應(yīng)俊，姚蔚，李佩珍

（溫州醫(yī)科大學(xué) 檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，浙江 溫州 325035）

虛擬仿真技術(shù)是在多媒體、網(wǎng)絡(luò)、信息化等現(xiàn)代教育技術(shù)迅猛發(fā)展的基礎(chǔ)上，將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合的一種更高級(jí)的仿真技術(shù)。隨著科學(xué)研究的深入發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)日漸成熟和完善，正逐步從理論研究走向?qū)嶋H教學(xué)[1]。充分運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)改善教學(xué)方法、擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、提高本科教學(xué)質(zhì)量成為高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一個(gè)新方向。

臨床生物化學(xué)是醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)專業(yè)的核心課程[2]，其實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量關(guān)系到醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)學(xué)生的動(dòng)手能力、綜合素質(zhì)，關(guān)系到學(xué)生畢業(yè)后能否很快勝任臨床檢驗(yàn)工作。如何提高臨床生化實(shí)驗(yàn)課教學(xué)水平，培養(yǎng)具有扎實(shí)臨床實(shí)踐基礎(chǔ)的醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)創(chuàng)新人才，已成為高校教學(xué)改革的重點(diǎn)[3]。然而，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的諸多問題極大地影響了臨床生化實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高，而近年來基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)的出現(xiàn)為該問題的解決提供了可能。

1 臨床生化傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足

目前臨床生化實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多采用傳統(tǒng)的板書模式：實(shí)驗(yàn)帶教老師講解實(shí)驗(yàn)理論、操作步驟、注意事項(xiàng)及臨床作用等；實(shí)驗(yàn)技術(shù)員調(diào)試實(shí)驗(yàn)儀器、配制實(shí)驗(yàn)試劑；學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)講義進(jìn)行實(shí)驗(yàn)步驟、書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告單[4]。當(dāng)前臨床生化傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在諸多問題：①實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源不足。由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)有限，許多大型儀器因費(fèi)用昂貴不能得到及時(shí)更新，加之學(xué)生的人數(shù)大幅增加，不能滿足學(xué)生對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的要求，造成理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐脫節(jié)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。②實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容單一，學(xué)生積極性不高。臨床生化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為單一的驗(yàn)證某項(xiàng)指標(biāo)，先由老師講解實(shí)驗(yàn)步驟，然后學(xué)生開始按部就班地操作實(shí)驗(yàn)，是一種被動(dòng)學(xué)習(xí)過程，不能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力[5]。

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式及其特點(diǎn)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是以計(jì)算機(jī)為中心，通過3D動(dòng)畫生動(dòng)形象地再現(xiàn)逼真的實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)操作過程，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的趣味性，可以使實(shí)體實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)互為補(bǔ)充。實(shí)驗(yàn)者可以在仿真環(huán)境中完成各種實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，所獲得的實(shí)驗(yàn)效果與實(shí)體環(huán)境中的實(shí)驗(yàn)效果相當(dāng)，甚至更好，尤其對(duì)于需要高成本的大型綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，虛擬仿真教學(xué)優(yōu)勢(shì)顯著。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的特點(diǎn)[6-7]：①學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)室通過虛擬儀器和虛擬物品的操作來觀察、參與實(shí)驗(yàn)，沒有器材和試劑的消耗，使得實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)大為降低。②吸引學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于教學(xué)，可以幫助學(xué)生更好的理解不能在課堂上進(jìn)行操作的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。如“血清丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶的活性測(cè)定”實(shí)驗(yàn)時(shí)，已知它的反應(yīng)是負(fù)反應(yīng)，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，吸光度逐漸降低，手工操作時(shí)，學(xué)生理解起來比較抽象；而在虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生通過電腦屏幕可以直觀地查看反應(yīng)進(jìn)程，使教學(xué)更加的生動(dòng)。③打破了時(shí)間和地域的限制，學(xué)生能更靈活的安排時(shí)間，按自己的進(jìn)度選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容。④拓展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使得不常見的實(shí)驗(yàn)在虛擬實(shí)驗(yàn)中定制完成。如可以增設(shè)一些與臨床生化相關(guān)的前沿研究內(nèi)容，或開設(shè)常規(guī)實(shí)驗(yàn)比較困難的，耗時(shí)長且成本高，但學(xué)生卻比較感興趣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（如家兔OGTT模型的建立與測(cè)定、酸性磷酸酶的提取和活性測(cè)定）

3 臨床生化檢驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建

根據(jù)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)專業(yè)的人才培養(yǎng)實(shí)際需求[8]，結(jié)合《臨床生化檢驗(yàn)》課程特點(diǎn)，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力為核心，采用3D虛擬和VR技術(shù)，探索構(gòu)建了臨床生化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，主要包括自動(dòng)生化分析儀的使用、常規(guī)項(xiàng)目的檢測(cè)、質(zhì)量控制和規(guī)范操作和臨床案例分析[9]。

3.1 自動(dòng)生化分析儀的使用模塊 自動(dòng)生化分析儀價(jià)格昂貴，并存儲(chǔ)在一間獨(dú)立的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)與臨床實(shí)驗(yàn)室的自動(dòng)化模式無法很好地連接。為此我們通過開展生化分析儀的虛擬仿真培訓(xùn)，介紹儀器的系統(tǒng)組成、檢測(cè)原理、常規(guī)操作、維護(hù)保養(yǎng)等情況（見圖1）[10]。虛擬仿真平臺(tái)中通過視頻錄像，介紹自動(dòng)生化分析儀的設(shè)備結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成；通過演示文稿加動(dòng)畫編寫分析儀的檢測(cè)原理；通過虛擬仿真技術(shù)建立分析儀的常規(guī)操作步驟：開機(jī)、關(guān)機(jī)、更換試劑、樣品檢測(cè)、報(bào)告結(jié)果、維護(hù)保養(yǎng)等。一方面，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供大量便捷的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，提高了儀器設(shè)備的培訓(xùn)效率；另一方面，通過反復(fù)多次的虛擬操作，可以為真實(shí)的儀器上機(jī)打好基礎(chǔ)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

圖1 自動(dòng)生化分析儀的模塊框圖

3.2 常規(guī)項(xiàng)目的檢測(cè)模塊 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的參數(shù)設(shè)置是最難的部分，學(xué)生一般認(rèn)為參數(shù)知識(shí)抽象細(xì)碎、難以區(qū)分，而虛擬仿真教學(xué)就具有明顯優(yōu)勢(shì)。該模塊模擬自動(dòng)生化分析儀可進(jìn)行定時(shí)法、連續(xù)監(jiān)測(cè)法等各種反應(yīng)類型的分析測(cè)定，采用人機(jī)對(duì)話的方式把要檢測(cè)的10多個(gè)項(xiàng)目的各參數(shù)輸入儀器進(jìn)行貯存，也可以自己編寫實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、方法、試劑等條件進(jìn)行檢測(cè)（見圖2）。連續(xù)監(jiān)測(cè)法主要以血清谷丙轉(zhuǎn)氨酶（速率法下降）、堿性磷酸酶（速率法上升）的測(cè)定為代表，固定時(shí)間比色法以血清總蛋白（終點(diǎn)法上升）、葡萄糖（終點(diǎn)法上升）、總膽紅素（終點(diǎn)法下降）、直接膽紅素（終點(diǎn)法下降）為例子。如通過對(duì)常規(guī)項(xiàng)目堿性磷酸酶（ALP）的檢測(cè)，學(xué)生可以將ALP理論應(yīng)用到反應(yīng)類型、反應(yīng)波長、反應(yīng)讀數(shù)點(diǎn)的選擇，根據(jù)試劑盒的參數(shù)選擇Reagent/Sample的比值、反應(yīng)的延遲時(shí)間等；待學(xué)生思考作答后，課件會(huì)對(duì)學(xué)生每一步的選擇做出對(duì)或錯(cuò)的判斷結(jié)果。在一些關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)部分，可以設(shè)置放大鏡等功能，幫助學(xué)生更好的觀察實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[11]。

圖2 常規(guī)項(xiàng)目檢測(cè)的模塊框圖

3.3 質(zhì)量控制和規(guī)范操作模塊 目前，臨床檢驗(yàn)的質(zhì)量控制越來越受到人們的重視和青睞，每個(gè)項(xiàng)目都進(jìn)行室內(nèi)質(zhì)控、室間質(zhì)控，以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。但由于影響檢驗(yàn)結(jié)果的因素很多，常常出現(xiàn)檢驗(yàn)結(jié)果與臨床表現(xiàn)不符合的現(xiàn)象，造成誤診[12]。通過虛擬仿真技術(shù)，把質(zhì)控品的處理、檢測(cè)過程、判斷規(guī)則、失控處理等角度全方位展示整個(gè)質(zhì)控操作流程，便于學(xué)生對(duì)室內(nèi)質(zhì)控圖的類型、Levey-Jennings質(zhì)控圖的繪制方法等都有充分理解和掌握。

雖然醫(yī)院檢驗(yàn)科的設(shè)備自動(dòng)化程度越來越高，但是基本的手工操作技能也是必不可少的。我們將整個(gè)生化檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中涉及到的常用操作技能制作成虛擬仿真短片，替代課上教師的動(dòng)作示范，主要包括刻度移液管的正確使用、移液槍的使用、電子分析天平的使用、試劑的配制、樣本的正確稀釋、分光光度計(jì)的性能檢查和日常監(jiān)測(cè)等。教師可以在視頻播放過程中隨時(shí)暫停，關(guān)鍵動(dòng)作可以一遍又一遍的播放，加深學(xué)生的記憶和了解操作流程的難點(diǎn)，使學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)更加規(guī)范。

3.4 臨床案例分析模塊 精選臨床醫(yī)療案例是實(shí)施臨床案例分析的基礎(chǔ)和前提，我們依據(jù)教學(xué)大綱和培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求在附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科篩選一些真實(shí)的案例，讓學(xué)生自己選擇相應(yīng)的檢測(cè)項(xiàng)目。如根據(jù)患者手足抽搐的臨床典型癥狀，分析考慮是否為低鈣所致，故首選檢測(cè)血和尿中游離鈣的濃度，然后要自己編一套程序完成鈣的測(cè)定。在尿素氮測(cè)定的實(shí)驗(yàn)中，給學(xué)生一份簡明典型的痛風(fēng)患者病歷，引導(dǎo)學(xué)生討論這份病例的可能病因，讓學(xué)生選擇需要檢測(cè)的生化指標(biāo)，并在模擬自動(dòng)生化分析儀上對(duì)標(biāo)本進(jìn)行檢測(cè)，分析結(jié)果，討論可能的診斷。通過引入典型案例把基礎(chǔ)知識(shí)和臨床實(shí)踐相結(jié)合，可以使學(xué)生牢固地掌握和靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，而且通過現(xiàn)實(shí)問題的解決，使學(xué)生的臨床應(yīng)用能力得到全面提升，對(duì)學(xué)生受益匪淺[13]。

4 臨床生化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用展望

臨床生化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不僅可作為傳統(tǒng)臨床生化實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)的一部分，還可供學(xué)生在實(shí)驗(yàn)之余自學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)臨床生化實(shí)驗(yàn)的興趣及科研創(chuàng)新能力。無論是學(xué)生還是教師，都可以隨時(shí)隨地上網(wǎng)進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)操作。我們將該套虛擬軟件上傳到我校生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)平臺(tái)，全面開始網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)，方便異地協(xié)作和資源共享。同時(shí)，增加網(wǎng)上評(píng)論留言等功能，學(xué)生通過虛擬平臺(tái)自學(xué)以后可通過留言等方式將其所學(xué)知識(shí)進(jìn)行交流，加強(qiáng)學(xué)生與教師之間的溝通。教師也可從學(xué)生的匯報(bào)中了解學(xué)生的掌握程度并對(duì)遺漏知識(shí)進(jìn)行補(bǔ)充講解，不斷促進(jìn)臨床生化虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的完善。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)這種教學(xué)模式將越來越受到人們得重視，成為改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中不可缺少的一部分。

由于師資力量和經(jīng)費(fèi)的限制，一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目還沒有開展虛擬仿真設(shè)計(jì)，隨著教學(xué)改革的深入，我們會(huì)盡最大的努力去豐富虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。同時(shí)將內(nèi)建強(qiáng)大的題庫系統(tǒng)，提供在線自測(cè)自評(píng)功能，為學(xué)生的自我鞏固學(xué)習(xí)提供一個(gè)良好的平臺(tái)。

5 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革對(duì)提高臨床生化的教學(xué)質(zhì)量起著重要作用。臨床生化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)開辟了新穎的實(shí)驗(yàn)場地，將學(xué)生引入一個(gè)充滿新奇的實(shí)驗(yàn)王國，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還實(shí)現(xiàn)了學(xué)校資源的優(yōu)化配置與開放共享，有效解決了教學(xué)需求和實(shí)驗(yàn)資源不足之間的矛盾。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的調(diào)整，真正做到了學(xué)以致用，幫助學(xué)生將理論知識(shí)與臨床疾病相整合，為目前臨床生化教學(xué)改革提供了新的思路和范本。