新醫(yī)科視域下人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)課程的開發(fā)與應(yīng)用

童學(xué)紅，王 偉，梁 雪，韓艷芳，黃 松，李利生

（首都醫(yī)科大學(xué)，北京 100069）

2019年教育部等相關(guān)部門“新醫(yī)科”建設(shè)的提出，引導(dǎo)教育者以信息技術(shù)為代表的新一輪科技革命，推進(jìn)新一輪醫(yī)學(xué)教育綜合改革。眾所周知，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等醫(yī)學(xué)教育的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于基礎(chǔ)階段培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維能力和實(shí)踐能力的高素質(zhì)醫(yī)學(xué)人才具有重要意義。機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)中所涵蓋的生理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，是醫(yī)學(xué)生了解正常機(jī)體生理功能變化與調(diào)節(jié)機(jī)制的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，其中人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)是以學(xué)生為實(shí)驗(yàn)觀察對(duì)象，可直接獲取人體數(shù)據(jù)，使得學(xué)生能夠親身參與，體驗(yàn)人體實(shí)驗(yàn)所帶來的直觀感受，同時(shí)避免了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的消耗，符合動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究的“3R”原則[1-2]。此類實(shí)驗(yàn)與臨床觀察關(guān)系密切，也是傳統(tǒng)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充和拓展。由以往以動(dòng)物實(shí)驗(yàn)為主的教學(xué)模式向人體與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，有助于醫(yī)學(xué)生更好地掌握人體功能變化的特點(diǎn)，為后期臨床學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，如何將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中機(jī)制的探索與臨床醫(yī)學(xué)中的人體檢測(cè)技能培訓(xùn)相結(jié)合，成為高等醫(yī)學(xué)教育教學(xué)過程中亟待解決的問題[3]。因此，優(yōu)化人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容，構(gòu)建以系統(tǒng)為核心的應(yīng)用性人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)課程，既可以培養(yǎng)學(xué)生直接針對(duì)臨床人體生理實(shí)驗(yàn)的技能，又可探究其檢測(cè)機(jī)制及臨床意義。本文通過應(yīng)用Lab Station系統(tǒng)優(yōu)化現(xiàn)有人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容、改進(jìn)人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)附件，從而進(jìn)一步強(qiáng)化人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的科學(xué)性與可行性，同時(shí)探索與臨床相結(jié)合的新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，為提高人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，使本校國內(nèi)領(lǐng)先的系列化人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)再上新臺(tái)階[4-7]。

1 人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及發(fā)展

首都醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心機(jī)能實(shí)驗(yàn)室自2005 年率先引進(jìn)澳大利亞ADInstruments 公司LabTutor 人體實(shí)驗(yàn)教 學(xué)系統(tǒng)，開設(shè)以系統(tǒng)為核心的應(yīng)用性人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)，是國內(nèi)高 校開設(shè)人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)較早的醫(yī)學(xué)院校。現(xiàn)已開設(shè)了心血管系 統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、神經(jīng)肌肉系統(tǒng)及心理生理學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi) 容，取得了良好的教學(xué)效果。但在教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)一些實(shí)驗(yàn)課 程內(nèi)容的安排和設(shè)計(jì)需要進(jìn)一步完善。2019 年本實(shí)驗(yàn)室又將 LabTutor 人體實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)升級(jí)為LabStation 系統(tǒng)。此系統(tǒng)為 實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了一個(gè)開放、交互的平臺(tái)，教師可以利用LabStation 在線創(chuàng)建人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)課程，可以把實(shí)驗(yàn)涉及的背景知識(shí) 及臨床典型病例融入課程內(nèi)容，構(gòu)成基礎(chǔ)與臨床相結(jié)合的一體 化教學(xué)環(huán)境。這為高水平復(fù)合型醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)構(gòu)建了極具應(yīng)用 價(jià)值的實(shí)驗(yàn)教學(xué)支撐平臺(tái)。

2 人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的優(yōu)化

2.1 心血管系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化

傳統(tǒng)的人體心血管系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，側(cè)重于測(cè)量靜息狀態(tài)下及不同體位變換后血壓、心電等各項(xiàng)指標(biāo)變化，然后討論其影響機(jī)制。即使某些院校開展了此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，包含運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下測(cè)量血壓、心電等內(nèi)容，但由于以往記錄設(shè)備、實(shí)驗(yàn)軟件、定量運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集等客觀障礙，以及教師的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路、教學(xué)觀念等主觀因素影響，很難將靜息狀態(tài)與定量運(yùn)動(dòng)的心血管系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一體化的整合設(shè)計(jì)，并付諸高質(zhì)量的教學(xué)實(shí)踐。本室利用最新的Lab Station交互平臺(tái)，配置了實(shí)時(shí)顯示各種負(fù)荷狀態(tài)下心率、熱量消耗等數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)裝置，同時(shí)要求學(xué)生學(xué)習(xí)人民衛(wèi)生出版社出版的《生理學(xué)》（第9版）教材，在熟悉關(guān)于血壓和心電圖理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，將運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的心血管生理功能測(cè)量融入實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生既可在靜止時(shí)，也可在動(dòng)感單車上運(yùn)動(dòng)時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)心率等變化，待心率上升到100以上測(cè)量血壓和心電。通過測(cè)量靜息時(shí)、運(yùn)動(dòng)中和運(yùn)動(dòng)后的血壓、心電變化，對(duì)于學(xué)生深刻理解收縮壓、舒張壓、外周阻力、心臟生物電等重要概念，不同狀態(tài)下神經(jīng)、體液對(duì)血壓的不同影響機(jī)制等，以及基礎(chǔ)理論和臨床變化之間相互關(guān)系大有裨益。同時(shí)基于這一整合性人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可根據(jù)日常生活與臨床實(shí)際，對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行修改和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。這對(duì)于提高學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力，對(duì)知其然并知其所以然的過程探索有明顯促進(jìn)作用[8-9]。

2.2 神經(jīng)肌肉系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化

隨著可穿戴設(shè)備和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的神經(jīng)—肌肉類機(jī)能實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法和模式也必將隨之嬗變。勢(shì)必由經(jīng)典的蛙類神經(jīng)—肌肉實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)向記錄指標(biāo)較為單一的人體神經(jīng)—肌肉實(shí)驗(yàn)，然后再向整合性、豐富性更高的人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)趨勢(shì)演化。例如，原先記錄蛙類坐骨神經(jīng)動(dòng)作電位、傳導(dǎo)速度，以及腓腸肌收縮活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，已經(jīng)可以由Lab Tutor人體實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，通過對(duì)人體前臂內(nèi)尺神經(jīng)進(jìn)行電刺激來演示募集、收縮總和、強(qiáng)直收縮。現(xiàn)在基于最新的Lab Station系統(tǒng)，改變?cè)葐我粶y(cè)量肌肉收縮活動(dòng)，可以把不同狀態(tài)下的肌電信號(hào)、肌肉疲勞信號(hào)等變化指標(biāo)融入實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，創(chuàng)建骨骼肌功能整合性實(shí)驗(yàn)。可以做到刺激尺神經(jīng)的同時(shí)，記錄小拇指肌肉收縮活動(dòng)（單收縮、不完全強(qiáng)直收縮及完全強(qiáng)直收縮），以及動(dòng)作電位的變化，并且可以通過改變不同刺激位置（腕部和肘部）記錄和測(cè)量尺神經(jīng)的傳導(dǎo)速度。

再如，本實(shí)驗(yàn)室也優(yōu)化創(chuàng)建了反射與反應(yīng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)，記錄不同刺激和不同條件下（受試者在完全集中、注意力分散狀態(tài)下對(duì)視覺和聽覺線索快速反應(yīng)）的反射和反應(yīng)時(shí)間。其中反射實(shí)驗(yàn)是誘發(fā)一個(gè)膝跳反應(yīng)，記錄產(chǎn)生反應(yīng)的時(shí)間以及膝跳反射所產(chǎn)生的大腿股四頭肌上的肌電幅度。此實(shí)驗(yàn)由于要在大腿四頭肌上安放記錄電極，所以只能在春夏季方便開設(shè)。為了在秋冬季也能開展此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，本實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了另一套實(shí)驗(yàn)方案，將角度記錄傳感器固定在膝關(guān)節(jié)外側(cè)，記錄引起反應(yīng)的時(shí)間，以及膝跳反應(yīng)時(shí)小腿抬高的角度，這同樣可以達(dá)到測(cè)量反射的時(shí)間和幅度目的，進(jìn)而完成此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。在春夏季開設(shè)此實(shí)驗(yàn)可以兩套方案同時(shí)實(shí)施并進(jìn)行比較，開拓學(xué)生用不同方法探究科學(xué)問題的思維。

2.3 呼吸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化

呼吸運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)的相關(guān)內(nèi)容，是機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系不可或缺的部分。以往學(xué)生主要是對(duì)麻醉后的家兔進(jìn)行觀察，通過施加干預(yù)步驟繼而探究呼吸調(diào)節(jié)的參與因素和機(jī)制。正如本文前面提及的，機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)正在由以往以動(dòng)物實(shí)驗(yàn)為主的教學(xué)模式向著人體與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變。本實(shí)驗(yàn)室利用人體實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，以人體為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，不僅記錄、分析正常狀態(tài)下人體的肺功能變量，還模擬記錄了氣道狹窄患者的呼吸情況。用強(qiáng)力膠帶覆蓋呼吸管道，用鋼筆或削尖的鉛筆在上述膠帶上扎一個(gè)直徑約為5mm的圓孔，重新連接到呼吸流量換能器上。學(xué)生可領(lǐng)會(huì)氣道狹窄時(shí)（例如哮喘）呼吸的感覺，并對(duì)正常數(shù)據(jù)和“模擬哮喘”之間的肺功能變量進(jìn)行比較。也可在保證安全的情況下，用過度充氣的肺模擬一個(gè)患者的呼吸情況，然后記錄肺容量和肺通氣量。在測(cè)定安靜狀態(tài)下的肺功能基礎(chǔ)上，增加了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的肺功能測(cè)量。部分學(xué)生在動(dòng)感單車上進(jìn)行輕量運(yùn)動(dòng)后，再測(cè)量肺容量、肺通氣量及呼吸頻率，比較運(yùn)動(dòng)前及運(yùn)動(dòng)后心率、呼吸流量及呼吸頻率的變化。通過以上呼吸系統(tǒng)部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在人體上實(shí)施，使得人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)真正與臨床密切聯(lián)系的愿景一步步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

3 創(chuàng)建文件化實(shí)驗(yàn)課程，構(gòu)建實(shí)時(shí)反饋的教學(xué)模式

運(yùn)用Lab Station人體實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，教師可以自主編輯、優(yōu)化人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)課程中添加自己編輯好的微視頻及挑戰(zhàn)題。創(chuàng)建文件化的人體實(shí)驗(yàn)課程，可以幫助學(xué)生更好地理解實(shí)驗(yàn)涉及的知識(shí)點(diǎn)，更快地完成實(shí)驗(yàn)操作。教師創(chuàng)建好的課程配有完整的文件支持，包括大量的教學(xué)材料（背景知識(shí)、設(shè)備連接、操作視頻及學(xué)生操作指南等），形成了詳細(xì)的文件化的實(shí)驗(yàn)課程，而不用再編寫配套的實(shí)驗(yàn)講義。學(xué)生可以自主完成實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)并記錄自己在不同生理狀態(tài)下（安靜、運(yùn)動(dòng)、緊張或激動(dòng)）的生理參數(shù)的變化，完成數(shù)據(jù)分析及實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種教學(xué)方式根據(jù)師生互動(dòng)情形，實(shí)時(shí)交互反饋，加深了學(xué)生對(duì)人體整體機(jī)能的理解，培養(yǎng)了學(xué)生綜合分析問題及獨(dú)立思考問題的能力，為醫(yī)學(xué)課程與后續(xù)臨床課程的接軌打下良好基礎(chǔ)[10-12]。

4 人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)附件的完善

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，通過對(duì)一些實(shí)驗(yàn)附件的改進(jìn)，可以服務(wù)于新的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，提高實(shí)驗(yàn)效率，豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。例如，在進(jìn)行骨骼肌收縮活動(dòng)記錄時(shí)，需要將記錄收縮力的手指脈搏傳感器固定在桌面上，但在實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常因?yàn)檎迟N不牢固，位置發(fā)生移動(dòng)而影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄。本室根據(jù)需要，將手指脈搏傳感器固定在一個(gè)和手掌尺寸相適宜的有機(jī)玻璃面板上，節(jié)省了學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的時(shí)間，保障了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄的準(zhǔn)確性。在人體呼吸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，為避免受試者之間交叉感染，定制了一種紙質(zhì)一次性吹嘴，口徑能和呼吸流量偵測(cè)探頭導(dǎo)管緊密連接，保證導(dǎo)聯(lián)系統(tǒng)的密閉性，因而保障了實(shí)驗(yàn)的安全性[13-14]。

“實(shí)驗(yàn)室可以比擬為現(xiàn)代化大學(xué)的心臟”，可見實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性。本室通過對(duì)人體機(jī)能實(shí)驗(yàn)課程的開發(fā)與應(yīng)用，順應(yīng)機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展趨勢(shì)，積極提升機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，努力踐行時(shí)代所賦予實(shí)驗(yàn)教學(xué)的責(zé)任和使命，希望和同道一起為機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量[15]。