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智能模擬人ECS應(yīng)用于醫(yī)學(xué)機(jī)能綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革**——以廣州醫(yī)科大學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例

廣州市教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題(11A038)；2012年廣州醫(yī)學(xué)院教育科學(xué)規(guī)劃課題。通訊作者：朱曉琴

鄧鎮(zhèn)1趙元淑1朱曉琴2胡景鑫2雷水生3

1廣州醫(yī)科大學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)中心，廣東省廣州市511436；2廣州醫(yī)科大學(xué)生理學(xué)教研室；

3廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第五醫(yī)院

摘要現(xiàn)代科技應(yīng)用于醫(yī)學(xué)生基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要趨勢(shì)，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐性方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。廣州醫(yī)科大學(xué)將國(guó)際先進(jìn)的智能模擬人ECS教學(xué)設(shè)備與機(jī)能綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合，在虛擬的臨床病例中具體操作運(yùn)用，并檢驗(yàn)所學(xué)的理論知識(shí)和臨床技能知識(shí)。這在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育人才培養(yǎng)中效果顯著，并達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生臨床思維和分析能力、提高醫(yī)學(xué)生綜合素質(zhì)的目的，為現(xiàn)代機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了新思路。

關(guān)鍵詞機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)智能模擬人ECS實(shí)驗(yàn)教學(xué)

醫(yī)學(xué)是實(shí)踐性很強(qiáng)的一門(mén)學(xué)科，因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)就成為高等醫(yī)學(xué)院校教育的重要組成部分。目前，由于醫(yī)療資源的短缺、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的大量浪費(fèi)等，許多醫(yī)學(xué)院校開(kāi)始嘗試運(yùn)用諸多高端仿真技術(shù)用于本科生的機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)教學(xué)過(guò)程。機(jī)能實(shí)驗(yàn)課是生理學(xué)、藥理學(xué)、病理生理學(xué)三門(mén)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的融合[1]，它是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用性學(xué)科，是在基礎(chǔ)學(xué)科的基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)和技能的綜合運(yùn)用能力。目前，機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)更多的是在課堂上讓學(xué)生通過(guò)動(dòng)物(如家兔、大鼠)觀察記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告等基本方法來(lái)探討動(dòng)物的機(jī)能活動(dòng)規(guī)律，并觀察動(dòng)物在人為制造的疾病狀態(tài)或藥物干預(yù)下的變化情況。如何讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)更好地將醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和臨床現(xiàn)象結(jié)合起來(lái)，有效地培養(yǎng)學(xué)生臨床思維和分析能力，提高醫(yī)學(xué)生的綜合素質(zhì)，是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)改革的重點(diǎn)。所以，本校機(jī)能實(shí)驗(yàn)中心在醫(yī)學(xué)生的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)學(xué)習(xí)階段，嘗試運(yùn)用智能模擬人ECS系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)能綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，將動(dòng)物實(shí)驗(yàn)與模擬人有機(jī)融合，為醫(yī)學(xué)生盡早接觸臨床情景，為提高醫(yī)學(xué)生的實(shí)踐能力、知識(shí)綜合能力和創(chuàng)新能力搭建良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[2]。

1使用智能模擬人ECS進(jìn)行機(jī)能綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性

1．1智能模擬人ECS應(yīng)用于機(jī)能綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)廣州醫(yī)科大學(xué)于2004年引進(jìn)美國(guó)METI公司生產(chǎn)的代表目前最高端醫(yī)學(xué)模擬培訓(xùn)技術(shù)的生理驅(qū)動(dòng)模擬系統(tǒng)，即生理驅(qū)動(dòng)智能模擬人ECS(Emergency care simulator)，并組建現(xiàn)代化臨床技能培訓(xùn)中心，擁有真實(shí)的房間ICU環(huán)境，含有真實(shí)的醫(yī)療設(shè)備(如呼吸機(jī)、監(jiān)護(hù)儀、除顫儀等)，讓一切在真實(shí)中發(fā)生，促進(jìn)教學(xué)方法的根本變革。該系統(tǒng)利用多種局部功能模型、計(jì)算機(jī)互動(dòng)模型以及虛擬科技等模擬系統(tǒng)，在模擬人身上模擬患者的生理及病理學(xué)特征，對(duì)所實(shí)施的各項(xiàng)操作產(chǎn)生相應(yīng)的生理反應(yīng)，并在相關(guān)的監(jiān)護(hù)設(shè)備中顯示相應(yīng)的生理數(shù)據(jù)，創(chuàng)建交互式的教學(xué)情景，實(shí)現(xiàn)臨床真實(shí)場(chǎng)景下的治療。該系統(tǒng)具有高度安全性、高度仿真性、高度可控性、無(wú)任何風(fēng)險(xiǎn)、可記錄、可回放等特點(diǎn)[3]，可以根據(jù)不同層次的教學(xué)需要，在ECS上設(shè)計(jì)各種難度和不同階段的實(shí)驗(yàn)，并且可以根據(jù)教學(xué)的需要，調(diào)節(jié)救治的難度，具有很高的操作實(shí)用性。學(xué)生在操作過(guò)程中可以無(wú)限次重復(fù)，真正達(dá)到了允許學(xué)生犯錯(cuò)并從錯(cuò)誤中學(xué)習(xí)的目的。通過(guò)使用ECS智能模擬人，可以使教學(xué)過(guò)程變得更加形象和具體，有利于學(xué)生系統(tǒng)、完整、動(dòng)態(tài)地理解書(shū)本上的知識(shí)，并深刻體會(huì)病人的感受。

1.2智能模擬人ECS應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育的重要性綜合能力是評(píng)價(jià)醫(yī)學(xué)生質(zhì)量的一個(gè)重要客觀依據(jù)。近年來(lái)，依托于臨床技能中心的急救技能教學(xué)取得了較好的教學(xué)效果，并深受帶教老師和實(shí)習(xí)學(xué)生的喜愛(ài)[4]；此外，我校還對(duì)智能仿真模擬人進(jìn)行功能開(kāi)發(fā)，將智能模擬人應(yīng)用于基礎(chǔ)藥理[5]、麻醉生理學(xué)[6]、病理生理學(xué)[7]等基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程的教學(xué)，這些模擬人應(yīng)用于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教學(xué)的效果均顯示可以明顯提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，強(qiáng)化學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作和溝通協(xié)作能力[5]，相對(duì)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有質(zhì)的提高，并促進(jìn)學(xué)生將醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和臨床聯(lián)系起來(lái)，可以成為PBL (Problem-based learning)教學(xué)方式的一個(gè)有益補(bǔ)充[7]。

1.3智能模擬人ECS應(yīng)用于機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)的潛在必要性鑒于智能模擬人對(duì)于醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)教育的重要性，在機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)課程安排上，在機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)課程開(kāi)展的后期，開(kāi)設(shè)十多個(gè)與臨床醫(yī)學(xué)課程相近的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，即設(shè)計(jì)一些臨床表現(xiàn)與基礎(chǔ)知識(shí)相結(jié)合的典型案例進(jìn)行實(shí)踐與研究。把模擬人應(yīng)用于機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)，建立《模擬機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)》這一新型實(shí)驗(yàn)課程體系，以期達(dá)到如下教學(xué)目標(biāo)：(1)讓學(xué)生在機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)課程階段除了觀察動(dòng)物的正常生理、藥效作用以及病理生理變化過(guò)程外，還要在模擬人身上觀察模擬人的生理及病理變化過(guò)程，比較二者的異同點(diǎn)，學(xué)會(huì)運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)解釋臨床所表現(xiàn)的生理、藥理及病理生理特征，鞏固和加深理論知識(shí)；(2)讓學(xué)生更新觀念，改變以往的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)過(guò)程中動(dòng)物生理病理變化與人體的病理生理變化無(wú)直接聯(lián)系的思想理念，提高綜合分析問(wèn)題的能力；(3)讓學(xué)生了解相關(guān)的臨床表現(xiàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，早期架起基礎(chǔ)通向臨床的橋梁；(4)培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)急應(yīng)變能力。在遇到突發(fā)事件時(shí)，應(yīng)該保持良好的心態(tài)，合理利用現(xiàn)有的一切資源，并節(jié)約使用，避免不必要的浪費(fèi)和損失。

2智能模擬人ECS在機(jī)能綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

機(jī)能實(shí)驗(yàn)課在我校臨床醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)的本科第5學(xué)期嘗試開(kāi)設(shè)兩種類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，一種是綜合性機(jī)能實(shí)驗(yàn)，先在機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，再利用臨床技能中心的ECS平臺(tái)進(jìn)行模擬人實(shí)驗(yàn)；另一種是模擬機(jī)能實(shí)驗(yàn)，利用智能模擬人對(duì)臨床案例中患者的生理病理反應(yīng)進(jìn)行討論和分析。

以“綜合性機(jī)能實(shí)驗(yàn)”為例，該課程最初以開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的形式面向?qū)W生開(kāi)放，后來(lái)改為在機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)課程后期作為必修課開(kāi)展。此時(shí)學(xué)生已經(jīng)完成機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)的大部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)習(xí)了利用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)探討動(dòng)物的機(jī)能活動(dòng)規(guī)律的方法，初步掌握動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的方法和步驟，并掌握常用實(shí)驗(yàn)儀器的使用，學(xué)會(huì)記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇基礎(chǔ)與臨床實(shí)際結(jié)合緊密的有代表性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，例如(1)藥物與神經(jīng)調(diào)節(jié)對(duì)動(dòng)脈血壓的影響；(2)體內(nèi)外多種刺激對(duì)呼吸運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)的影響；(3)有機(jī)磷中毒的表現(xiàn)及其搶救；(4)失血性休克及其搶救措施；(5)糖尿病酸中毒及治療；(6)腎功能衰竭及搶救；(7)肝昏迷及其搶救；(8)呼吸衰竭的臨床表現(xiàn)及其急救措施；(9)心力衰竭的臨床表現(xiàn)及其搶救等。以“藥物與神經(jīng)調(diào)節(jié)對(duì)動(dòng)脈血壓的影響”為例進(jìn)行介紹。

首先是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)部分：先對(duì)家兔實(shí)施右側(cè)減壓神經(jīng)、迷走神經(jīng)和頸總動(dòng)脈的分離，左側(cè)頸總動(dòng)脈分離、插管；再通過(guò)BL-420E生物機(jī)能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，觀察在牽拉頸總動(dòng)脈、夾閉頸總動(dòng)脈、刺激減壓神經(jīng)、刺激迷走神經(jīng)等因素，去甲腎上腺素和腎上腺素等藥物作用于家兔時(shí)，家兔的血壓、心率變化情況，以此觀察神經(jīng)和體液因素對(duì)動(dòng)物血壓和心率的影響，并學(xué)習(xí)哺乳動(dòng)物動(dòng)脈血壓的直接描記方法。之后是模擬人實(shí)驗(yàn)部分：學(xué)生進(jìn)入臨床技能中心，利用ECS智能模擬人平臺(tái)觀察。在正常模擬人，學(xué)生通過(guò)模擬刺激頸動(dòng)脈竇，可在監(jiān)護(hù)儀上出現(xiàn)血壓下降、心率減慢等真實(shí)反映患者的病理生理特征；而在模擬的高血壓病人身上，學(xué)生通過(guò)模擬刺激頸動(dòng)脈竇，可在監(jiān)護(hù)儀上觀察到心率減慢，外周血管阻力降低，血壓回降等病理生理反應(yīng)。之后，學(xué)生在老師指導(dǎo)下對(duì)于該癥狀的原理和治療方法進(jìn)行討論。例如進(jìn)行“腎上腺素對(duì)過(guò)敏性休克的治療”的模擬人實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)模擬人模擬臨床情景，此時(shí)若模擬人表現(xiàn)出青霉素過(guò)敏性休克需要進(jìn)行搶救，可以觀察到呼吸困難、脈搏不能捫及、神志喪失等，監(jiān)護(hù)儀上發(fā)現(xiàn)血壓30/0mmHg，脈搏 160次/min，需要即刻對(duì)患者進(jìn)行升壓處理。此時(shí)學(xué)生只要回憶起藥理學(xué)知識(shí)：腎上腺素是α和β受體激動(dòng)劑，具有興奮心臟、收縮血管、降低毛細(xì)血管通透性、解除支氣管痙攣等作用，因此能迅速緩解過(guò)敏性休克出現(xiàn)的心跳微弱、血壓下降、呼吸困難等危急癥狀，就不難想到需要即刻使用的藥物是腎上腺素。通過(guò)一系列正確的操作和搶救，模擬人可蘇醒，血壓、脈搏、呼吸恢復(fù)正常，脫離危險(xiǎn)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程體現(xiàn)了從動(dòng)物水平的觀察上升到人體水平，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)學(xué)科與臨床學(xué)科的掛鉤，滿(mǎn)足了學(xué)生對(duì)臨床知識(shí)的好奇感和求知欲。

3智能模擬人ECS應(yīng)用于機(jī)能綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)效果評(píng)價(jià)

3.1教學(xué)效果分析形成了“動(dòng)物實(shí)驗(yàn)-模擬人實(shí)驗(yàn)-討論”的學(xué)習(xí)過(guò)程。通過(guò)課堂觀察發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生對(duì)于模擬人實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)較為滿(mǎn)意，學(xué)生學(xué)習(xí)的自主能動(dòng)性提高，ECS高仿真模擬人可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和興趣；課堂組織效果好，學(xué)生紛紛提出問(wèn)題和相互討論，學(xué)生臨床思維能力得到了很好地鍛煉。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)原理，再通過(guò)模擬人再現(xiàn)臨床情景，形成“動(dòng)物實(shí)驗(yàn)-模擬人實(shí)驗(yàn)-討論”的學(xué)習(xí)過(guò)程，能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生臨床思維和分析能力。而且智能模擬人具有安全性、仿真性、可控性、可記錄、可回放等特點(diǎn)，可以滿(mǎn)足機(jī)能綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。

3.2學(xué)生科研能力的培養(yǎng)模擬機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)的開(kāi)展在培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新思維和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力方面也取得了良好的成效。學(xué)生課外科技作品多次獲獎(jiǎng)，例如，陳學(xué)文、潘泓、黃家杰等同學(xué)《抗蛇毒血清及雞卵黃抗體對(duì)蛇傷大鼠保護(hù)作用的時(shí)效性研究》2009年獲得了第十一屆“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽二等獎(jiǎng)和第十屆“挑戰(zhàn)杯”聚暉廣東大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)；大批學(xué)生在教師指導(dǎo)下參與國(guó)家級(jí)、省級(jí)、市級(jí)科研課題的研究，并在《實(shí)用醫(yī)學(xué)雜志》、《中國(guó)臨床藥理學(xué)與治療學(xué)》、《蛇志》等中文核心期刊中發(fā)表文章十余篇。

4智能模擬人ECS在機(jī)能綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題及解決辦法

仿真智能模擬人ECS已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)生臨床技能的培養(yǎng)和考核，但應(yīng)用于機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)尚處在初期，應(yīng)用尚不成熟，仍需加強(qiáng)模擬實(shí)驗(yàn)課程和設(shè)備的開(kāi)發(fā)力度，全面提高教學(xué)質(zhì)量。在實(shí)際操作過(guò)程中也存在很多亟待解決的問(wèn)題，如權(quán)威實(shí)驗(yàn)教材的缺乏，學(xué)生受益面窄；學(xué)生的興趣濃厚卻探究不深入等。具體存在的問(wèn)題及解決辦法如下：(1)該門(mén)課程是一門(mén)新型課程，暫時(shí)還沒(méi)有權(quán)威的實(shí)驗(yàn)教材，我校學(xué)生使用的教材是我校機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)任課教師集體備課討論，預(yù)實(shí)驗(yàn)，并不斷修改完善形成，此外，還進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的編寫(xiě)，ECS模擬人程序編輯，初步建立起《模擬機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)》這一新型實(shí)驗(yàn)課程體系。(2)在真實(shí)遭遇模擬病人需要搶救的臨床情景時(shí)，學(xué)生因?yàn)榫o張反而在處理時(shí)不知道如何著手，此時(shí)需要老師在旁邊掌控課堂節(jié)奏，適時(shí)進(jìn)行引導(dǎo)，并督促學(xué)生做好課前預(yù)習(xí)。(3)案例討論時(shí)，由于學(xué)生尚未接觸臨床課程，學(xué)生發(fā)言不夠積極深入，老師應(yīng)該進(jìn)行積極引導(dǎo)，并鼓勵(lì)同學(xué)們對(duì)不熟悉的名詞、疾病的發(fā)病原因、臨床表現(xiàn)、治療方法等進(jìn)行大膽的分析和討論。

總之，醫(yī)學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)經(jīng)過(guò)三十多年的發(fā)展已經(jīng)初具模型，但是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代科技在醫(yī)學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)中的應(yīng)用已成為趨勢(shì)但尚處在萌芽階段，考慮到醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)性、綜合性和應(yīng)用性，智能模擬人在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要作用正在慢慢展現(xiàn)，未來(lái)也將發(fā)揮重大作用。

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(編輯雅文)

收稿日期2015-03-18

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1001-7585(2015)18-2570-03