校企合作是高校提升人才培养质量、提高教学 水平、彰显办学特色、助推区域经济转型升级的重要 途径[1]。2017 年,国务院办公厅发布《关于深化产教融 合的若干意见》,提出要促进教育链、人才链和产业 链、创新链有机衔接,将产教融合贯穿人才培养的全 过程[2]。因此,高校应与企业开展多渠道、多方式、多 维度的产学合作,探索校企合作新模式[3-4]。
机能学实验在基础医学实验中是一门关键的实 验课程。它将生理、药理和病理生理三门学科的实验 系统地融合在一起,在原有经典实验的基础上进行优 化和改进,使实验具有连续延伸性、互补性及深刻的 内在联系,从而促进了学科间的渗透,更加贴近临床 实践,同时有助于培养学生科学的思维方法和严谨的 科学作风[5-6]。当前,医学院校建设创新理念指导下的智慧化机能学实验室,利用先进设备和信息管理技术 提高机能学实验教学质量是很有必要的[7]。而基于校 企合作建设智慧化机能学实验室,可将先进的实验教 学理念、实验教学设备与信息技术深度融合,使学生 的学习、实验和研究融为一体,有利于推进实验教学 改革及机能学综合性、创新性实验开展,满足学生自 主学习的需要,提高学生学习的积极性,最终达到有 效教学和学习的目的。
一、智慧化实验室管理系统建设
医学院校要基于校企合作建设智慧化机能学实验 室,首先应建设智慧化实验室管理系统。智慧化实验室 管理系统是以管理系统为中心,将多套不同的实验室 设备有机结合起来,形成一套可伸缩、可配置的实验室 整体解决方案。该系统不仅能在机能学实验室中使用, 还可扩展到其他实验室中。智慧化实验室管理系统实 现了实验室展示(实验室介绍)、安全管理(视频监控系 统)、环境管理(温湿度及其他环境条件监控)、电源管 理(开关电)、门禁管理、设备管理(实验设备管理)、药 品管理(实验药品及其存贮管理)、开放实验室管理(实 验预约)、实验数据管理(所有的实验数据)、实验报告 管理(学生实验报告批阅)、实验教务管理(实验课件、 内容、通知等)、实验动物管理(如实验动物消耗的管 理)、实验室教师通信及其他管理的一体化。
智慧化实验室管理系统包含以下内容:
①实验室 教学管理系统:用于实验室教学管理。该系统可以完 成学生管理、教师管理、角色权限管理、教学跟踪,以 及实验预约、实验形成性评价记录、实验报告和实验 数据管理、实验教学通知及教学内容发布等,最为复 杂。
②实验室设备管理系统:用于实验室设备管理。该 系统可以管理实验设备的常规信息(购买日期、价格、 厂家等)、维护信息、报废信息等基本信息,同时还可 以跟踪实验设备的动态使用情况,如每台设备的使用 小时数,且可与学校的实验室信息管理系统对接,方 便实验室资产管理员上报信息。
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④实验室大屏展示系 统:可用于实验室整体信息、实时数据图表等的展示。
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⑥实验室电源管理系统:用于实验室电源 管理,内部存在实验室教师和学生权限管理。该系统可以控制实验室的总电源和每台设备的分电源,自动 统计实验室中每台设备的使用时间,还可以根据远程 网络指令开关电源等,保障实验室用电安全。
138383美人鱼论坛凤凰网-美人鱼论坛美人鱼手机开奖-686885美人鱼论坛-138383美人鱼论坛独家爆料周-1383838美人鱼一肖一码-123156美人鱼论坛⑦实验 室环境管理系统:用于实验室环境管理。该系统可以 探测实验室环境并可以对环境进行一定程度的控制, 包括温度、湿度、细颗粒物、甲醛等。
⑧实验室安全监 控系统:用于实验室通用安全管理。该系统可以实现 防火、防盗、防潮等通用安全监控。防火主要通过烟雾 传感器和温度传感器触发;防盗由监控靠窗、靠门视 频分析及门禁的非法强行进行判定;防潮通过湿度传 感器判定。
⑨实验室智能药品柜:用于实验室常规药 品管理。该系统可以按照教学安排自动选择药品柜中 的药品组合,提供给验证(人脸识别、校园卡刷卡等识 别方式)通过的实验人员(教师或学生),从而减轻教 师分发药品的负担。
⑩实验室智能器械柜:用于实验 室常规手术器械管理。该系统可以按照教学安排自动 选择器械柜中的实验器械组合提供给验证 (人脸识 别、校园卡刷卡等识别方式)通过的实验人员(教师或 学生);在实验完成后自动回收实验人员使用清洗干 净的实验器械。
二、集成化、信息化的动物实验平台建设
完备的实验教学仪器和综合型的实验系统可将 机能学实验中的生理学实验、药理学实验、病理生理 学实验等多门相关学科的实验教学内容进行交叉融 合,为临床医学实践和医学科学研究奠定坚实基础。在机能学实验中,动物实验所需仪器及耗材种类繁 多,且部分实验需要配备局部照明系统才可以看清实 验动物的解剖结构,若实验操作者同步进行呼吸机控 制调节、生物信号采集系统软硬件的操作和观察、环 境温度信息和波形等的观察,无疑会分散其进行手术 时的注意力,降低实验效率,甚至导致实验失败。
基于这一系列实验困难,医学院校应与企业合作, 建设集成化、信息化的动物实验平台,如此既集成了可 移动实验平台、生物信号采集与处理系统、小动物呼吸 机、恒温水浴系统、恒温平滑肌槽、照明系统、电脑系统 及形成性评价系统,还包括实验用品附件包、手术器械 附件包等,同时可通过平板电脑实现对内部设备的集 中控制,大幅提升了实验者实验操作体验,增加了实验 时的手术成功率,提高了实验室的整洁程度,提升了实 验教学的效率和质量。另外,这些集成的设备可以完成 几乎所有传统的经典机能实验,也能完成创新性、研究 性实验。下面笔者择其要点加以阐述。
138383美人鱼论坛凤凰网-美人鱼论坛美人鱼手机开奖-686885美人鱼论坛-138383美人鱼论坛独家爆料周-1383838美人鱼一肖一码-123156美人鱼论坛生物信号采集与处理系统是一套基于网络化、信 息化的新型信号采集与处理系统,软件内部嵌入大量 电子教材、录像和虚拟实验操作交互,硬件平台可实 现物理通道自动扩展、智能识别设备连接等多种功 能,可分析所有专用数据,包括心率变异、心电参数分 析、血流动力学分析、脑电频率分析、呼吸分析等。
138383美人鱼论坛凤凰网-美人鱼论坛美人鱼手机开奖-686885美人鱼论坛-138383美人鱼论坛独家爆料周-1383838美人鱼一肖一码-123156美人鱼论坛小动物呼吸机通过在平板电脑上操作,可以选择 动物类型,调节潮气量、呼吸比和呼吸频率等参数,且 调节方式灵活,具体可进行家兔呼吸运动调节、家兔 呼吸运动与膈神经放电同步记录、实验性呼吸功能不 全等呼吸系统相关实验。
恒温水浴系统采用稳压泵循环技术,水槽注塑一 体成型,控温精度高、波动小,节省能源,可提供高精 度的、受控的、温度均匀的恒定场源,特别是能提供两 路恒温水的外循环,能保证在水浴之外得到恒温实验 环境,大大提高了设备的防腐性能。同时,其与离体心 脏灌流系统配套使用,可进行离体大小鼠心脏灌流实 验,而与离体组织器官恒温灌流系统配套使用,可进 行血管环、气管条等哺乳类动物组织离体实验,且提 供带氧气输入的数控恒温环境,能保证离体组织器官 的生理活性,促使相关实验顺利进行。
138383美人鱼论坛凤凰网-美人鱼论坛美人鱼手机开奖-686885美人鱼论坛-138383美人鱼论坛独家爆料周-1383838美人鱼一肖一码-123156美人鱼论坛恒温平滑肌槽主要用于平滑肌、离体肠管等实验, 可调节和维持实验环境(如实验药液)温度,从而保证 离体平滑肌的生理活性,如可进行消化道平滑肌生理 特性、药物对离体肠平滑肌的作用、苯海拉明拮抗参 数的测定等实验。
形成性评价系统是通过使用计算机视觉自动分 析技术构建实验操作的自动化评估系统,可以自动 对实验动物手术操作过程中的诸多细节进行评估, 可以评价的实验动物包括家兔、大小鼠及蟾蜍等,且 可以对动物实验操作过程进行分项自动评价,如对 于家兔实验操作,具体可以分成麻醉操作评价、气管 插管操作评价、动脉插管操作评价、神经分离操作评价等。
概括来说,集成化、信息化的动物实验平台不仅 集多种电子设备与系统于一体,同时也是实验室信息 管理系统、大屏辅助教学系统、医学虚拟仿真实验教 学系统等系统的一个对接入口,能真正实现实验教学 的教和学在网络中的无缝对接。
三、虚实结合的人体生理实验平台建设
138383美人鱼论坛凤凰网-美人鱼论坛美人鱼手机开奖-686885美人鱼论坛-138383美人鱼论坛独家爆料周-1383838美人鱼一肖一码-123156美人鱼论坛在实验动物福利和“3R”原则指导下,机能学实验 教学正在逐渐减少和优化动物实验,基于此,为了能够在减少动物实验的大背景下提高教学质量,必然需 要创新教学实验方法和实验手段,以无创型人体生理 实验为基础的机能教学实验已成为机能学实验改革 的新趋势。
138383美人鱼论坛凤凰网-美人鱼论坛美人鱼手机开奖-686885美人鱼论坛-138383美人鱼论坛独家爆料周-1383838美人鱼一肖一码-123156美人鱼论坛基于此,医学院校应与企业合作,建设虚实结合的 人体生理实验平台,即以实体的人体生理实验为基础, 获取实验者正常的生理指标。利用这些指标和数学模 型构建而成的虚拟人,可实时模拟血流动力学、呼吸力 学、神经冲动 200 余项生理指标变化,用户可自由调控 或通过传感器方式进行实时“虚实联动”。同时,融合虚 拟标准病人模拟系统,将实体实验测量所得生理指标 输入虚拟标准病人模型,可以模拟在不同病理和药理 条件下人体生理指标的变化,模拟疾病治疗过程及治 疗效果,实现真正的虚实结合,这也体现了早临床的教 学理念。另外,虚实联动的生理指标呈现,可以强烈激 发学生学习人体机能学知识的兴趣和积极性。虚实结 合的人体生理实验平台建设主要包括以下内容。
集成式人体生理实验平台:高度集成的人体生理 实验平台可一站式满足所有实验需求。电动控制实验 椅/床的转换,如进行脑电、心电检测时可以使用实验 床模式,而进行呼吸和神经肌肉实验时可以使用实验 座椅模式;平台集成了各种数据的采集端口,如人脸 识别、体重身高测量、实验数据采集等,传感器附件可 在座椅下方双抽屉中进行收纳;实验平台配置的是双 触摸显示屏和高性能计算机,能同时进行数据采集与 分析、虚实联动实验或虚拟标准病人的操作工作。另 外,还配置了可进行虚实联动的运动单车,可用于运 动相关实验和虚实联动实验,采集心率、转速、阻力、 功率、体位等数据。
系统完整的人体生理实验:人体生理实验模块根 据生理学各大系统进行分类,不仅包含神经、肌肉、循 环、呼吸、中枢神经、感官系统、运动生理实验,还开发 了消化、泌尿和代谢系统实验。在代谢系统实验中,可 以利用代谢仪学习基础代谢的间接测热法;在消化系 统中,可以采用唾液计滴器,研究食物对唾液分泌的影 响;在泌尿系统实验中,可以使用尿液分析仪分析受试 者饮入高渗、低渗和等渗溶液后对尿生成的影响。
138383美人鱼论坛凤凰网-美人鱼论坛美人鱼手机开奖-686885美人鱼论坛-138383美人鱼论坛独家爆料周-1383838美人鱼一肖一码-123156美人鱼论坛无线传输技术:引入的无线传输技术支持在线和 离线两种数据采集方式。在线方式为实时传输信号, 在空间上解除了对受试者的束缚,减少各种信号线带 来的不方便,抗干扰性好,信号传输稳定;离线方式能 在户外进行生理数据的采集,方便各种被运动或环境限制的实验项目。
独创的连续血压测量技术:采用无线方式,实时 连续采集人体手指末端血压,分析收缩压、舒张压、脉 压差、心率等数据。相较传统袖带式血压计,无线方式 具有历史性突破,可以精确到每分每秒记录人体的血 压,非常适合用于生理因素,如呼吸、闭气、体位等对 动脉血压影响的研究,在临床医学、基础医学、康复医 学、生物医学等领域具有广阔的应用前景和非常可观 的发展潜力。
AI 自动识别基础信息:采用人工智能实感深度摄 像头,自动跟踪人脸并识别受试者的年龄、性别、身 高,配合自动体重测量单元和学生信息数据库,可自 动采集到完整的基础信息,用于实验数据分析和虚拟 人的构建,使实验数据的采集和分析变得更加科学严 谨,也便于后续实验数据的溯源和管理工作。
个性化虚拟人的构建:在学生进行实体的人体生 理实验时,人体的基本信息,包括身高、体重、性别、年 龄、血压、心率及呼吸等生理指标将自动进入虚拟实 验系统(虚实联动实验和虚拟标准病人),构建以实体学生为基础的个性化虚拟人。个性化的虚拟人不仅能 够模拟人体准确的生理变化,而且能够激发学生的实验兴趣。
实时动态数学模拟技术:虚实联动实验中的“虚 拟人”和虚拟标准病人中的“虚拟病人”都是由当前市 场上最完善的数学模型构建而成,可对虚拟人体的循 环血量、血压、心肌收缩力、胸膜腔负压、呼吸道阻力 150 余种参数进行调节,从而引起病人各项机能的变 化,达到模拟生理机制变化过程、模拟疾病的发生发展及转归的目的。实时 3D 动画模拟技术:3D 动画是借助数学模型 推演的各项指标来操控的,如血液循环中,心脏跳动的幅度和频率、动静脉血管的颜色和大小、肺脏的呼 吸深度和节律、各脏器内血管的粗细和颜色等都是借 助模型操控的。实时动画模拟技术使得人体内部抽象 难懂的生理机制得以生动形象地呈现出来,犹如受试 者的身体内部机制在实时呈现一般。
138383美人鱼论坛凤凰网-美人鱼论坛美人鱼手机开奖-686885美人鱼论坛-138383美人鱼论坛独家爆料周-1383838美人鱼一肖一码-123156美人鱼论坛虚实联动实验:受试者与虚拟人通过各项传感器 进行实时联动。传感器所能测的指标种类是有限的, 但通过实际测量的数据,利用虚拟人的数学模型基 础,可以实时推演人体内部各大系统生理指标的变 化,并以动画、波形、数值等形式生动展示出来。用户也可以自由调控各项参数,模拟生理、病理生理、药理。
学相关机制变化。虚实联动实验具有极强的参与体验感,可以充分激发学生实验探索的兴趣。
虚拟标准病人:虚拟标准病人是一种将 PBL 教学 方法与临床案例相结合的新实验教学模式,通过数学 模型中相关参数设定生成标准化病人,展示人体在不 同疾病状态下组织器官的病理生理变化。学生可对虚 拟病人进行诊断与治疗,观察疾病状态下人体皮肤、表 情和动作变化,掌握病人的问诊、检查及治疗的手段与 方法,这能帮助学生理解疾病发生、发展与转归,训练 学生对疾病的诊断和治疗,使其更好地适应临床。
138383美人鱼论坛凤凰网-美人鱼论坛美人鱼手机开奖-686885美人鱼论坛-138383美人鱼论坛独家爆料周-1383838美人鱼一肖一码-123156美人鱼论坛四、虚拟仿真的医学实验平台建设
医学院校应立足最高点,适应时代发展的需求, 基于合作企业的虚拟仿真教学软件开发制作经验,将 教学软件再次升级,使教学软件不仅顺应当前虚拟仿 真实验的潮流,而且符合未来医学发展的规律。在新 一代虚拟仿真教学软件中,摒弃了传统“一步走”的实 验训练方式,坚持高度自由化、情景化、个性化的实验 模拟方案,力争做到虚拟实验仿真的最高要求。比如, 家兔血压调节实验中,学生要通过各种心血管药物处 理和干预,观察动物血压波形变化。药理学实验关注 使用不同药物情况下实验动物的反应,并记录和观 察,因此最大化地还原了实验动物因药物剂量不同而 发生的随机性变化特点,使实验内容具有了明显的系 统性和完整性特点,能充分培养学生的独立思考能 力、探索能力及问题解决能力。同时,企业也在多种虚 拟教学软件兼容性、多样化虚拟仿真展示形式上做出 了极大努力,使支持各种 B/S、C/S 平台的虚拟教学软 件集成于该教学平台,表现形式上有图片、文字、视 频、2D 交互动画、3D 交互动画等,实现了在不同网络 终端访问平台、学习和考试等的目的,让学生的学习 不受时间、地域的限制,真正意义上让学生在娱乐中 学到了有用的知识。据上,建设虚拟仿真医学实验平 台主要囊括以下内容。
138383美人鱼论坛凤凰网-美人鱼论坛美人鱼手机开奖-686885美人鱼论坛-138383美人鱼论坛独家爆料周-1383838美人鱼一肖一码-123156美人鱼论坛适合多终端使用:全新虚拟实验项目,采用 Html5 及 JavaScript 技术进行软件组装编辑,可在个人 PC 端 进行使用,同时兼容手机、平板等移动端,实现了虚拟 实验项目跨平台跨终端的全方位学习和使用。虚拟课件可作为实验操作前的模拟训练,也可作为平时成绩 测验用的软件,操作简单易行。手机平板即可轻松访 问,方便教学课程的组织和学习考试的安排,也解决了未来因停止 Flash 更新和支持而无法使用老版 Flash 虚拟实验项目的问题。
138383美人鱼论坛凤凰网-美人鱼论坛美人鱼手机开奖-686885美人鱼论坛-138383美人鱼论坛独家爆料周-1383838美人鱼一肖一码-123156美人鱼论坛全新升级的动画模式:采用动画和语音重点展示 实验手术操作过程中的细节和难点,实现了实验过程 的连贯性和知识的全面性,且学生能够身临其境地参 与整个实验过程,深入理解实验课程内容。同时,增加了手机端符合横屏拖动操作,使实验更具有趣味性。
高清实验视频:部分机能学实验操作视频采用合 作企业最新相关实验器材,录制 1080 P 高清规范操 作的动物实验手术视频,解决了因视频中器材与真实 实验室器械不符的问题,同时采用标准普通话配音, 详细介绍了实验操作技巧,在帮助学生掌握实验操作 技能的同时,增加了其对实验器材的认知。
精确的学习进度:准确记录学生的学习进度,即 按照课件每个知识点的答题情况及实验步骤对学生 学习进度进行详细记录,学习进度精度可达到 1%,抛 弃了传统课件打开计时的这种简单进度记录模式,可 对学生学习起到监督作用。课件符合国际共享参考模 型 SCORM 1.2 的标准格式,可通过统一格式进行跨平 台、可重复使用,可精确记录并返回课件上一次访问的 位置,避免因断电或断网出现进度和分数丢失等问 题,具有从所有支持 SCORM 平台获取学习成绩和过 程记录等功能,能准确追踪学生的学习记录情况。
中英双版:支持中英文双语,满足学生外语扩展 或双语教学要求,包括全新中英双语版机能学虚拟实 验课件,中文/英语一键式随时切换功能(语音内容也 能同步切换),各课程内容主要包含实验简介、模拟操 作、波形演示、高清视频与实验成绩报告。
数字波形模拟:部分实验项目波形数据来自合作 企业仪器采集到的真实数据,通过算法和代码实现反 演,可实行波形扫描速度、增益、时间轴及演示倍速的 自行调节,同时虚拟动画可演示仪器设备连接,动物 标本反应动画可随波形同步,方便了学生对实验数据 的产生和波形变化的理解和分析。
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总之,机能实验学是基础医学重要组成部分[8]。医学院校通过建设智慧化机能学实验室,建立实践、创 新、虚拟、开放的实验体系,能够形成动物机能实验、 人体生理实验、虚拟医学实验、智慧化实验教学“四位 一体”的实验教学体系。动物机能实验主要成系统地 完成传统的动物机能实验,人体生理实验主要成系统 地完成无创的人体生理实验,虚拟医学实验可以扩展 到不同的医学领域,智慧化实验教学方法则是“灵 魂”,它将多种实验手段(动物实验、人体实验、虚拟实 验等)、多种先进技术及多种教学资源有机地融合在 一起,可对培养学生的实践动手能力、创新思维发挥 重要作用。医学院校可通过校企合作模式,健全智慧 化机能学实验室建设,还可从其他院校实践中积累经 验,互相借鉴,不断促进双方发展[9]。而随着时代发展, 虚实结合项目必然需要深化和升级,项目内容也需要 围绕教学目标和培养需求进一步调整,故校企合作要 保持活力,才能为创新型医学人才培养助力[10]。
*《基于校企合作的智慧化机能学实验室建设》作者:陈博,蒋杨,刘霞,万洁,张延娇,丘晓花 *(广东医科大学基础医学院生理科学实验室,广东 东莞,523808)
*转载自实验室学苑