护理专业智慧实验室建设与实践

钟丽强， 杨 芷， 苏淑贤

（1.广州医科大学护理学院；2.广州卫生职业技术学院教务部，广州510182）

0 引 言

近年来，智慧实验室的相关研究逐渐兴起。借助物联网、云计算、大数据、智能化控制和移动互联等信息技术，将实验室的管理和教学过程有机融合，建设物联化、智能化、交互化的智慧实验室，提升教书育人水平已成为共识。智慧实验室作为“理实一体化”深度融合的新平台，是适应科技革命的新载体，是未来实验室形态的新探索，它使教育、人才、科技、产业和信息等要素更加充分和广泛聚集、融合、互生、共享，实现智慧学习、智慧管理的赋能，是高校全面提高人才培养能力的必然选择。2018 年教育部发布《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》，明确指出要“打造适应学生自主学习、自主管理、自主服务需求的智慧课堂、智慧实验室、智慧校园。大力推动互联网、大数据、人工智能、虚拟现实等现代技术在教学和管理中的应用”［1］。

护理专业智慧实验室作为高校师生、文化、管理、技术等创新要素融合发展的平台载体，是促进创新人才培养和教学流程再造、机制融合的重要组成部分，能有效破除传统护理实验室结构和功能的限制，实现“实验资源获取信息化、实验教学方法多样化、实验场地管理自动化、实验开放管理高效化”的战略目标。建设智慧实验室，必将有力推动护理实验教学理念和教学模式的改革创新，为高校数字化、智能化的未来教育形态提供有效支撑。

1 高校护理专业智慧实验室建设现状

目前，新一代信息技术已广泛应用于智慧实验室的建设，不断推动教学模式的变革和创新。高校护理智慧实验室的建设处于起步探索阶段，通过中国知网和维普关键词搜索，尚未发现该方面的研究文献。但是，许多高校重视护理实验室的信息化平台建设，在设备管理、实验课程教学与管理、开放实验室、实验教学资源管理等实践教学环节基本实现了信息化管理，并取得一定成效［2-5］。

虽然高校护理实验室在信息化建设上取得了一定成效，但对照现代信息技术发展趋势和教育部要求，仍然存在一些亟须解决的问题：①缺乏智慧实验室的顶层设计，没有建设规划的系统性思考；②信息系统之间缺乏逻辑关联，实验室的不同系统、平台和终端各司其职，获取数据不畅，融合度不高；③数据缺乏统一性标准，难以相互印证“解码”，且不同系统的使用流程和操作界面未能充分融合和优化，便捷性不够；④缺少长效稳定的数据来源和维护保障，依托智慧实验室及其所产生的教育大数据的相关教学研究不够深入，教学理念、模式与方法的更新还跟不上信息技术快速发展的步伐，智慧性不够。

我校的智慧实验室建设，正是基于上述目标的探索，在实践中针对设计思路、建设框架、实施路径和应用展望进行综合思考，寻求解决问题的有效途径，从而促进了实验室工作的可持续发展和系统性升级，有效驱动了实验室建设走向科学规划和智慧决策的道路。

2 建设护理智慧实验室的架构设计

高校护理实验室建设受到多重因素制约，如资金投入、场地空间、学科水平、产品技术迭代等，智慧实验室的构建必须充分考虑这些因素，结合学校的实际情况进行建设。我校护理智慧实验室自2015 年开始筹划，根据护理专业特点，秉承模块化设计理念，以“平台＋应用”概念，致力于建设“智能化应用、开放性平台、可扩展架构”的智慧实验室架构模型（如图1 所示），该构架从基础设施、网络环境、硬件、软件4 个要素出发，搭建一个由“感知层、网络层、应用层”组成的系统体系结构，按照“自上而下的顶层设计＋自下而上的模块建设”的建设路径，本着“边建、边用、边完善”的方式，从系统平台、公共数据库、要素模块等功能层次开展建设，逐步实现实验室“智慧的教、智慧的学、智慧的管”建设目标，有效促进了实验室在学校协同育人体系中高质量发展。

图1 护理智慧实验室的架构

（1）感知层建设。主要是应用物联网技术，依靠RFID和传感器等设备采集实验室的环境参数。通过IC卡、二维条码、射频标签、摄像机等各类传感器等自动标识，实时获取各种监测信息，实现对实验室环境的全面感知、设备的识别及信息的采集等［6-7］。利用RFID设备进行门禁管理、刷卡考勤、设备盘点与统计等，利用摄像头和智能录播设备实现实验教学全过程视频采集及实验室安全监控等功能。通过物联网技术和智能感应技术的应用，实现实验者和实验环境物物相连，人物相连，提升实验室的智慧化程度。

（2）网络层建设。网络层是智慧实验室的中枢系统，主要由有线和无线网络基础组成，建有4G、5G 网络、无线传感网络、WiFi等不同的连接方式，实现人与人、设备与设备、人与设备之间的信息和数据的全面交互联通。可靠、稳定的泛在基础网络环境和持续的服务会话及感知数据的接入和传输，能有效提高实验室的管理效率［8-9］。

（3）应用层建设。应用层是一个系统集成中心，是实现设备管理、资源获取、实验管理等功能的“智慧大集成”［10］，主要由门户网站、实验公共数据库、实验教学与管理门户等组成，以“业务支撑平台”为基础，灵活搭配丰富多样的拓展应用模块，最大限度满足学院、实验中心、教师和学生使用和管理的需求，能充分体现智慧实验室“信息获取自动化、实验场地管理自动化、实验开放管理高效化、实验教学方法多样化”的集成优势。

3 护理专业智慧实验室的实施路径

3.1 构建实验室综合管理系统

综合管理系统是实验室规范化、信息化管理的核心部分，主要包括实验教学管理、日常管理、实验室预约开放管理、安全管理等模块（见图2）。教学管理系统涵盖实验室课表、课程进度表、实验考核成绩查询等内容，可方便查询实验场地安排、实验排课、学生网上查询考核成绩。日常管理系统包括实验室管理及仪器设备管理，实验室管理主要涵盖实验室基础信息、规章制度和管理办法等内容；仪器设备管理主要是实验室配备的仪器、数量、型号等基础信息，方便用户查询和共享使用。开放系统能实现预约（开放）实验、自拟（申请）实验等功能，为学生的课外练习、大创项目、技能竞赛等提供服务，学生通过在线安全教育及考核后可自由选择，系统自动生成实验开放记录，准确统计学生开放课时。安全管理系统包括门禁系统和视频监控系统，实验人员凭卡在有效时间内出入实验室，可有效进行身份识别和出入口安全管理；配合视频采集设备，监控摄像支持internet远程图像浏览，实时监控出入口及各实验室的运行情况。

图2 实验室综合管理系统架构

3.2 构建实验室自主学习平台

作为智慧实验教学的主体建设部分，实验室自主学习平台涵盖两方面的内容（见图3）。①实验指导资源建设。护理学是强调实践性的专业，建立了基础护理实验和专科护理实验课程的实验指导教学资源库，主要包括：护理操作流程、评分标准、操作视频、研究进展等内容，有网络版及纸质版两种方式，方便学生自主学习。②利用学校“e”学中心网络教学平台，以“学生为中心”，重构实验教学内容，对实验课程教学内容进行总体设计，确定教学策略，强调教学重点，突破教学难点，学生通过移动设备观看教学视频、微课，查阅老师推送的学习资源进行自主学习，激发学生学习兴趣，提高网上检索能力，实现学习延伸，解决学习差异化问题，为混合式教学模式的开展提供平台支持。

图3 实验室自主学习平台建设框架

图4 虚实融合智慧学习空间的分类

3.3 构建虚实融合的智慧学习空间

构建虚实融合的智慧学习空间是护理专业智慧实验室建设的发展方向，也符合护理专业的特点，其目的是促进、优化护理实验教学，把不能变为可能，把小能变为大能［11］。虚实融合的智慧学习空间构建分为3个层次（见图4）：①仿真环境、模型的建设，包括按照医院真实环境构建仿真模拟病房及配备“具有生命体征变化，可编辑各种疾病发展过程”的高仿真模拟人，用于护理技能的实景演练，模拟护理服务的现场和情景。②虚拟模拟技术建设，通过虚拟现实等技术来虚拟各种护理技术训练和护理服务场景，完成虚拟化的护理任务，如进行有创性的护理技能训练、肢体功能康复训练等。③虚实融合智慧学习空间构建，利用智慧实验室的构成要素［12-13］，与仿真环境、仿真模拟人有机结合，打破实验课堂的边界，实现学习资源的有效拓展，物理学习空间和虚拟学习空间全面衔接，智慧实验室和MOOC平台、虚拟仿真实验平台、网络学习平台融合打通，从而为教师教学和学生学习提供系统化支持与服务，既可支持现场操作、问题解决，也可支持非正式学习，进行自我设计与开发，以及远程控制与协作实验方式，实现自我学习［14-15］。

4 护理智慧实验室应用与展望

近几年，我校的智慧实验室建设稳步迈进，实验教学、实验室管理水平、实验室支撑服务能力得到明显提高。实验室综合管理系统推广运行后，开放实验课程由4 门提高至10 门，且由原来只对专业课程开放推广至对护理人文课程开放实验室。老师积极应用智慧实验室平台进行教学改革，开展教学研究，率先引用以挑战为本（Challenge Based Learning）的实验教学方法，发表教学类SCI论文；开展高仿真模拟教学、线上线下混合式实践教学等教改研究，发表教学论文40 余篇，先后获得广东省教学成果奖二等奖2 项、广州市教学成果奖一等奖1 项、校级教学成果奖特等奖1 项。近3年，学生发表高质量论文15 篇（其中SCI论文1 篇，中文核心论文5 篇）、获科技创新项目30 项（其中国家级大创项目4 项，省级大创项目8 项）。

党的十九大明确把智慧社会写入报告，与科技强国、质量强国、数字中国等并列，成为国家战略之一［16］。因此，智慧实验室的建设要面向智慧社会、智慧校园的发展需要，从单纯的实验教学内容的辅助平台逐步转向以数字化、信息化为支撑的新型教学方法主体平台。智慧实验室的价值将从影响教学模式、教学内容、教学方法的浅层变革，逐渐发展为影响教育理念、立德树人文化的深层变革，进而促进护理实验教学的全面改革。

5 结 语

当前，智慧实验室建设正走向融合创新的深层次发展阶段，信息技术促进教育变革和创新的时代正向我们走来。护理专业智慧实验室作为智慧校园的重要组成部分，学校需要根据实际情况做到“统一规划、分步建设”，在加强基础设施建设的同时，更加重视对教师和实验室管理人员的现代信息技术能力培训，努力使教师和实验室管理人员熟悉和掌握现代信息技术，适应智慧实验室的环境创新、管理方法变革、安全管理保障等发展需求，进而实现教育教学理念的更新、教学模式的改变、实验技术和方法的探索，真正提高护理实验教学的素养和质量，把培养具有实践能力和创新精神的高素质护理人才工作落到实处。