護理專業智慧實驗室建設與實踐

鐘麗強， 楊 芷， 蘇淑賢

（1.廣州醫科大學護理學院；2.廣州衛生職業技術學院教務部，廣州510182）

0 引 言

近年來，智慧實驗室的相關研究逐漸興起。借助物聯網、云計算、大數據、智能化控制和移動互聯等信息技術，將實驗室的管理和教學過程有機融合，建設物聯化、智能化、交互化的智慧實驗室，提升教書育人水平已成為共識。智慧實驗室作為“理實一體化”深度融合的新平臺，是適應科技革命的新載體，是未來實驗室形態的新探索，它使教育、人才、科技、產業和信息等要素更加充分和廣泛聚集、融合、互生、共享，實現智慧學習、智慧管理的賦能，是高校全面提高人才培養能力的必然選擇。2018 年教育部發布《關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》，明確指出要“打造適應學生自主學習、自主管理、自主服務需求的智慧課堂、智慧實驗室、智慧校園。大力推動互聯網、大數據、人工智能、虛擬現實等現代技術在教學和管理中的應用”［1］。

護理專業智慧實驗室作為高校師生、文化、管理、技術等創新要素融合發展的平臺載體，是促進創新人才培養和教學流程再造、機制融合的重要組成部分，能有效破除傳統護理實驗室結構和功能的限制，實現“實驗資源獲取信息化、實驗教學方法多樣化、實驗場地管理自動化、實驗開放管理高效化”的戰略目標。建設智慧實驗室，必將有力推動護理實驗教學理念和教學模式的改革創新，為高校數字化、智能化的未來教育形態提供有效支撐。

1 高校護理專業智慧實驗室建設現狀

目前，新一代信息技術已廣泛應用于智慧實驗室的建設，不斷推動教學模式的變革和創新。高校護理智慧實驗室的建設處于起步探索階段，通過中國知網和維普關鍵詞搜索，尚未發現該方面的研究文獻。但是，許多高校重視護理實驗室的信息化平臺建設，在設備管理、實驗課程教學與管理、開放實驗室、實驗教學資源管理等實踐教學環節基本實現了信息化管理，并取得一定成效［2-5］。

雖然高校護理實驗室在信息化建設上取得了一定成效，但對照現代信息技術發展趨勢和教育部要求，仍然存在一些亟須解決的問題：①缺乏智慧實驗室的頂層設計，沒有建設規劃的系統性思考；②信息系統之間缺乏邏輯關聯，實驗室的不同系統、平臺和終端各司其職，獲取數據不暢，融合度不高；③數據缺乏統一性標準，難以相互印證“解碼”，且不同系統的使用流程和操作界面未能充分融合和優化，便捷性不夠；④缺少長效穩定的數據來源和維護保障，依托智慧實驗室及其所產生的教育大數據的相關教學研究不夠深入，教學理念、模式與方法的更新還跟不上信息技術快速發展的步伐，智慧性不夠。

我校的智慧實驗室建設，正是基于上述目標的探索，在實踐中針對設計思路、建設框架、實施路徑和應用展望進行綜合思考，尋求解決問題的有效途徑，從而促進了實驗室工作的可持續發展和系統性升級，有效驅動了實驗室建設走向科學規劃和智慧決策的道路。

2 建設護理智慧實驗室的架構設計

高校護理實驗室建設受到多重因素制約，如資金投入、場地空間、學科水平、產品技術迭代等，智慧實驗室的構建必須充分考慮這些因素，結合學校的實際情況進行建設。我校護理智慧實驗室自2015 年開始籌劃，根據護理專業特點，秉承模塊化設計理念，以“平臺＋應用”概念，致力于建設“智能化應用、開放性平臺、可擴展架構”的智慧實驗室架構模型（如圖1 所示），該構架從基礎設施、網絡環境、硬件、軟件4 個要素出發，搭建一個由“感知層、網絡層、應用層”組成的系統體系結構，按照“自上而下的頂層設計＋自下而上的模塊建設”的建設路徑，本著“邊建、邊用、邊完善”的方式，從系統平臺、公共數據庫、要素模塊等功能層次開展建設，逐步實現實驗室“智慧的教、智慧的學、智慧的管”建設目標，有效促進了實驗室在學校協同育人體系中高質量發展。

圖1 護理智慧實驗室的架構

（1）感知層建設。主要是應用物聯網技術，依靠RFID和傳感器等設備采集實驗室的環境參數。通過IC卡、二維條碼、射頻標簽、攝像機等各類傳感器等自動標識，實時獲取各種監測信息，實現對實驗室環境的全面感知、設備的識別及信息的采集等［6-7］。利用RFID設備進行門禁管理、刷卡考勤、設備盤點與統計等，利用攝像頭和智能錄播設備實現實驗教學全過程視頻采集及實驗室安全監控等功能。通過物聯網技術和智能感應技術的應用，實現實驗者和實驗環境物物相連，人物相連，提升實驗室的智慧化程度。

（2）網絡層建設。網絡層是智慧實驗室的中樞系統，主要由有線和無線網絡基礎組成，建有4G、5G 網絡、無線傳感網絡、WiFi等不同的連接方式，實現人與人、設備與設備、人與設備之間的信息和數據的全面交互聯通。可靠、穩定的泛在基礎網絡環境和持續的服務會話及感知數據的接入和傳輸，能有效提高實驗室的管理效率［8-9］。

（3）應用層建設。應用層是一個系統集成中心，是實現設備管理、資源獲取、實驗管理等功能的“智慧大集成”［10］，主要由門戶網站、實驗公共數據庫、實驗教學與管理門戶等組成，以“業務支撐平臺”為基礎，靈活搭配豐富多樣的拓展應用模塊，最大限度滿足學院、實驗中心、教師和學生使用和管理的需求，能充分體現智慧實驗室“信息獲取自動化、實驗場地管理自動化、實驗開放管理高效化、實驗教學方法多樣化”的集成優勢。

3 護理專業智慧實驗室的實施路徑

3.1 構建實驗室綜合管理系統

綜合管理系統是實驗室規范化、信息化管理的核心部分，主要包括實驗教學管理、日常管理、實驗室預約開放管理、安全管理等模塊（見圖2）。教學管理系統涵蓋實驗室課表、課程進度表、實驗考核成績查詢等內容，可方便查詢實驗場地安排、實驗排課、學生網上查詢考核成績。日常管理系統包括實驗室管理及儀器設備管理，實驗室管理主要涵蓋實驗室基礎信息、規章制度和管理辦法等內容；儀器設備管理主要是實驗室配備的儀器、數量、型號等基礎信息，方便用戶查詢和共享使用。開放系統能實現預約（開放）實驗、自擬（申請）實驗等功能，為學生的課外練習、大創項目、技能競賽等提供服務，學生通過在線安全教育及考核后可自由選擇，系統自動生成實驗開放記錄，準確統計學生開放課時。安全管理系統包括門禁系統和視頻監控系統，實驗人員憑卡在有效時間內出入實驗室，可有效進行身份識別和出入口安全管理；配合視頻采集設備，監控攝像支持internet遠程圖像瀏覽，實時監控出入口及各實驗室的運行情況。

圖2 實驗室綜合管理系統架構

3.2 構建實驗室自主學習平臺

作為智慧實驗教學的主體建設部分，實驗室自主學習平臺涵蓋兩方面的內容（見圖3）。①實驗指導資源建設。護理學是強調實踐性的專業，建立了基礎護理實驗和專科護理實驗課程的實驗指導教學資源庫，主要包括：護理操作流程、評分標準、操作視頻、研究進展等內容，有網絡版及紙質版兩種方式，方便學生自主學習。②利用學校“e”學中心網絡教學平臺，以“學生為中心”，重構實驗教學內容，對實驗課程教學內容進行總體設計，確定教學策略，強調教學重點，突破教學難點，學生通過移動設備觀看教學視頻、微課，查閱老師推送的學習資源進行自主學習，激發學生學習興趣，提高網上檢索能力，實現學習延伸，解決學習差異化問題，為混合式教學模式的開展提供平臺支持。

圖3 實驗室自主學習平臺建設框架

圖4 虛實融合智慧學習空間的分類

3.3 構建虛實融合的智慧學習空間

構建虛實融合的智慧學習空間是護理專業智慧實驗室建設的發展方向，也符合護理專業的特點，其目的是促進、優化護理實驗教學，把不能變為可能，把小能變為大能［11］。虛實融合的智慧學習空間構建分為3個層次（見圖4）：①仿真環境、模型的建設，包括按照醫院真實環境構建仿真模擬病房及配備“具有生命體征變化，可編輯各種疾病發展過程”的高仿真模擬人，用于護理技能的實景演練，模擬護理服務的現場和情景。②虛擬模擬技術建設，通過虛擬現實等技術來虛擬各種護理技術訓練和護理服務場景，完成虛擬化的護理任務，如進行有創性的護理技能訓練、肢體功能康復訓練等。③虛實融合智慧學習空間構建，利用智慧實驗室的構成要素［12-13］，與仿真環境、仿真模擬人有機結合，打破實驗課堂的邊界，實現學習資源的有效拓展，物理學習空間和虛擬學習空間全面銜接，智慧實驗室和MOOC平臺、虛擬仿真實驗平臺、網絡學習平臺融合打通，從而為教師教學和學生學習提供系統化支持與服務，既可支持現場操作、問題解決，也可支持非正式學習，進行自我設計與開發，以及遠程控制與協作實驗方式，實現自我學習［14-15］。

4 護理智慧實驗室應用與展望

近幾年，我校的智慧實驗室建設穩步邁進，實驗教學、實驗室管理水平、實驗室支撐服務能力得到明顯提高。實驗室綜合管理系統推廣運行后，開放實驗課程由4 門提高至10 門，且由原來只對專業課程開放推廣至對護理人文課程開放實驗室。老師積極應用智慧實驗室平臺進行教學改革，開展教學研究，率先引用以挑戰為本（Challenge Based Learning）的實驗教學方法，發表教學類SCI論文；開展高仿真模擬教學、線上線下混合式實踐教學等教改研究，發表教學論文40 余篇，先后獲得廣東省教學成果獎二等獎2 項、廣州市教學成果獎一等獎1 項、校級教學成果獎特等獎1 項。近3年，學生發表高質量論文15 篇（其中SCI論文1 篇，中文核心論文5 篇）、獲科技創新項目30 項（其中國家級大創項目4 項，省級大創項目8 項）。

黨的十九大明確把智慧社會寫入報告，與科技強國、質量強國、數字中國等并列，成為國家戰略之一［16］。因此，智慧實驗室的建設要面向智慧社會、智慧校園的發展需要，從單純的實驗教學內容的輔助平臺逐步轉向以數字化、信息化為支撐的新型教學方法主體平臺。智慧實驗室的價值將從影響教學模式、教學內容、教學方法的淺層變革，逐漸發展為影響教育理念、立德樹人文化的深層變革，進而促進護理實驗教學的全面改革。

5 結 語

當前，智慧實驗室建設正走向融合創新的深層次發展階段，信息技術促進教育變革和創新的時代正向我們走來。護理專業智慧實驗室作為智慧校園的重要組成部分，學校需要根據實際情況做到“統一規劃、分步建設”，在加強基礎設施建設的同時，更加重視對教師和實驗室管理人員的現代信息技術能力培訓，努力使教師和實驗室管理人員熟悉和掌握現代信息技術，適應智慧實驗室的環境創新、管理方法變革、安全管理保障等發展需求，進而實現教育教學理念的更新、教學模式的改變、實驗技術和方法的探索，真正提高護理實驗教學的素養和質量，把培養具有實踐能力和創新精神的高素質護理人才工作落到實處。