HIV感染免疫诊断虚拟仿真实验项目的建设与应用

何超翔，王彩虹，楼哲丰，陶洪群，郑晓群

（1.温州医科大学 检验医学院 生命科学学院，浙江 温州 325035；2.温州医科大学附属第二医院育英 儿童医院 检验科，浙江 温州 325027）

临床免疫学检验是医学检验的重要组成部分，也是医学检验专业的一门主干课程，具有极强的实践性，其中实验课占总学时数的55%，因此实验教学的水平和质量至关重要。然而，由于经费、场地和生物安全等因素的限制，一些与临床密切相关的重要检验项目，如HIV感染的免疫检测等，无法在学校实验室开展教学，从而严重影响了教学目标的达成，最终导致学生岗位胜任能力的不足。因此，急需开拓传统实验课堂之外的其他教学手段和方式，而虚拟仿真实验技术的出现和发展为问题的解决提供了可能。

近年来，我国对高校实验教学信息化工作提出了新要求，着重通过虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象。学生可在虚拟环境中开展实验，最终达到教学大纲所要求的教学效果。为此，本课题组设计、建立了HIV感染免疫诊断的虚拟仿真实验项目并用于实验教学。

1 虚拟仿真实验教学的特点及建设现状

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计算机应用技术[1]。自1989年首次提出虚拟实验室[2]的概念后，随着信息技术的不断发展，虚拟仿真与教育、科研、医疗等行业互相融合，成为有力的工具[3-4]。在实验教学改革中，虚拟仿真通过与实验教学相互结合、发展，形成一种新形式的教学方法——虚拟仿真实验教学[4]。虚拟仿真实验教学借助虚拟仿真的优势具有沉浸感强、趣味性高、交互性好等特点，在极大地激发学生的学习积极性的同时达到预期的教学效果。

近年，我国出台一系列文件支持虚拟仿真在实验教学中的应用，各学校根据文件的指导也不断推出新形式的虚拟仿真实验。目前教育部已批准成立300个国家级虚拟仿真实验教学中心，为教学注入新的活力，并取得良好的效果。随着虚拟仿真中心建立、发展与总结，教育部将虚拟仿真的建设重点从“中心”建设转变为“项目”建设，并于2017年发布了开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的文件。该文件以建设示范性虚拟仿真实验教学项目为基础，拟建成专业布局合理、教学效果优良、开放共享有效的高等教育信息化实验教学项目示范新体系[5]。计划于2017—2020年建成1 000项虚拟仿真项目，截至2019年9月已有403项虚拟仿真项目被认定为国家级示范性虚拟仿真实验教学项目。通过建设综合性强的“中心”与小而精的“项目”，坚实有力地促进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。

2 HIV感染免疫诊断虚拟仿真实验项目的建设

HIV（human immunodeficiency virus），即人类免疫缺陷病毒，是导致艾滋病的病原体，具有高度传染性。由于生物安全等级要求，HIV抗体检测应在符合II级生物安全实验室（BSL-2）要求的实验室中操作[6]，不能在一般的教学实验室开展。多数高校出于安全、实验条件不具备的原因，仅在理论教学中涉及，但不开展实验教学，造成学生的理论知识与实验操作之间的脱节，最终影响学生的专业发展与岗位胜任能力，因此急需借助其他教学手段实现HIV感染免疫诊断的实验教学。虚拟仿真技术可通过真实地模拟实验环境、过程，有效避免生物安全风险，解决实验教学难以开展的问题，并可通过网络共享使更多相关师生受益。

HIV感染免疫诊断的虚拟仿真实验以学生自主学习为中心，服务于教学，在实验的操作流程中注重培养学生生物安全意识与临床思维能力。我们在整套实验过程中引入原理动画，帮助学生理解抽象的检验原理；引入答题模块，在操作过程中对学生进行形成性考核。实验设计总体流程如图1所示：①通过对HIV相关知识的视频介绍，对理论知识查漏补缺，降低学习门槛。②通过医师与患者的问诊、采血、样本送入传递仓等过程向学生展现检验前的问诊以及艾滋病的临床表现。③通过进入实验室后穿戴防护服，依次进入洁净区、半污染区，最终进入实验室，展示进入实验室的流程，培养学生安全意识。④通过取出样品后进行的实验操作，展现实验步骤并培养学生临床思维能力：首先通过ELISA法对患者的血清标本进行HIV抗体筛查，根据检查结果自主选择后续实验，如为阴性则给出阴性的报告，如为阳性，则再用ELISA和胶体金免疫层析法进行复查，两种方法均阴性者报告HIV抗体阴性，复查一阴一阳者和均为阳性者再用免疫印迹法进行确证。⑤在完成整个虚拟实验后，软件将会跳转至新页面，对之前的操作评分并显示错误点，最后要求书写实验报告。

3 HIV感染免疫诊断虚拟仿真实验项目的应用与展望

图1 HIV感染免疫诊断的虚拟仿真实验流程

HIV感染免疫诊断虚拟仿真实验项目采取虚实结合、线上线下混合式教学手段，纳入临床免疫检验技术课程的实验教学中。在实际教学中，当教师完成相关理论课程后，学生需在指定时间段内完成本软件的线上操作；当学生完成操作后，且得分超过一定分数即认为已初步掌握本实验流程、了解本实验中的相关生物安全知识；最后，安排操作合格且得分相近的学生进行线下替换样本后的实验教学环节。教师在实验课前可根据软件中的数据（见图 2）调整课程着重点，如16级卫检班级的学生与16级医检1班的学生得分差异有统计学意义（P＜0.05），可对两个班级的实验教学方案做出调整，进行针对性教学，有效地把控实验教学。在通过本校与山东第一医科大学、蚌埠医学院、福建医科大学医学技术与工程学院、贵州医科大学检验学院的初步使用后，根据反馈意见不断完善程序。目前该项目在国家级虚拟仿真共享平台中上线使用，并被评选为国家级虚拟仿真实验示范项目，受到专家、教师、学生的关注与认可。在反复使用与探索中，我们总结出这种混合式教学方式相较于传统的教学具有三点优势：①有效规避高校实验室硬件环境不足的限 制，完善实验教学体系。②通过无时间、空间限制的“游戏式”网络学习，充分利用课余时间，提高学生学习兴趣，培养自主学习能力。③通过计算机的及时性，向学生反馈操作中的错误。通过后台大数据的统计，帮助教师有效地把控学生在实验中的难点、易错点。

随着信息化时代的发展，虚拟仿真实验教学将以其显著的优势成为实验教学改革的重要发展方向之一。虚拟仿真实验突破了时间、空间和生物安全等因素的限制，对传统实验课堂教学形成了有效补充，是改革实验教学的有益尝试。今后我们将致力于打造虚拟仿真实验教学云平台，同时结合在线开放课程的建设与应用，系统整合教学资源，从而形成虚实结合，线上线下一体的混合式实验教学模式。我们相信虚拟仿真实验技术与教学的不断融合，必将更好地服务于医学检验的实验教学，使教学质量和效果达到质的飞跃，从而对医学检验教育的发展产生积极而深远的影响。

图2 温州医科大学检验医学院各班学生使用软件后得分