医学检验技术虚拟仿真平台的建设与探索

何超翔,王金丹,楼哲丰,谢克俭,杨亭亭,徐漫欢,郑晓群

(温州医科大学检验医学院/生命科学学院，浙江 温州 325000)

虚拟仿真技术是以计算机软件、硬件为基础，采用专门技术手段，通过对已知或未知世界的仿真，使人获得真实感受的一种先进计算机应用技术[1]。虚拟仿真技术作为信息技术的产物，在教学、科研[2]、医疗等领域中具有广阔的应用前景，正逐步成为实验教学改革的新方向[3]。

2005年教育部启动了国家级实验教学示范中心建设工作，并分别于2013、2017年开展了国家级虚拟仿真实验教学示范中心与虚拟仿真实验项目的建设工作，促进了实验教学与现代信息技术的深度融合，推动了虚拟仿真教学在传统教学中的应用。医学检验技术作为以实践技能为基础的专业，亟需加强虚拟仿真项目的建设以促进实验教学的改革。

一、医学检验技术实践教学现状

(一)实验教学现状。

医学检验技术是一门实验性强、多学科交叉融合的专业。由于其微观结构可视性差、概念抽象、实验操作要求高、学生对尖端大型设备接触机会少等原因，给教学带来不少的难度。此外，2012年教育部将原有的五年制医学检验专业改为四年制的医学检验技术专业[4]，缩短了教学学时数，同时对学生的实验操作能力提出了更高的要求。

近年，随着高校的扩招，学生数量的增加，实验教学中的矛盾日益突出。这类矛盾主要集中在：(1)师生比失衡。由于本科学生基数大，教师数量有限，仅能通过讲解与演示的形式进行教学，而无法面面俱到地对每一位学生的错误操作进行指导。(2)实验涉及生物危险。医学检验技术实验可能涉及危险生物材料、感染性样本的操作，如学生操作不规范，疏忽大意，将会导致安全事故。(3)实验条件有限。医学检验仪器价格昂贵，更新快，种类多。各高校由于场地、经费等原因无法大量购买、更新仪器。学生仅能在医院实习期间对大型仪器进行学习与操作。(4)实验考核方式单一。目前许多高校通过实验记录本、实验报告等资料对学生的学习效果进行阶段性评分。这种考核方式导致学生对实验只能产生机械记忆，也增加了学生抄袭他人的实验报告的风险。除此之外，学生的动手能力无法获得及时有效的训练。

(二)学生学习现状。

随着电脑软件与手机应用的广泛普及，利用互联网等便利条件进行学习，对于当时代的大学生来讲，已非新鲜事。新一代的大学生不仅熟悉网络，且具有较强的信息获取、处理能力。学生对书本上抽象的文字与图片不能理解时，往往借助互联网寻求帮助，通过自主学习的方式进行理解。在实验训练时，学生对于课堂上次数有限的基本操作并不满足，希望获得更多的操作机会与指导。

目前，传统实验教学对当代大学生吸引力是远远不够的。实验教学迫切需要满足学生们的个性化需求，从以教为中心向以学为中心转移。通过线上线下相结合的实验教学可满足不同层次学生的学习需求。

二、医学检验技术虚拟仿真平台建设

由于医学检验技术实验教学的不足与不同层次学生学习的需求，我们构建了一个集虚拟检验科、虚拟检验仪器、虚拟实验项目为一体的医学检验技术虚拟仿真平台。

(一)虚拟检验科。

以ISO 15189医学实验室认证的检验科为模型，我们按照最优实验室排布方法设计出一个虚拟检验科，此检验科具备规范的实验室的布局，仪器放置与工作流程。虚拟检验科包括6个实验室：临床检验室、临床生化检验室、临床免疫检验室、骨髓与细胞遗传检验室、临床分子生物学检验室、临床微生物检验室，并设置办公区、样品采集区、资料区及仓库等。

学生可通过鸟瞰模式、浏览模式了解检验科。鸟瞰模式下可总览布局，通过点击进入相应的实验室，了解该实验室中仪器摆放位置、工作流程。浏览模式下可按照标准流程进入检验科，即以更衣室为起点依次浏览整个检验科。这两种模式，能帮助低年级学生对检验科形成直观的认识，并对接下来的课程学习带来指引性的作用。除此之外，浏览模式也能帮助高年级学生巩固3年里所学得的医学检验科相关知识。

(二)虚拟检验仪器。

虚拟检验仪器分布于各实验室中，覆盖现今检验科所涉及到的大部分仪器。不仅包括仪器的样式、内部结构展示，还包含仪器操作方面的互动。

学生通过使用虚拟检验大型仪器，可了解仪器的运行原理以及操作步骤。以流式细胞仪为例，该虚拟检验仪器包含了仪器概述、开机准备、试剂更换、样本检测与仪器结构，学生可以通过鼠标的点击，了解各个关键组件，同时可进行模拟上样、细胞分选、数据处理等操作，达到与操作真实的仪器相似的效果。这样的模拟操作，为今后实习工作、科研学习奠定坚实的基础。

(三)虚拟实验项目。

虚拟实验项目选取医学检验技术专业各个实验课程中基础性实验与综合性实验进行制作。学生通过基础实验操作，在课前能起到预习的效果，掌握动作要领与重点，在课后能够达到复习的效果，更加深入了解实验并对实验课程中所犯的错误查漏补缺。对综合实验进行虚拟操作，能深化学生对基础实验的了解与运用，开阔实验思路。

如在临床分子生物学检验技术这门课程中选取PCR的操作作为基础实验，当学生通过虚拟与真实操作后，掌握PCR的基础、实验细节与难点后，可通过综合实验“多重PCR检测α-地中海贫血基因缺失”对PCR在医学检验中的应用有一个深刻了解。

三、平台使用初步效果

医学检验技术虚拟仿真平台通过检验人员、相关教师的测试后，目前正以本校2017级检验医学技术班级进行试点，并纳入实验考核。学生通过该平台对相关的实验进行训练考核，可达到虚实结合，以虚促实的效果。通过对本平台的使用，该班学生上课积极性与互动程度均有所提加，同时93%的学生认为在操作的过程中，虚拟仿真平台的运用可深化对专业知识的认知，完善对检验科的认识，并能对之前的知识盲点进行查漏补缺。

四、总结与讨论

1989年William Wulf教授首次提出虚拟实验室[5]的概念后，虚拟仿真已经从一个概念逐渐具体化，并成为服务教育的有力工具。医学检验技术对实验操作、生物安全性有着较高的要求，所以迫切需要引入虚拟仿真技术以解决实验教学中所遇到的难点。

学生通过虚拟检验科的漫游，可了解检验科各个实验室、仪器的分布、工作流程，帮助建立检验科的工作流程；学生通过虚拟检验仪器的操作，能够达到与真实教学效果相接近的效果；学生通过虚拟实验项目的训练，可夯实基础，提高综合应用能力，较早形成科研思维。该平台将传统课堂教学与医学检验有机灵活地结合起来，逐渐形成了以学生为主体，教师为主导的学习模式，为医学检验相关专业的师生在实验训练、实践教学中带来许多便利。

我们将对项目进行大力推广使用，并深化内容、提升技术，致力于实现降低教师重复工作量的目标，节省工作时间成本，帮助教师将更多的精力投放入课堂教学和教学研究上；提高学生学习兴趣与效率，在夯实基础的同时有更多的时间去参加科研与素质培养，并为学生提供全新的教学手段与模式[6]。

致谢：感谢应俊、周燕、李佩珍、姜爱英、潘智勇等老师在实验技术方面上的指导。