医工结合、校企合作  打造基础医学实验教学新平台

［摘 要］ 教育部提出新医科示范性本科专业建设，给医学教学带来了新的机遇和挑战。从教学实践出发，从在线实验教学平台建设、信息化实验室建设、实验设备和器材的改良、创新创业教育四个方面介绍了医工结合和校企合作在基础医学实验教学中的应用，针对传统教学模式中遇到的困点、难点，分别在上述四个方面进行了创新性实践，结合校外企业在实验教学中的软件、硬件的研发投入，共同打造适应未来医学教育发展的新平台。

［关键词］ 新医科；医工结合；校企合作

［基金项目］ 2020年度教育部产学合作协同育人项目“功能实验课程中所用器材装置的改进和研发”

［作者简介］ 张亚东（1978—），男，上海人，学士，复旦大学基础医学国家级实验教学示范中心实验师，主要从事医学实验教学与研究；严钰锋（1978—），男，上海人，博士，复旦大学基础医学国家级实验教学示范中心高级讲师（通信作者），主要从事医学实验教学与研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）30-0001-04 ［收稿日期］ 2023-04-11

为在高等教育领域深入贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想，适应时代发展对高等教育的最新要求，2019年4月，教育部提出了新工科、新医科、新农科、新文科“四新”的示范性本科专业建设，促进高校专业结构优化、提升专业建设质量，推动高水平专业人才培养体系的形成［1-2］。在这样的大背景下，要应对以大数据云计算、人工智能、虚拟技术、机器人等技术为特征的新工科建设带来的新科技革命，实现从传统医学向精准治疗、转化医学、智能医学的转变。医工结合将新工科技术与医学技术进行深度学科交叉，建立新的医学教育模式，成为新医科建设的重要发展方向［3］。

基础医学实验教学作为高等医学教育的重要组成部分，是培养学生操作能力、创新能力、综合能力的实践平台。在整个医学生培养体系中，实验教学一直都有着重要且无可替代的地位，如何让实验教学在新科技革命的冲击下仍然发挥其在医学生培养中的作用，是一个非常迫切、亟待解决的课题。本文就如何打造适应新医科发展所需要的实验教学平台，推动“双一流”学科建设，实现高水平人才培养体系建设进行了一系列探索工作。

一、建设在线实验教学平台，线上线下融合教学

传统实验教学强调培养学生的直接动手能力，学生必须通过亲自操作，完成实验所提出的教学要求，这样的教学模式受到空间和时间的限制，必须在实验室进行，学生难以充分地预习和复习。如何打破时间和空间的限制，让学生能够随时随地学习实验内容，一直都是传统实验教学无法解决的问题。随着计算机技术日新月异的发展，虚拟仿真技术（Virtual Reality， VR）已开始广泛应用于生活的各个领域，这一技术的深入应用为我们解决这一问题提供了便利。利用计算机程序生成的具有良好交互性的三维环境，对实验过程进行高度模拟，向操作者提供触觉、视觉、听觉等多方位的感知，从而实现将实验教学拓展到虚拟空间［4-5］。

自2011年始，复旦大学基础医学实验教学中心在前期工作的基础上，启动在线实验教学平台建设工作。通过和上海交通大学医学院、上海中医药大学等兄弟院校的校际合作；和上海梦之路数字科技有限公司、成都泰盟软件有限公司、上海嘉奥信息科技发展有限公司等公司开展校企合作，逐步推进虚拟仿真实验教学平台和项目的建设，并在国内树立和保持着示范引领的形象地位。

首先，作为试点进行在线课程建设的是“功能学科综合实验”课程。“功能学科综合实验”是融合了生理、药理、病理生理等三门学科实验为一体的综合实验课程，课程的主体围绕实验动物进行。实验结果直接来自对活体动物的血压、心率、呼吸频率、血流、肌肉张力、神经传导等指标的观察。因此，这一课程的虚拟仿真实验主要围绕如何创造出形象、逼真的实验动物形体，并且能直观地获得机体各种功能性指标的数据。“功能学科综合实验”在线课程的建设获得了上海市教委重点课程项目的资助，在2014年以优秀的成绩顺利通过了验收，并于2015年获得上海市精品课程称号。在此基础上，从2012年至2019年，功能学虚拟实验在医学本科教学中的应用、功能学科网络虚拟实验课程及成绩评估体系建设、“功能学科综合实验”课程OTO教学新模式构建、“功能学科实验II”在线课程建设项目、“功能学科实验I”在线课程建设项目、基于虚拟实验及在线课程的功能实验课程深度开发与重构等多个相关教学研究课题相继获得复旦大学校级、上海市级和国家级教改项目立项，进一步充实并完善在线课程的建设。到2020年，我们已完成整个“功能学科综合实验”在线课程的建设，并在实际教学中广泛应用。同时，将功能学在线课程建设的经验成果推广到“细胞与遗传学实验”“生物化学实验”“分子生物学实验”“实验动物学”等课程，这些课程也都逐步进行了卓有成效的在线课程资源建设。

其次，利用复旦大学和北京世纪超星信息技术发展有限责任公司共建的在线课程平台，逐步建立了覆盖所有基础医学实验课程的实验教学在线课程体系。随着计算机和网络技术的发展，目前已完成了基于互联网和移动互联网的在线基础医学实验课程平台和在线虚拟仿真实验教学平台的建设。近五年来，不仅供本校医学、药学及其他相关专业本科生开展在线课程、线上线下混合式课程使用，还通过企业推广，供全国一百多家兄弟院校医药专业学生使用。

2020年，基础医学实验教学两个平台为在线实验课程教学提供了强大的技术支撑，完成了大部分基础医学实验课程的在线教学任务。其中，我们开发的虚拟仿真实验项目选用人数超过10万，最高超过15万人。

实践表明，这两个在线实验教学平台的建设不仅是对传统实验教学模式的补充，还拓宽了学生学习知识、发现问题、探索问题的方式和途径。营造多元的学习环境，适应时代发展，为培养高水平人才提供重要保障。

二、数字化背景下实验室建设，信息化和人工智能协同发展

教学实验室是实验教学得以顺利开展的物质基础，如何专业、安全、高效地使用实验室是实验教学顺利开展的保障，其中最重要的一点就是实验室管理。实验室的空间总是相对固定不变的，为应对不断扩招的学生人数，以及不断开设的各种综合性实验，对实验室管理提出了新的要求，即功能多样化和使用高效化。将信息化技术充分利用到实验室的管理中为我们解决了这一问题，并使广大师生受益［6-7］。复旦大学基础医学实验教学中心和上海庚商网络信息技术有限公司合作，近五年来对实验室信息化管理平台进行了全方位建设，包括基于互联网和移动互联网的信息化管理网站；基于多媒体技术的智慧实验室录播系统、高清实验操作示教系统、安全监控系统；基于物联技术的考勤门禁系统、预约取电系统、信息发布系统等。这些系统和平台的运用，大大提高了实验室的使用效率，有效节约了管理成本，并在安全性上得到了更加专业的保障。真正实现了对实验室空间、实验时间、实验人员、实验仪器设备的高效利用和开放共享，提高了管理水平，促进了实验教学质量的提高。

复旦大学基础医学实验教学中心又和北京慧闻科技（集团）有限公司进行合作，在该公司“小笨智能商用服务机器人”的基础上，开发研制出了基础医学实验教学人工智能助教和助管，助教功能可以部分代替教师回答学生基本和简单的重复问题，根据需要展示文字、图像、视频等实验相关教学资源；助管系统还可以帮助实验室管理人员、教师和学生了解实验设备和器材的品种、数量、存储位点、借用归还信息等。随着人工智能技术的飞速发展和广泛应用，我们还将拓展出基于人脸识别和人机对话技术的自动借取归还等功能。

信息化技术和人工智能技术的应用，提升了教学实验室的管理水平，使我们的实验教学更加开放，使学生获得更多的自由学习空间。在基础实验技能教学的基础上，可以开放以提高综合能力为核心的科创性实验。学生可以通过信息化管理网站进行预约，根据自己的学习兴趣选择相应的实验项目、实验内容、上课时间到实验室进行实验，在人工智能机器人和物联系统的帮助下，获取实验所必需的试剂、仪器和器械。为学生创造一个自由、灵活、个性化的学习环境，有效激发学生进行实验、探索和创新的动力，大大提高学生的学习积极性和主动性。

三、深挖实验教学内容，改良实验器材与装备

基础医学实验课程的线下部分仍是线上课程无法完全取代的重要部分，基础医学实验技术操作的学习是保证学生后续进行创新性实验、探索性实验和综合性实验的基础。新医科的建设也对这部分的实验课程提出了新的要求。

在多年的实际使用和教学过程中，我们的教师和学生发现实验所用的设备或器材使用不便。为解决这些问题，教学团队一直注重收集学生和教师的反馈，发现和分析使用不便的原因和有效的改进措施。部分问题可以通过采购更新更先进的商品得以解决，针对无法寻找到成熟产品解决的问题，团队坚持自主创新设计研发，并和成都泰盟软件有限公司、上海继德教学实验器械厂、澳大利亚埃德仪器有限公司等合作，借助他们在计算机、机械制造方面的优势，制作生产了一批对传统实验设备和器材进行改良的产品，投入教学实践并不断修正。目前已完成十余项改良和更新，并都已生产出成熟产品，其中“一种微循环观察装置”“蛙心插管”“一种离体器官恒温灌流装置”“一种用于医学实验的电极”4项已获批国家实用新型专利证书，另外2项已经完成申报等待批准。相关工作在2020年获得教育部产学合作协同育人项目，其中1项专利也已成功转化，逐步投入批量商业化生产并推广到全国应用［8-9］。

这些专利技术的应用，使传统基础医学实验教学获得了新的提升，不仅改良了实验课程，还在不断的实践应用过程中培养了学生学习新技术、发现新问题、解决新问题的能力，让学生在学习过程中参与实验教学改革，培养他们的创新能力。

与此同时，我们也对已有的比较老旧的医学实验检验仪器进行了更新，逐步购买了全自动凝血分析仪、全自动生化分析仪、全自动尿液分析仪、五分类血细胞分析仪、酒精检测分析仪等新型国产医学检测仪器，并以这些新仪器为依托，建立了服务于医学实验教学的检验平台。这一平台的建立，有助于我们对已有的医学机能学实验课程、人体机能学实验课程等内容进行升级和改革，形成更为精准和科学的检测方法。同时，针对医学实验改革课程“基于器官、系统的医学实验教学”不断开发出新的实验课程项目，适应医学教学改革的需求。

医学实验教学平台的发展，离不开实验室器材与装备的更新与升级，我们通过自我研发和采购更新相结合，在不断的实践使用中，促进医学实验教学适应新医科建设的需要。

四、立足新医科建设背景，融入创新创业教育

新医科的建设向着建立精准医学、转化医学和智能医学的方向迈进。新医科建设的过程，也必然伴随着和新工科的不断交叉融合［10-12］。跨学科的融合意味着我们培养的医学生，在传统医学教学的基础上，要不断打破原有的自身边界，学习新的知识。“医+X”的培养模式已成为现在基础医学教育的主要模式，其中“X”不仅指其他的学科专业知识，还包括大学生创新创业技能。

在“医+X”基础医学阶段，创新创业教育工作，尤其是创业教育的开展相对其他专业较为困难，在基础医学实验教学中引入创新创业教育的先例也比较少。为解决这一问题，基础医学实验教学课程将相关设备和器材的创新研发过程，以及新老产品的优劣对比作为切入点，融入实验课堂，并结合创新思维、逆向思维等思维训练，鼓励学生在实验课程中发现并提出对设备器材的改进措施，培养学生的创新能力，并引导学生初步形成一定的创业意识。目前已获得的4项专利中的1项有学生参与，正在申请的2项专利也都有学生的参与，上述教育部产学合作协同育人项目也主要由教师带领学生共同申报所得。这些创新创业教育内容的融合，提高了学生对基础医学实验课程的兴趣，也增强了他们的综合能力。

结语