基于人工智能前沿技術的開放臨床醫學教學實驗室管理模式探索

摘"要：隨著醫學教育的改革，臨床實踐技能培養已經成為醫學教育改革的重要內容，實踐技能培養是臨床醫學生培養動手能力的重要手段，是打好基礎走向臨床的第一步。因此，開放臨床教學實驗室給學生提供自主實踐訓練的平臺，是加強實踐技能培養的重要舉措。在開放臨床教學實驗室的探索過程中，實驗室管理方面的問題不容小覷。本文旨在探索通過人工智能前沿技術，力求化解開放實驗室面臨的管理問題，進而構建智能化、數字化的開放實驗室平臺，助力醫學教育質量的提升。

關鍵詞：開放；臨床實驗室；人工智能；前沿技術

2012年，教育部、衛生部聯手啟動了臨床醫學教育綜合改革，強調了加強臨床實踐教學能力建設、提高人才培養水平的重要性［1］。臨床實踐是醫學生早期接觸臨床、培養臨床思維的重要方式，臨床教學實驗室為學生提供各種臨床儀器、模擬手術室、產房、新生兒室等，幫助學生在真實的臨床環境中深入理解臨床理論知識，鍛煉學生臨床操作能力。隨著醫學教育改革的進行，高校在臨床教學實驗室的投入也在增加。然而，目前臨床教學實驗室的管理方式相對陳舊，已經逐漸落后于教育改革的步伐。為了提高臨床學生的培養質量，可以通過開放臨床教學實驗室，增加學生實踐操作時間，讓學生獨立探索，這對于臨床學生綜合能力的提高有著顯著影響，但開放臨床教學實驗室會面臨實驗室安全、實驗室儀器損耗等諸多管理問題。

隨著人工智能技術在近些年不斷取得突破性進展，其正在對我們學習、工作和生活產生深遠的影響。在這種背景下，靈活運用人工智能前沿技術顯得尤為重要，不但可以幫助解決開放實驗室面臨的多種管理問題，還可以為實驗室向智能化方向推進提供堅實的技術后盾。

1"臨床教學實驗室的重要性

臨床教學實驗室是教師實踐教學的場所，是臨床教學的重要組成部分。臨床實踐教學可以幫助學生學習理論知識并充分運用于實踐中，讓學生初步形成臨床思維。臨床教學實驗室主要包括內科實驗室和外科實驗室，承擔學生內、外、婦、兒科，耳鼻喉，麻醉，醫學心理，中醫針灸等實踐教學任務，幫助學生夯實理論基礎，提升實踐操作技能。

臨床醫學生是未來臨床醫生的主要來源，培養優秀的臨床學生可以為國家儲備優秀的臨床人才，可以促進社會的穩定，提升公民的健康水平，這進一步強調了臨床教學的重要性。

因此，構建完善的、智能化的臨床教學實驗室管理體系對人才培養起著重要作用，可以為學生提供良好的實踐平臺，幫助學生提高專業能力。

2"臨床教學實驗室的現狀和問題

在沒有實踐教學排課的時間段，實驗室處于關閉狀態，既造成了資源的浪費，也不利于學生提升實踐技能。

一方面，學生對開放臨床實驗室的需求是明確而廣泛的。目前臨床教學實驗室主要用于教學任務，根據課表安排的課

程對教師和學生開放，在實驗課結束時關閉，學生只能在實驗課期間進行實踐訓練，實踐時間并不充足。臨床實驗室涉及大量臨床課程，內容非常豐富，且不同學科所需要的實驗器材物品不同，這些因素都客觀上提升了學生學習掌握知識的難度。由于不同學生學習動手能力存在差異，部分學生不能在實驗課中完全掌握實踐內容，他們希望有機會精進自己的動手能力，也有部分學生對實踐內容非常感興趣，希望能夠有機會進一步鞏固和提升自己的實踐水平。此外，臨床教學實驗室一般僅面向臨床醫學生，其他專業的學生可能也有相關需求，但無法滿足他們的學習需求。

另一方面，開放臨床教學實驗室面臨諸多困境。第一，由于空間限制，實驗室無法一次性容納全體學生進行實踐操作。不同教學時間段內，同一實驗室會安排不同的實踐內容，導致實踐內容無法固定在同一個實驗室，實踐操作儀器等物品需要經常搬運，因此，開放實驗室無法同時開放所有的實驗項目。第二，在實驗室未開放前，大型儀器未對外開放，預約流程煩瑣。第三，開放實驗室意味著學生自主決定進入實驗室的時間，實驗室門禁如何面向學生開放是亟須解決的問題。第四，學生在開放實驗室自主練習可能會出現操作錯誤不能得到糾正的情況。第五，開放實驗室后，實驗室內的耗材使用量會增加，需要提前統計購買。第六，實驗室安全是實驗室管理重中之重，開放實驗室后提升實驗室安全管理水平是工作重點。第七，目前實驗室管理人員人數匱乏，專注于忙碌實驗準備，以年輕或資歷較淺的實驗室管理人員為主，尚未完成實驗人員梯度建設。

3"人工智能及其在醫學教育領域的應用

人工智能是計算機科學的一個分支，其目標是讓計算機可以模擬人類的智能，如理解語言、識別圖像、做出決策、解決問題等。隨著人工智能技術的不斷發展，我們已經掌握了多種不同的人工智能技術，以下介紹幾種具有代表性的前沿技術。（1）語言大模型：其是當下最先進的自然語言處理模型，具有模型參數量龐大的特點，與之對應的是它的知識儲備能力、分析解決問題的能力也非常強大，既可以像人類一樣進行流暢自然的對話，也可以解答復雜的數學問題，甚至編寫出可以直接運行的程序［2］。（2）計算機視覺：其可以讓計算機能夠從圖像、視頻等媒介中提取人類容易理解的有意義的信息，這些信息可以幫助人類或機器進行決策［3］，如人臉識別、自動駕駛等技術都是基于計算機視覺技術發展起來的。（3）語音識別：其是一種能讓計算機將語音轉換為文本的技術，從而實現基于聲音的人機交互［4］。（4）多模態技術：其是一種綜合使用多種不同類別的信息源（如文本、圖像、語音等，各為一種模態）的技術，它克服了大部分人工智能模型只能處理一種信息源的缺陷，讓人工智能模型的能力更加全面、綜合、準確［5］。

人類已經進入人工智能時代，人工智能影響著我們學習、工作和生活的方方面面。將人工智能前沿技術融入實驗室管理，不僅可以使實驗室管理更加科學化、技術化、數字化，還可以促進實驗室平臺建設、管理機制調整，進而對高校人才培養產生積極作用。

4"基于人工智能前沿技術構建開放式臨床教學實驗室

4.1"建立實驗室智能預約系統，開放實驗室

為了進一步提高學生的實踐操作能力、提升學生的創新意識，擬構建開放式臨床教學實驗室。在保證正常教學不受影響的前提下，如何靈活地規劃開放時間是一個需要解決的問題。傳統預約手段依靠人工紙質登記預約，需要學生在指定時間到指定預約地點進行預約，效率低且耗時，人工溝通登記易出錯，不便捷［6］。

我們可以基于計算機網絡技術，開發一個實驗室預約小程序，將每學期的課表導入小程序中，程序自動識別實驗室預約時間。在非排課時間段，設置可進行預約的時間段及該時間段內可預約的實踐操作項目以及可預約最多人數，超過最多預約人數不可預約。由于臨床教學實驗室僅面向臨床醫學生開放，對其他專業的學生不開放，我們可以考慮在不影響臨床專業學生實踐技能訓練的前提下，在每個學期固定一個時間面向對臨床實踐技能感興趣的非臨床專業學生開放，這樣有利于臨床知識的普及，也給不同專業學生提供互相溝通、學習交流的機會，為跨專業合作提供平臺。

為了進一步提升小程序的操作便捷性，可以結合人工智能前沿技術，利用語言大模型、計算機視覺和自然語言處理等技術構建類似于ChatGPT的智能聊天機器人（以下簡稱“機器人”），讓小程序更智能、更易用。大部分學生對實驗室信息的掌握并不全面，如各實驗室的具體用途、開放時間、配套實驗設施、預約流程和預約限制等。獲取信息的傳統手段是閱讀冗長的手冊，往往需要較多時間才能找到相關內容，嚴重影響信息獲取效率和學生使用的積極性。借助機器人，學生可以用文字或者語音向機器人進行提問，快速得到準確、精煉的信息。

在日常實踐教學課中，由于實驗場地的限制，實驗室在不同時間段需要更換不同的實驗儀器，以滿足實驗需求，這是構建開放實驗室的又一個難題。為了讓實驗室價值最大化，可以采用線上問卷形式對學生進行調查，充分了解學生的需求和興趣點，并綜合考量以決定設立哪些實驗項目。根據這些選定的實驗項目，為學生準備對應的實驗儀器和耗材，同時在預約系統中提供對應的實驗室，供學生預約使用。

4.2"建立大型儀器管理系統

臨床教學實驗室中除了配備普通實驗器材，通常還會有價格不菲的大型儀器，如綜合模擬人、嬰兒模擬人、B超機等，這些大型儀器一般放置在專門的房間，由專人負責維護。儀器的使用和維護采用傳統的紙質記錄手段，限制了信息的隨時訪問和效率。基于這些考慮，我們可以在實驗室預約小程序中加入大型儀器預約模塊。由于大型儀器一般使用步驟復雜，需要預先對使用者進行培訓，我們可以在小程序上通知安排培訓，預約者在培訓通過之后方可預約大型儀器。

但是，僅通過一兩次培訓，學生難以完全熟悉和掌握大型儀器的使用操作規范和注意事項。借助人工智能技術，我們可以讓智能聊天機器人預先學習到這些規范和注意事項，成為機器人的先驗知識，當學生與機器人對話中問及相關信息，機器人就可以把這些信息及時、準確地告知學生。此外，在學生進行實驗過程中，不方便反復拿起手機輸入文字，這樣會打斷實驗進程甚至造成危險，因此，將智能聊天機器人與語音識別技術相結合，學生只需要以與正常人類交流的方式問話，語音識別功能會把學生的語音信號轉換為文本，傳輸給智能語音機器人，機器人給出答復；也可以通過語音合成技術，將文本轉換回語音，從而實現基于語音交互的智能聊天。

4.3"建立實驗室智能門禁系統

不少實驗室仍然采用由實驗室管理人員使用機械鑰匙管理實驗室門禁的方式。這種方式較為原始，有很多弊端，如果鑰匙丟失或者鑰匙損壞可能導致學生無法進行實踐訓練，已經不適合現代化實驗室的管理訴求，影響開放實驗室的構建。

目前，人工智能技術已經廣泛運用到該領域，可以在實驗室安裝人臉識別的智能鎖［7］。人臉識別基于計算機視覺技術，通過從圖像或視頻中提取人臉的特征，并與已經錄入的人臉特征進行對比，若人臉特征相似度足夠高，則人臉識別校驗通過。將實驗室管理人員、教師及學生的面容記錄在門禁系統中，實驗室管理人員和教師可以全時間段開啟實驗室門禁。學生在預約系統中預約開放實驗室的預約記錄會實時同步到門禁系統，只有在本人的預約時間段才可以進行人臉識別。在非預約時間，學生即使進行人臉識別也無法開啟實驗室門禁，杜絕學生隨意開啟實驗室導致實驗室儀器被濫用、耗材被損耗、實驗儀器被損壞等現象。在正常教學時段，上課學生不需要進行人臉識別，由實驗室管理人員管理門禁。

4.4"設置學生感興趣的自主實踐練習課程，借助人工智能前沿技術，構建智能自主學習系統

在學習領域，實踐技能的掌握并不僅僅依賴于在實驗室中的實操，學生要在平時學習生活中不斷積累沉淀和探索求知，對實驗原理進行深入理解，還需要對實驗步驟進行反復揣摩，以及對數據處理方法的細致研究。鑒于此，構建智能自主學習系統非常有必要。該系統應當基于語言大模型進行構建，它的知識主要來源于三個方面：（1）我們可以將實踐操作方法、注意事項以及更多類別的知識預先輸入該系統，提供準確、專業的信息；（2）語言大模型在訓練生成過程中，已經學習到了涉及面廣且準確度較高的先驗知識；（3）系統還可以從網絡上實時抓取信息，并能夠將已經學到的知識自動進行匹配度、準確度等方面的判斷，從而給出實時性更高的信息，包括推薦與問題相關的網頁、視頻等材料，供學生自行閱讀學習。人工智能前沿技術在自主學習方面的應用，為實踐技能的全面提升開辟了新的途徑，可以有效幫助學生在實踐技能學習之路上穩步前進。

4.5"建立實驗室安全管理體系

給學生開放實驗室，意味著在沒有教師指導的情況下學生要獨立進行臨床實踐技能訓練，因此，實驗室安全問題是重中之重。

為了提升學生對實驗室安全系統的認知，有必要建立一系列切實可行的安全管理規范，并嚴格執行。規范的主體思想體現在如下幾點：（1）在學生申請進入開放實驗室之前，需要線下參加實驗室安全講座或觀看學習過往講座的視頻存檔，主講教師會在講座中介紹安全管理規定、安全操作規范等內容。（2）講座結束后，學生需要參與實驗室安全考核，考核通過才可以申請進入開放實驗室。（3）如果發現學生在實驗室中存在違反安全操作規范的行為，根據情節嚴重程度，可能會取消實驗室預約權限。（4）在進入實驗室前，需要簽訂實驗室安全承諾書。

此外，在醫院、酒店、服務大廳被廣泛應用的智能機器人也可被引進實驗室，智能機器人配備多種傳感器，基于計算機視覺和同時定位與地圖構建技術可以自動巡邏，并監測重點區域，當感應到可能的危險（如火災），立刻啟動報警系統并采取應急處理。這不僅增加了實驗室的安全防護能力，也為實驗室管理人員提供了額外助力。

4.6"利用語言大模型智能化庫存管理

開放實驗室后，學生在自主實驗過程中必然會造成試劑、耗材等的損耗，實驗室管理人員需要及時采購，若沒有及時采購，嚴重時可能會影響正常的實驗教學。為了防止該現象的發生，我們利用語言大模型建立耗材需求預測模型，將開放實驗室一段時間內儀器耗材的使用周期、訂購數量、使用進度導入智能系統中，根據這些數據進行統計分析，可以估算試劑耗材的用量，由實驗室管理人員提前預訂。耗材管理系統在檢測到耗材數量過低時，會推送提醒實驗室管理人員及時采購。

4.7"促進實驗室管理人員能力建設

開放實驗室后，實驗室管理人員既要服務日常教學，又要應對開放實驗室的管理要求，人力可能有所不足，因此可以適當擴充實驗人員隊伍。臨床教學實驗室除了可以招聘臨床醫學專業實驗室管理人員外，還可以招聘計算機專業的實驗室管理人員，以助于智能化實驗室的構建，提升實驗室管理數字化水平。另外，可以為實驗室管理人員提供進修機會，通過交流學習提升實驗室人員能力，鼓勵實驗室管理人員不斷學習，以適應實驗室發展的需求。

實驗室在開放初期會面臨各種問題和挑戰，如何盡快解決問題，使開放實驗室步入正軌，聽取反饋意見非常重要。因此，我們在開放實驗室預約系統里可以設置反饋中心，讓開放實驗室的多方參與者都可以表達自己的意見和建議，實驗室管理人員查看、討論，并不斷改進管理措施，以提升開放實驗室的管理水平，為學生提供良好的實驗環境和氛圍，努力構建一個一流的開放實驗室平臺。

結語

本文介紹了臨床教學實驗室的現狀及所面對的問題，通過開放臨床教學實驗室，不僅可以改變實驗室資源浪費的現狀，還可以提高學生的實踐操作能力。同時，本文探討了如何借助人工智能前沿技術應對可能出現的實驗室管理難題。開放臨床教學實驗室是提高學生臨床操作技能的重要舉措，是促進跨學科交流和學科融合的重要方式，將人工智能前沿技術應用到實驗室的管理中，助力打造智能化、數字化的實驗室，有望提升醫學教育實踐教學成效，也為后續相關研究和實踐提供思路。

參考文獻：

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［6］畢海霞，張艷蕊，王偉，等.自主創新開放實驗室預約管理系統的設計和實踐［J］.實驗室研究與探索，2015，34（03）：162163+167.

［7］嚴士超，果莉，李明，等.基于泛在網技術的實驗室智能門禁考勤管理系統的研究［J］.實驗技術與管理，2014，31（05）：162163+170.

作者簡介：孫宏（1992—"），女，漢族，黑龍江黑河人，碩士研究生，實驗技術人員，研究方向：實驗室管理、檢驗醫學、生物化學與分子生物學。