络浏览器为系统运行平台，实现不受时间、空间、人数和设备限制(如PC、手机、ipad)任意访问。

4.1 实训素材

包括实训课件、业务流程、教学视频及图片等。图片以《血液学检验》为主，以《临床检验基础》《微生物检验》《寄生虫检验》《病院生物与免疫》为辅。包括血液、尿液、精液、阴道分泌物、粪便、病原微生物、脑脊液等有形成分。图片的分辨率、清晰度和色彩与显微镜下接近。融辨别、标注、编辑、放大、形态考试等功能于一体。

4.2 微课资源

按照医学检验专业课程划分微课资源，包括网络共享微课和虚拟实验对应的微课。通过网络共享微课加强学生的自学能力，通过虚拟实验对应的微课让学生提前熟悉实验内容和步骤，为实训做好准备。

4.3 临床案例

以样本检测为主线，将样本检测过程中出现的各种因素融入检测过程中。以检测技能思维训练、影响因素分析、临床意义作为知识点考核，训练学生的临床思维能力、分析能力、解决问题能力。

4.4 虚拟实验

包括医学检验专业课程基本实验和大型仪器操作。基本实验：如血涂片的制备与瑞氏染色、红细胞ABO、Rh血型鉴定、血清丙氨酸氨基转移酶活性测定、革兰染色、四区划线、冷凝集素试验、病理切片的制备等；大型仪器：如血液分析仪、尿液干化学分析仪、尿沉渣分析仪、全自动生化分析仪(如图2所示)、细菌鉴定仪、药敏仪等，集仪器结构、原理、操作、维护、保养于一体。

图2 全自动生化分析仪

5 医学检验虚拟仿真实训教学平台的教学效果

为了提高教师对虚拟软件的应用和学生使用的积极性，设置真实实验和虚拟实验相结合的教学模式。课前，学生通过登录虚拟操作平台预习，设计实验方案并完成虚拟操作；课中，再次让学生完成相应的虚拟实验，成绩通过考核要求方可进入真实实验室。教师根据学生虚拟操作后台反映出的问题和实验设计中的弱点着重分析讲解，辅助学生完成任务；课后，学生提交实验数据和实验报告，完成复习题。此部分实验主要解决真实实验室无法实时开放，打破传统实验教学对时、空的限制，学生可以随时、随地登录系统，完成虚拟操作。

虚拟仿真实训教学综合质量评价中真实实训成绩占80%，虚拟操作占20%。真实实训评价包括职业素质、专业能力和专业知识三部分；虚拟实训包括操作时间、操作次数和操作效果三部分，具体如表1所示。

表1 虚拟仿真实训教学综合质量评价赋分表

通过比较(如表2所示)发现，实验班的综合质量分数与对照班级相比，其平均分高于对照班，差异具有统计学意义(t期中=2.03，P<0.05，t期末=2.531，P<0.05)。表明传统教学班级积极性不高，而虚拟仿真实训教学班级调动了学生的积极性，由“要我学”转变成“我要学”，有效提高了学生对于检验知识和技能的掌握能力。

组 别人数期中成绩期末成绩实验班51(83.57±7.03)∗(85.78±7.32)∗对照班50(76.32±7.27) (77.51±8.21)

注：*与对照班相比，P<0.05

医学检验虚拟仿真实训教学平台的构建，对教师的“教”和学生的“学”都具有一定的促进作用。教师在使用虚拟仿真实训教学平台的过程中，要查阅资料、观察学生操作情况，并及时更新教学内容，从而促使专业教师进一步加强自身专业素质及能力。此外，医学检验虚拟仿真实训教学平台提供的丰富立体化教学资源和形式多样的实验情境以及临床思维拓展实验，能够化繁为简、化抽象为具体，提高学生的学习兴趣，激发学生的创新意识，培养实践创新能力。因此，医学检验虚拟仿真实训教学平台真正实现了以教师为主导，学生为主体，能进一步提高医学检验技术专业的实训教学质量。