医学智慧信息化实验实训教学平台构建与实践

刘建明，徐莉莉，梁淑娟，王益光

（1. 潍坊医学院 计算机教研室，山东 潍坊 261053；2. 潍坊职业学院，山东 潍坊 261041；3. 潍坊医学院 临床医学院，山东 潍坊 261053；4. 潍坊医学院 实验实训部，山东 潍坊 261053）

实验教学是提高医学生实践技能和培养科学思维的重要途径，受传统实验教学条件和方式的限制，目前医学实验教学存在实验时间不足、学生动手能力不强的问题。医学生职业素养不高、临床思维欠缺、临床实践能力不强的问题一直是制约应用型医学人才培养质量的“瓶颈”。《教育信息化“十三五”规划》（教技〔2016〕2 号）指出：到2020 年，“人人皆学、处处能学、时时可学”[1]的教育平台基本建成。2018年，教育部下发了《关于加强医教协同实施卓越医生教育培养计划2.0 的意见》，提出要促进信息技术与医学教育深度融合，推进“互联网+医学教育”，用新技术共建共享优质医学教育资源。将信息化技术、人工智能技术引入医学实验教学平台建设[2]，构建医学智慧信息化实验教学平台，创造性地进行实践教学活动的组织，开展多元化的教学、考核、评价模式实验教学改革，对于医学实验实训教学起着至关重要的作用。

1 医学实验实训教学存在的问题

在医学教育“早临床、多临床、反复临床”的指导思路下，众多医学院校开展了“床边教学”。经过几年的实践，学生的临床思维能力有了一定的提高，但原有学校体系化教学的优势却被削弱了，最终效果与最初设想有一定差距。主要原因如下：一是师资，临床教师缺乏专业培训[3]，教学经验不足，教学关注程度不够；二是学生，学生自主学习意识不足，缺乏科学评价和监督机制，临床思维能力欠缺和临床实践能力不强；三是实验场地，学生数量多，实验室条件受限，学生训练时间不足；四是考核，实验考核侧重于实验结果，忽略了实验过程。

2 医学智慧实验教学平台设计理念和举措

智慧信息化实验教学平台是在信息技术、人工智能技术的支持下，通过变革教学方式方法，将技术融入课堂教学中，构建个性化、智能化、数字化的实验课堂学习环境[4]。

2.1 设计理念

将多媒体技术、网络技术、智能技术等信息技术有机融于实验教学过程，建成智慧实验学习平台，创造性地进行实践教学活动的组织、设计和开展。帮助学生从理论学习向更高的认知层次转换，提高发现问题、辨析问题以及解决问题的综合能力，实现早临床、多临床、反复临床，从根本上解决学生普遍存在的动手能力弱，适应工作岗位时间长的问题。

2.2 具体措施

潍坊医学院医学实验实训平台是以岗位胜任力培养为导向，将临床思维能力和临床实践能力培养以及基础保障纳入学校工作的重中之重，整合临床医学、麻醉学、护理学等专业的实验室资源，对综合实验实训平台进行规划、设计和建设，并投入2100 万元对实验室进行信息化和智能化建设。

2.2.1 学科、专业集约重组，构建“早临床、多临床、反复临床”基础临床融合的实验实训课程体系

本着资源共享、学科“融合、优化、重组”一体化建设的理念，打破原实验室管理体制，对医学实验教学机构进行了改制重组，成立了直属学校管理的医学实验实训中心，以实验教学实战化为目标，对实验教学项目与内容进行了模块化设计，构建了人体解剖与断层影像、形态学、机能与行为、分子医学与细胞诊断、PACS 医学影像、临床思维训练、临床技能、急救与复苏、临床综合能力考核9 大模块，构建了医学基础与临床整体贯通的“立体化、开放性、多层次”SOM 医学实验实训课程体系[5]。立体化是指在实验内容上，基础融合贯通临床；在教学方式上，“虚实结合”多元化教学； 在学习空间上，线上线下结合，为学生提供临床技能训练时间和空间。开放性是指面向学生全天候开放。多层次是指面向本科生、专科生、留学生、研究生、住院医师以及学校和附属教学医院的师资培训。

以岗位胜任力培养为导向[6]，在整合基础医学与临床技能、麻醉和护理等专业实验室基础上，对实验室、示教室进行信息化、智能化建设，构建基于信息化、智能化的模块化实验实训平台体系，如图1 所示。

平台体系基于贴近临床真实环境的要求，建设了模拟门诊室、模拟ICU、模拟病房、模拟手术室、模拟产房、模拟腔镜室等实验实训环境；基于模块化“共性+个性”“虚拟+真实”与信息化支撑要求，搭建了仿真及模拟训练系统、医院诊疗HIS 系统、录播实训翻转与过程评价系统、3D 情景模拟系统以及OSCE考试系统等综合实验实训平台，基于基础与临床整体贯通，能够实现“早临床、多临床、反复临床”的实验实训要求。

图1 医学信息化、智能化的模块化实验实训平台体系

2.2.2 构建信息化、智能化与医学高度融合的智慧实验实训学习空间

将多媒体技术、网络技术、智能技术等信息技术有机融于实验教学过程，建设资源生成系统、实验高清录播系统、实验评价系统、在线巡课系统、智能综合管理系统、信息发布系统，建成以教学过程、质量控制与评价、远程指导、师生互动、自主学习、实验室开放、智能教学管理、信息发布一体化的智慧实验实训学习空间，智慧实验实训学习空间系统架构见图2。

图2 智慧实验实训学习空间系统架构

3 医学智慧实验教学平台系统架构的主要功能

3.1 多角度、全方位的高清示教

解决了传统实验实训教学中教师示范、学生围观、示范操作无法回看的问题，可将标准示范操作教学通过视频直播的方式向本实验室或其他实验室进行示范教学。示范完成后，可以在显示设备上进行点播回看，并通过视频回看指导学生进行知识点讲解。

3.2 满足个性化需求的智慧学习

一是学生利用开放实验时间自主训练，拍摄视频上传至学习空间，通过自己反复观看视频，实现自我诊断；二是教师和学生交流互动立体化，实现师生、生生之间全时空的持续沟通[7]；三是学习空间通过分析学生的学习状况，智能化地推送个性化的学习资源。

3.3 “师生互动、生生互动”的交互教学

本地交互：当有交互发生时，交互端教室的学生特写被显示于主讲端实验室的触摸屏上，与主讲端教师进行实时讨论，在交互端的教师可以独立对学生操作过程进行回放并讲评，两端的教师也可进行实验教学的沟通。

异地交互：对视频会议的多方可视化交互技术进行优化，应用到实践教学中，实现异地多方音视频交互[8]。通过局域网或广域网，将不同空间的实践教学场所进行整合，实现包括实时互动在内的教学活动。

3.4 整合校内优质实验教学资源

整合校内各类优质实验教学资源，尤其是名医、名师的录像，促进资源的传播与分享，形成资源应用生态。

3.5 智能化的实验教学管理

预约：通过验证预约用户的身份和权限，打开和关闭实验室设备，并可关联实验室录制。

设备管控：通过实验室的触摸屏控制实验室中的设备（设备开关控制、音视频信号切换、Web 远程管控）。

直播转播：可将本实验室画面对选中任一实验室进行转播，无须对方进行操作，简化操作流程。

多模式教学：可通过触控终端实施在不同需求场景下的实验教学，便于教师多媒体教学、学生观摩学习及优质教学视频资源的采集。

敏感实验回避：针对医学实验涉及学生隐私的实验项目，提供用户端屏蔽功能。

3.6 智慧教育大数据分析

利用大数据技术，在教学管理数据的基础上，以智慧教育大数据为核心[9]，实现数据可视化、数据融合和分析，为教学管理和科学决策提供数据支持。

4 医学智慧信息化实验教学平台实践探索

医学智慧信息化实验教学平台实现了实验实训项目贴近临床真实情景要求，实现了教学资源积累、巡课评改、教与学、学与学互动以及过程评价便捷化，实现了实验室开放最大化、教学服务人性化和教学物资材料管理规范化。实验实训考试模式由传统考试方法向贴近岗位职业要求的客观结构化考试转变，评价模式由终结性评价向形成性评价转变，实现了实验实训项目的快速拓展，丰富了实验实训教学内容。

4.1 实现实验室智能信息化管理

一是建立实验室信息模型（LIM），通过大数据统计和分析实验室、教学设备的使用情况和效益，优化实验室的管理流程，提供实验室建设决策依据，促进人、财、物等资源的合理有效分配。

二是加强实验室安全管理，通过信息化手段控制和管理实验过程，使管理人员提前发现隐患，造就良好育人环境，促进实验室安全管理过程的规范化。

4.2 建设优质进化性实验教学资源

构建校级资源分布式汇聚体系，促进资源建设的规范化，保障资源质量，突破时间和空间限制，共享国内外优质资源。一是记录名师、名医临证影像资料[10]，避免学校资源流失；二是实现实验教学资源的动态进化性建设，学生根据自己的个性化需求参与资源建设，保证实验教学资源的实时性。

4.3 依托信息化、智能化环境，推进“教师引导、学生主体”的实验教学方法改革

从教学内容、教学方法、教学手段、课时安排等入手，进行基于形成性评价的课程设计；重新整合教师、学生、实验室管理人员和技术支持人员的协作关系，促进开放实验和创新实验的开展，将实验教学过程的“一对一”师徒传承转换为“一对多、多对一”的大众传承。 形成虚实结合的全新技能训练课程体系，推进教师思想观念的转变，提升教师研究教学、思考教学、改进教学的热情，实现教学模式由传统单一向“线上虚拟、线下真实”转变，教学方法和手段由教师主导的单一教学方式向信息化支撑的探究式、讨论式、情景式、混合式等多样化教学方法转变。

4.4 改变医学生的学习方式，激发学生学习兴趣，提高学生自主学习能力

模拟医院环境，运用3D 虚拟技术、诊疗HIS 系统、仿真模型，集成可视化录播系统、信息化管理系统、虚拟仿真技术，打破了时间和空间对学生学习的限制，改变学生的学习思维和习惯，激发学生学习兴趣，提高学生自主学习能力和临床实践综合能力，实现学生学习方式由被动接受向自主学习、主动探究与合作的学习方式转变。

4.5 实现实验教学的全景式评价

线上通过学习空间记录学生的学习时间、讨论次数、在线测验、模拟训练等学习过程，通过大数据分析给出科学评价；线下通过在线巡课系统，实时观看学生实验过程，结合教师课上评价，给出合理的综合评价，实现线上、线下结合的全景式评价。

4.6 探索学生实验自主考核的新模式

考核的目的是检验和促进学生的实验效果。对部分实验项目，学生通过开放实验室自主实验，录制实验过程，上传至学习空间，教师和学生通过观看视频给予在线的定性、定量评价，实现真正意义上的无人监考的实验自主考核。

5 结语

坚持科学规划、资源共享、提高效益、持续发展的原则，秉承贴近临床、需求驱动、学以致用、虚实结合、信息化支撑的建设理念，打造早临床、多临床、反复临床“平台+模块”一体化综合实验实训平台。该平台承担了11 个专业教学任务，目前开出实验项目534 项，完成OSCE 考试的学生数已超过16 000 人次，培训附属、教学医院临床教师、基层医院麻醉医师以及老年护理师等超过2 400 人次，有力推进了实验实训质量和效果。通过信息技术、智能技术与医学教育融合，有利于优化资源配置，推进医学实验室的智能化管理[11]；有利于推动基础与临床融通[12]，不断提升医学生解决临床实际问题的能力；有利于构建智慧化学习空间，推进医学实验“学生主体、教师引导”的多元化的实验教学模式改革，以培养应用型医学人才为目标，不断提高学生临床思维和临床实践能力。