史良,杜尚珂,王瑩,郭凡
河南護(hù)理職業(yè)學(xué)院,河南安陽(yáng) 455000
現(xiàn)代醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)日新月異,醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)迅速發(fā)展,其覆蓋了多學(xué)科,新技術(shù)應(yīng)用最多,自動(dòng)化水平不斷提高,且與臨床聯(lián)系越來(lái)越密切,在臨床診斷、科研、教學(xué)工作中發(fā)揮著重要作用,為臨床疾病診斷、療效觀察、預(yù)后判斷等提供重要的依據(jù)。特別是在新醫(yī)科背景下,以人工智能、大數(shù)據(jù)為代表的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在推動(dòng)著醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)發(fā)展進(jìn)入新的階段,對(duì)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)人才的培養(yǎng)也提出了新要求[1]。然而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是醫(yī)學(xué)院校非常重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié),在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力方面有著不可取代的作用。醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)屬于實(shí)驗(yàn)室醫(yī)學(xué),十分強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)踐操作能力和儀器操控能力,尤其是隨著科技的進(jìn)步,檢驗(yàn)技術(shù)及檢驗(yàn)儀器更是發(fā)生著日新月異的變化,這對(duì)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)提出了更高的要求[2]。
當(dāng)前線上授課模式已成為全國(guó)各大高校的重要教學(xué)方式之一,而無(wú)實(shí)物的實(shí)踐教學(xué)成為困擾各學(xué)科開展線上教學(xué)的一大難題。虛擬仿真技術(shù)作為信息技術(shù)的產(chǎn)物,對(duì)于線下存在多種條件限制的實(shí)踐教學(xué)來(lái)說(shuō)是一種很好的補(bǔ)充,在高職院校實(shí)踐教學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,正逐步成為教學(xué)改革的新方向。
為培養(yǎng)大批高素質(zhì)衛(wèi)生技術(shù)技能人才,滿足臨床需求,促進(jìn)社會(huì)發(fā)展、保障人民健康,自2005 年中華人民共和國(guó)教育部啟動(dòng)了國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)工作,發(fā)布了《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020 年)》在“加快教育信息化進(jìn)程”中也指出要建立“數(shù)字圖書館和虛擬實(shí)驗(yàn)室”。就在2020 年教育部又發(fā)布了《關(guān)于開展職業(yè)教育示范性虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)工作的通知》,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)已成為高校實(shí)踐教學(xué)改革的新方向,更快更好地建成育虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室,既是對(duì)傳統(tǒng)單一教學(xué)模式的改革,也是強(qiáng)化教學(xué)與實(shí)訓(xùn)相融合的重要教學(xué)活動(dòng),還是可以有效彌補(bǔ)高校教育實(shí)訓(xùn)工作中學(xué)生接觸實(shí)驗(yàn)頻率低、操作風(fēng)險(xiǎn)大、實(shí)驗(yàn)耗材成本昂貴等特殊困難的重要措施,國(guó)內(nèi)的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)正在迎來(lái)新的發(fā)展契機(jī)。
高校醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)是一門實(shí)踐性強(qiáng)、多學(xué)科交叉融合的專業(yè),有著其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)與教學(xué)難點(diǎn)。而歸納起來(lái)有以下幾點(diǎn):①當(dāng)下線上授課模式大發(fā)展,無(wú)實(shí)物的線上實(shí)踐授課很難開展;②檢驗(yàn)的檢測(cè)對(duì)象多為微觀結(jié)構(gòu)、可視性差、概念抽象,學(xué)生難以通過(guò)傳統(tǒng)講授方式完全理解;③對(duì)實(shí)驗(yàn)者要求熟練精準(zhǔn),然而學(xué)生多、教師少、課時(shí)量有限,無(wú)法保證每位同學(xué)的學(xué)習(xí)質(zhì)量;④對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境建設(shè)要求較高:部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如細(xì)菌培養(yǎng)等需嚴(yán)格無(wú)菌環(huán)境,部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如病毒核酸檢測(cè)存在感染風(fēng)險(xiǎn)等;⑤對(duì)于形態(tài)學(xué)等實(shí)踐教學(xué)標(biāo)本量需求大,無(wú)法涵蓋全部疾??;對(duì)于一些稀缺標(biāo)本如骨髓、腦脊液、胸腹水等相關(guān)項(xiàng)目的檢測(cè)無(wú)法全部進(jìn)行;⑥實(shí)驗(yàn)設(shè)備種類繁多,體積龐大,需要足夠空間的作業(yè)場(chǎng)地,且更新迭代速度快,價(jià)格昂貴,無(wú)法做到與實(shí)際臨床實(shí)驗(yàn)室相同步,后續(xù)儀器設(shè)備養(yǎng)護(hù)、維修同樣也價(jià)格不菲等一系列問題。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)是高等教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容,是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革之路上具有廣闊的應(yīng)用前景。
虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)是在網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)催生下發(fā)展起來(lái)的一種新型實(shí)踐教學(xué)模式,對(duì)實(shí)體實(shí)驗(yàn)課程是一種很好的補(bǔ)充。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展,虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于教育的各個(gè)領(lǐng)域,如機(jī)械工程、農(nóng)林園藝、航海等,其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛,臨床醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)不僅可用于日常教學(xué)、線下監(jiān)管、考核,最重要的是,利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立的虛擬環(huán)境,使實(shí)驗(yàn)者身臨其境般運(yùn)用各種虛擬實(shí)驗(yàn)器材和設(shè)備,對(duì)仿真設(shè)備和訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行虛擬操作,從而達(dá)到全面提高臨床教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)高層次醫(yī)學(xué)人才的培養(yǎng)目標(biāo)[3]。有效利用三維數(shù)字模型構(gòu)建是提升虛擬交互的質(zhì)量的重要環(huán)節(jié),很多醫(yī)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域都積極采用3ds Max 作為重要的建模工具,這樣能夠?qū)μ摂M仿真實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的整體景觀和教學(xué)檢驗(yàn)儀器設(shè)備等進(jìn)行更加全面且細(xì)致的拍攝和采用,隨后再使用先進(jìn)的3ds Max 將所有在拍攝環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的事物按照一定的比例在電腦系統(tǒng)中進(jìn)行還原,并且需要構(gòu)建出適合的數(shù)字模型,切實(shí)做好場(chǎng)景設(shè)置工作,還能夠?qū)ㄖ锏牟馁|(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步的確定,利用動(dòng)畫設(shè)置工作可以將實(shí)驗(yàn)室的后續(xù)使用情況進(jìn)行還原等。實(shí)驗(yàn)室中存在的各種儀器設(shè)備都能夠在電腦系統(tǒng)中進(jìn)行選定,并可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)室建造條件的實(shí)際需求對(duì)其進(jìn)行移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)等,經(jīng)過(guò)一系列的操作后能夠?qū)崿F(xiàn)其在電腦系統(tǒng)中的三維數(shù)字化呈現(xiàn)。
Unity3D 技術(shù)的使用對(duì)于促進(jìn)虛擬實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展也是極為重要的,它能夠?qū)崿F(xiàn)跨平臺(tái)信息交互的功能,技術(shù)整體的性價(jià)比較高。此種引擎的使用可以切實(shí)處理好圖形資料、音頻文件、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等多方面的信息,此種技術(shù)內(nèi)部還置有NVIDIA 以及PhysX 等物理引擎,這種類型的引擎能夠給予使用者更加真切的感受,讓使用者能夠具有更加逼真的互動(dòng)體驗(yàn)。不僅如此,此交互程序在使用時(shí)支持閱覽各種主流格式的文件,能夠和大多數(shù)用戶的電腦系統(tǒng)適配。Unity3D 在使用的時(shí)候,用戶能夠通過(guò)通過(guò)一些交互按鈕對(duì)光源進(jìn)行控制,還能夠?qū)β曇艋蛘呤且恍┗A(chǔ)動(dòng)作等加以控制。三維模型資源在應(yīng)用的時(shí)候也能夠得到順利加載。用戶還可以通過(guò)使用此種交互程序進(jìn)行一些具有交互功能的操作,學(xué)生只需要在該動(dòng)作所對(duì)應(yīng)的欄目上輸入相應(yīng)的名稱就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)動(dòng)作的設(shè)置。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)必須以學(xué)生為中心,注重學(xué)生個(gè)性化教育,注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)[4]。學(xué)生能夠通過(guò)控制操控界面更好地瀏覽和欣賞醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)點(diǎn),并且能夠借此機(jī)會(huì)更加良好地交流互動(dòng)。
各種先進(jìn)虛擬建設(shè)軟件的應(yīng)用能夠建成基本的虛擬臨床醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng),并且能夠開放底層的數(shù)據(jù)庫(kù),其中包含學(xué)生教師用戶的基本信息,模擬患者的基本信息、檢驗(yàn)結(jié)果,以及各種其他的文字、圖片等數(shù)據(jù)信息。虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)室在建立的時(shí)候可以根據(jù)實(shí)際需求劃分為不同的版本。比如可以劃分為漫游版或者是學(xué)習(xí)版等,并且需要通過(guò)Web 實(shí)現(xiàn)對(duì)光盤以及手機(jī)系統(tǒng)等控制和運(yùn)行。漫游板的使用能夠切實(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室布局以及相關(guān)規(guī)章制度的研究,讓學(xué)生能夠了解到虛擬實(shí)驗(yàn)室的基本情況。學(xué)習(xí)版的應(yīng)用能夠讓學(xué)生更好地領(lǐng)悟醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域知識(shí)點(diǎn),并且能夠?qū)W習(xí)到各種臨床實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法、部件組成,讓學(xué)生對(duì)每種儀器的工作原理、注意事項(xiàng)等問題具有更加深刻的印象,學(xué)生能夠在潛移默化中提升自身的樣本檢驗(yàn)?zāi)芰?,還可以把控好更換試劑的時(shí)機(jī)等。醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的總體構(gòu)成方式(見圖1),此種虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建能夠幫助學(xué)生更好地掌握血液學(xué)檢驗(yàn)、微生物學(xué)檢驗(yàn)、臨床檢驗(yàn)基礎(chǔ)、分子生物學(xué)檢驗(yàn)等的專業(yè)核心內(nèi)容,并且能夠幫助學(xué)生掌握使用生物安全柜、PCR 儀器、電化學(xué)發(fā)光儀等先進(jìn)儀器的使用方法。學(xué)生在此過(guò)程中能夠更好地實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng),從多角度多維度觀察臨床檢驗(yàn)儀器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、組成零件,同時(shí)全方面地學(xué)習(xí)和感悟儀器的操作方法及后期養(yǎng)護(hù)要點(diǎn)。同時(shí),醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建立虛擬檢驗(yàn)科基本技能訓(xùn)練和考核系統(tǒng),可以打破傳統(tǒng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)水平的弊端,除了建立實(shí)驗(yàn)操作練習(xí),系統(tǒng)還可設(shè)置思考題、實(shí)驗(yàn)測(cè)評(píng)、關(guān)鍵步驟考核等內(nèi)容,教師可通過(guò)后臺(tái)管理,看到每位學(xué)生的操作過(guò)程、考核成績(jī),了解學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作中的難點(diǎn)、易錯(cuò)點(diǎn),通過(guò)后臺(tái)程序加標(biāo)加文字等方式不斷完善系統(tǒng)[5]。實(shí)驗(yàn)考核方式采用“通關(guān)游戲式”的過(guò)程考核,完成前一階段考核后方可進(jìn)入下一階段[6]。
圖1 醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)
近年來(lái),隨著醫(yī)學(xué)院校不斷地?cái)U(kuò)大招生規(guī)模,高校實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源對(duì)于實(shí)際教學(xué)需求已很難負(fù)荷,很多臨床教學(xué)工作難以在落后的教學(xué)模式下順利進(jìn)行。另外,因?yàn)獒t(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室由于存放精密儀器、危險(xiǎn)化學(xué)物品等因素其本身具有嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)室管理制度,只在固定的時(shí)間有專業(yè)教師指導(dǎo)的情況下開設(shè),學(xué)生想要在空閑的時(shí)間接觸到相關(guān)的設(shè)備實(shí)際上是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。學(xué)生無(wú)法隨心所欲地進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)室,便無(wú)法做到對(duì)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等反復(fù)操作精益求精。且在對(duì)部分檢驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中使用到的儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)耗材等數(shù)量有限,無(wú)法滿足大批量學(xué)生同一時(shí)間段操作,這就給實(shí)驗(yàn)教學(xué)中帶來(lái)師資力量不足等問題。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)突破了實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)的局限性,通過(guò)其全天候的開放式實(shí)驗(yàn)平臺(tái),為學(xué)生提供了自由的學(xué)習(xí)環(huán)境[7],能夠讓教學(xué)過(guò)程突破時(shí)間的局限和空間的限制,學(xué)生在網(wǎng)上可以進(jìn)行各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的預(yù)實(shí)驗(yàn),整個(gè)過(guò)程可自主選擇實(shí)驗(yàn)所需器材、設(shè)備和檢驗(yàn)程序,在全部選擇正確的情況下可以出現(xiàn)理想的結(jié)果[8]。讓學(xué)生能夠有更多機(jī)會(huì)利用碎片化的時(shí)間進(jìn)行練習(xí),專業(yè)的信息操作指令讓學(xué)生的練習(xí)效果事半功倍。
虛擬仿真實(shí)踐的應(yīng)用可以集多方資源,優(yōu)化重構(gòu),建成后可以打破時(shí)空界限,利用虛擬實(shí)訓(xùn)資源實(shí)現(xiàn)育訓(xùn)高效結(jié)合,打造技能訓(xùn)練高頻次、實(shí)踐考核高標(biāo)準(zhǔn)的“智慧醫(yī)療衛(wèi)生+”共享實(shí)踐實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。從而使學(xué)生的學(xué)習(xí)效率可以借此機(jī)會(huì)得到根本性的提升[9]。同時(shí),虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建符合現(xiàn)代化教學(xué)理念,并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的補(bǔ)充,通過(guò)利用虛擬網(wǎng)絡(luò)提供真實(shí)化的場(chǎng)景,幫助學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)操作,這樣的方式不僅能夠滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求,還能夠?yàn)槠鋭?chuàng)建一個(gè)良好的學(xué)習(xí)平臺(tái),轉(zhuǎn)變學(xué)生以往的被動(dòng)學(xué)習(xí)方式,使其更加積極主動(dòng)地投入到學(xué)生中,從而促進(jìn)其自主學(xué)習(xí)能力的提升[10]。
近些年,院校為了能夠切實(shí)提升自身的實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量已經(jīng)購(gòu)置了大量的自動(dòng)化檢驗(yàn)設(shè)備,這類設(shè)備的使用對(duì)于提高學(xué)生的臨床檢驗(yàn)技能是極為重要的,讓學(xué)生的實(shí)踐操作能力可以借此機(jī)會(huì)得到提升。但是,其中依舊存在一些亟待解決的問題。首先,臨床檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備種類繁雜眾多,技術(shù)更新迭代速度飛快,以教學(xué)為目的的醫(yī)學(xué)院校檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室能夠投入的資金數(shù)額是較為有限的,因而各高校普遍存在購(gòu)置的檢驗(yàn)設(shè)備數(shù)量有限,設(shè)備類別覆蓋面小,與臨床一線檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室差別較大。其次,實(shí)踐教學(xué)所需要大量的耗材試劑等,很多學(xué)生由于操作不熟練,需要反復(fù)返工操作,造成大量實(shí)驗(yàn)資源的浪費(fèi)。對(duì)于一些特殊學(xué)科如形態(tài)學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)抽象、標(biāo)本類型單一,不具代表性,僅靠“講”與“演”一對(duì)多的模式使得課堂教學(xué)效果不盡如人意[11]。虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的使用就可以從根本上減少這些問題出現(xiàn)的概率,不用擔(dān)心實(shí)驗(yàn)損耗及稀缺標(biāo)本,也不用考慮儀器的更新迭代,能夠切實(shí)減少實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成本資金的投入,相關(guān)臨床檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)也可以順利開展。
基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)是很有優(yōu)勢(shì)的教學(xué)模式[12]。醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,相關(guān)檢測(cè)人員接觸到患者血液、排泄物等可能會(huì)存在交叉感染的風(fēng)險(xiǎn),也增加了病原微生物滋生傳播擴(kuò)散概率。尤其是醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)專業(yè)學(xué)生,基礎(chǔ)理論知識(shí)掌握并不牢固,生物安全意識(shí)薄弱,在實(shí)習(xí)的過(guò)程中接觸到呈陽(yáng)性的檢驗(yàn)樣本,一旦操作不當(dāng)就可能造成感染。這就需要在校期間日常教學(xué)就要求學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)項(xiàng)目可以熟練操作。大力開展虛擬實(shí)驗(yàn)室,讓學(xué)生有更多機(jī)會(huì)在虛擬環(huán)境中進(jìn)行反復(fù)操作,讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)了“做中學(xué)、學(xué)中做”,極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性[13-15]。促使學(xué)生能夠迅速適應(yīng)醫(yī)院環(huán)境,參與臨床檢驗(yàn)工作時(shí)具有更高的效率和質(zhì)量,從根本上提升學(xué)生生物安全防護(hù)水平,避免交叉感染、職業(yè)暴露等危害事件。
綜上所述,醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建,對(duì)教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”都具有一定的促進(jìn)作用。對(duì)于高職院校醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)教學(xué),虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建是極為重要的,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的是一個(gè)理想的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)過(guò)程。真正做到幫助學(xué)生在更加完善的學(xué)習(xí)環(huán)境中提升自我綜合能力。在自動(dòng)化檢驗(yàn)儀器已經(jīng)逐步普及的當(dāng)今社會(huì),如何更加高效地開展醫(yī)學(xué)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)工作依舊是各高校需要重點(diǎn)研究的問題,將虛擬仿真技術(shù)與醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合,以其先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行深層次的推廣,對(duì)于醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)及檢驗(yàn)教學(xué)改革甚至整個(gè)醫(yī)學(xué)的發(fā)展都將是一次革命性的突破。