分子医学教学实验室信息化管理的探索与实践

廖志银,翁登坡,霍朝霞,邹 玲,于晓虹

(浙江大学医学院基础医学实验教学中心, 杭州 310058; △通讯作者)

分子医学实验是面向临床医学、预防医学、口腔医学二年级本科生开设的一门实验课程,分别在夏、秋、冬三个学期开设,每学期授课8周,每学期64学时,总计192学时,共有17-18个班级,年授课540余人。选修的学生人数众多,课时长,实验项目多,实验试剂种类繁多,使用量大,同时牵涉到的精密仪器数量也多达几十台套。实验室带教老师需熟悉每台实验仪器,对学生的指导作用也因此大打折扣,仪器受损率高,甚至会导致实验数据出错。一个学期下来有多台套仪器损坏,不得不送去修理,实验教学也因此受到影响[1]。实验室的日常管理和教学管理难度均较大,导致学生在实验过程操作失误多,重复次数较多。学生现有教材上分子医学实验内容多以文字信息为主,缺少直观的相应图片和视频、音频等信息,较为枯燥乏味,不足以提高学生的学习兴趣,限制了学生自主学习能力的发展,影响学生知识面的拓展。另外,课堂教学受时间和地点的限制,也影响了学生动手操作能力的增强。因此,如何整合资源,建立高效、智能、科学的教学管理模式是分子医学实验从简单化、形式化到资源、信息交流与共享深度融合的必由之路。

为有效解决实验教学中遇到的以上问题,我们经过不断摸索,引入信息化管理理念和信息化管理技术,通过对每个实验环节的细化细分,从细微处入手,从学生进入实验室前的准入到完成实验整个过程都进行了科学化管理[2,3],逐渐找到了一些比较合理且简单有效的方法,让实验室的管理更加科学、合理、规范,从而保证实验教学的正常开展[4,5]。

1 采用二维码进行信息化管理

1.1 二维码信息化管理优势

二维码(2-dimensional bar code)是用某种特定的几何图形按一定规律在平面(二维方向上)分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的一种条码[6-8]。它作为一种承载资源形式,具有多种优势:①承载资源广泛,数字化形式多样,可以是Word文本、PDF文件、PPT,也可是图片、视频、音频以及网站链接,如智慧树、虚拟仿真实验教学平台等;②承载信息量大:二维码的活码是一种高级形态,通过短网址指向保存在云端的信息,因此从理论上来说,活码可以支持无限的内容;③资料内容和信息更新简便:只要有需要,可以及时更新,且维护简单方便,制作一个新的二维码也非常迅速快捷,扫描效果也可跟踪;④二维码具有容错(即纠错)和加密功能,使用安全且持久,不限扫描次数。

1.2 实验室资料的电子化及整合

鉴于二维码能以多种形式进行共享,并能与实验课同步进行,极其有利于学生了解实验相关内容,提前预习和自主学习,同时有利于拓展实验相关知识,我们将实验室管理资料进行了分类,并制作成二维码。实验室管理资料主要包括以下几类:仪器操作规范、实验室准入规则、实验技术资料、课程对应的慕课平台以及虚拟仿真教学平台等。为方便管理,我们制作了一个总二维码,在总二维码之下,分别将以上几个目录设置为一级目录(见图1)。

图1 实验室管理资料总二维码导航

在一级目录之下,细分二级目录。现以前三个一级目录为例,打开相应目录,我们立刻就能看到各目录下的内容清单(见图2)。

图2 实验室管理资料二级目录导航

同样,在二级目录下细分三级目录。这里以仪器操作规范和实验技术资料为例(见图3、图4)。

图3 实验室管理资料三级目录导航(仪器操作规范)

图4 实验室管理资料三级目录导航(实验技术资料)

其中,仪器操作规范一级目录下包含仪器操作视频、设备操作规范PPT和仪器使用说明书等多项二级目录内容;仪器操作视频二级目录下已上传小型台式低温高速离心机、大型台式高速冷冻离心机、PCR仪、V-5100和UV-5100B等分光光度计等十多种仪器的视频(即三级目录内容)。学生可以根据实验课程选择视频进行观看,直到熟悉并学会操作为止,极大地方便了学生自学和带教老师的讲解。各级目录内容都可以根据教学实际情况、教学需求进行内容调整和改进,极大地方便了实验教学。另外,因原来的实验室各类规章制度、仪器使用说明书、实验技术资料、实验试剂清单等基本上都以纸质形式出现,放在所使用的仪器上或贴在学生容易观察到的相应位置,但久而久之,纸张极易损坏或丢失或变黄,需要及时更新。二维码的使用极大地避免了此类情况的出现。

教师可将二维码贴在实验室边台、墙面和实验台面上,并事先转发到学生群中。学生只需用微信或钉钉等软件打开二维码,便可在手机及其他电子设备上观看各类相关资料、视频和操作说明。

1.3 实验室安全规范信息化管理

分子医学实验室配有标准的实验室准入制度。选课学生在开课前均需完成课程网站的准入培训方可进入实验室进行教学活动。但关于实验室安全规范和规章制度其实不是一次性学习就可以。随着实验课程的进行,实验室安全规范需要每时每刻地警惕和注意。因此,我们对操作内容视频中的安全隐患和注意事项等都进行了详细的阐述。为了便于学生掌握和学习,我们将实验室准入培训相关文件全部放于二维码二级目录中,内容包括实验室准入教学视频和准入规则PPT、实验室常规操作规范和垃圾分类教学视频及实验室规章制度文件资料等,包含生物化学实验室常用仪器设备、遗传学和细胞学实验室的常用仪器设备和移液器等的操作规范。多项措施都使学生在进入实验室前即得到完整和充分的准入培训,为进入实验室安全操作提供了一定的保障,同时也为分子医学实验顺利进行打下了良好的基础,提供了前提保证[9,10](见图5)。

图5 实验室安全管理文件目录

1.4 仪器设备使用的信息化管理

实验教学涉及很多实验仪器。学生因为是首次进入实验室,对仪器的使用和规范操作完全没有概念。为了便于使用,也减少安全隐患,除了在总二维码中介绍仪器使用和说明之外,我们还单独给每台仪器制作了一个二维码,其内容包含仪器使用小视频、简易说明书、仪器设备自身信息等。学生只需扫描二维码即可浏览全部内容,了解其操作步骤和方法,并了解仪器的生产日期、规格、技术参数、维护与保养、运行状态等基本信息。

扫描二维码后,页面显示仪器当前状态,使用记录和仪器说明书、操作小视频,其中小视频已简化制作成1-2 min,简便易学,并可反复观看;进入使用记录,可呈现仪器编号、使用日期、实验名称或样本名称等需要采集的数据,学生将使用信息录入其中,确保每台仪器设备性能状态都能被及时记录,做到可随时追踪操作者和运行状况[11,12]。仪器设备信息化追踪管理需要每一位带教老师监督学生完成,否则容易流于形式而不能产生很好的效果。以紫外分光光度计追踪记录为例,图示见图6。

1.5 课程资料信息化管理与运用

除实验室准入培训制度文件、仪器管理规范文件外,我们将实验课程中设置的一些基本实验技术操作制作成教学短视频,学科中主打课程制作了相应的慕课(MOOC),同时也有虚拟仿真课程平台,将所有的课程资源全部放到二维码一级目录下,其中慕课和虚拟仿真课程以小程序的形式呈现。学生扫码或长按小程序识别,即可简单、快速地阅读、浏览和学习,随时随地查阅相关内容(见图7)。

图7 线上课程资源目录

2 信息化管理二维码使用情况调查

为了解学生对信息化管理的满意度及需求,对进入实验室开展实验课程的医学八年制学生和药学、药剂学四个班级共计159名学生进行了问卷调查,收回问卷138份。调查结果显示:86.8%的学生使用过二维码,并对二维码印象深刻;80.4%的学生愿意通过管理资料二维码提前进行实验课程的预习,99.3%的学生认为二维码中的实验资料内容已相当丰富,同时也有84.8%的学生认为二维码与其他学习平台相比具有更加便捷、不受时间地点限制的优势,56.5%的学生认为更加高效。

同时,我们也调查了学生对管理资料二维码中的哪些内容感兴趣,哪种形式的内容对学习有较大帮助等几个问题。调查结果显示,79.0%的学生对实验技术资料感兴趣,78.3%的学生对仪器操作规范感兴趣;相对前二项而言,对于慕课却只有38.4%的学生表现出兴趣。这是否与之前已经有过对慕课学习要求有关,未做进一步调查。此外,84.8%的学生对视频感兴趣,也有69.6%的学生对PPT感兴趣,对文档感兴趣的学生只有32.1%。最后,我们也对“管理资料二维码对你的实验学习有哪些帮助”做了统计。从结果来看,90.6%的学生认为增加了学习途经,64.7%的学生认为拓展了知识面,也有58.8%的学生认为增加了动手操作能力。

针对本次调查,学生也提出了许多较好的建议:如希望增加实验原理、经验参考、常见错误分析及数据分析和工具软件使用的内容等,同时,也希望增加一些贵重仪器和不常用仪器的操作视频。对于线上教学,学生也希望加入虚拟仿真实验的内容,增加互动性。鉴于学生的要求,调查结束后我们加入了虚拟仿真实验的内容。

分子医学教学实验室信息化管理经过多年的实践,得到了各任课教师和学生的肯定和支持。我们首次在本校教学实验室中尝试和利用二维码作为信息化管理工具,也取得了显著的效果。在解决了实验经费问题与技术问题之后,我们管理资料二维码中录入了图片、视频和音频,使学生更容易获取视觉立体影象,极大增强了分子医学实验的可观赏性和趣味性,激发了学生自主学习的兴趣。利用二维码能更有效调整教学方式方法,完善教学内容和过程,更有效提高教学效果,避免书本学习的枯燥性和抽象性。二维码在分子医学实验教学中的应用和开发,前景相当广阔,需要不断探索和实践,不能一蹴而就,因此任重而道远。

实验室的信息化管理程度决定了实验教学的质量、深度和高度。对实验教学细节的一系列科学、规范的信息化管理和优化,保证了分子医学实验从教学到管理再到维护的顺利进行[13,14]。实验室信息化管理是一项长期工作,需要我们充分利用现有资源和设备,优化管理效率,提升管理水平,摸索出从简单化、形式化到信息化的管理之路[15-17];同时还需要我们不断探索,不断创新,才能不断提高教学质量,推动实验教学有序进行,提高现有教学资源的利用效率,为进一步实现实验室的全面开放打下良好基础。