高壓蒸汽滅菌實驗虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建

王國田，羊 揚(yáng)，張 彪，張又超，朱國強(qiáng)，杜 坤

（1.揚(yáng)州大學(xué)a.實驗室與設(shè)備管理處；b.獸醫(yī)學(xué)院；c.生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225009；2.揚(yáng)州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225127）

0 引言

滅菌技術(shù)是高校醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、獸醫(yī)學(xué)等專業(yè)人才培養(yǎng)所要求的必備技能。高壓蒸汽滅菌器（以下簡稱“滅菌器”）是手術(shù)器械、培養(yǎng)基、敷料、陽性廢棄物等消毒滅菌的最有效的設(shè)備，是學(xué)生在滅菌實驗中經(jīng)常使用的工具［1］。然而，由于滅菌器是一種壓力容器，屬于特種設(shè)備范疇，在使用過程中會造成高溫、高壓傷人和容器爆炸等事故發(fā)生［2］。局限于國家對特種設(shè)備的嚴(yán)格監(jiān)管和強(qiáng)制性要求，已影響滅菌實驗教學(xué)的順利進(jìn)行。利用虛擬仿真軟件構(gòu)建滅菌器及相關(guān)滅菌實驗資源，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到實驗教學(xué)中，能夠有效避免事故發(fā)生，適應(yīng)國家強(qiáng)制性要求，化解實體實驗中不可預(yù)見的困惑和學(xué)習(xí)效果低下等問題。

1 滅菌實驗教學(xué)中存在的問題

滅菌技術(shù)課程的理論教學(xué)是系統(tǒng)地講解滅菌機(jī)理、滅菌器工作原理等。課程的實驗教學(xué)主要是學(xué)生通過滅菌器操作加深對滅菌器結(jié)構(gòu)和過程危險性認(rèn)識；通過物理、化學(xué)、生物監(jiān)測方法對物品裝載、冷空氣排放、飽和蒸汽質(zhì)量的效果進(jìn)行驗證分析［3-4］。由于滅菌實驗過程復(fù)雜、涉及內(nèi)容廣泛，實踐性要求較強(qiáng)，在實驗教學(xué)中面臨以下問題。

（1）危險性。掌握滅菌技術(shù)需要進(jìn)行重復(fù)性操作才能提高，而高壓滅菌器具有高溫高壓危險特性，在頻繁使用時勢必會增大與之接觸的人體可能產(chǎn)生的燙傷、爆炸、污染等事故發(fā)生的概率［5-6］。因?qū)W生多、設(shè)備少，教學(xué)過程中難以實現(xiàn)“一對一”指導(dǎo)和師生互動交流，很多學(xué)生對滅菌機(jī)理領(lǐng)悟不透、操作技能掌握不強(qiáng)，以致事故時有發(fā)生，即使要求學(xué)生嚴(yán)格按流程操作和提高安全防范，但在實際操作中仍然存在安全閥失靈、排氣閥堵塞、密封圈漏汽等各種故障的發(fā)生，危險性依然存在。因此，通過重復(fù)使用實際設(shè)備來提高滅菌技能的難度較大。

（2）不可預(yù)見性。因生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、獸醫(yī)學(xué)等多學(xué)科專業(yè)的滅菌物品涉及病原菌的復(fù)蘇、培養(yǎng)、保種、致病菌攻毒保護(hù)試驗，感染性廢棄物處理等較多而又復(fù)雜的實驗項目［7-8］。滅菌實驗中殘留空氣、飽和蒸汽的形成是學(xué)生看不見、摸不著的抽象概念，是不可預(yù)見性因素，當(dāng)學(xué)生遇到各種障礙而造成滅菌失敗，特別是滅菌不徹底的陽性廢棄物若隨意拋棄，會對環(huán)境構(gòu)成污染，直接影響人身健康［9］。受不可預(yù)見性因素影響，學(xué)生對待實驗時，因“怕失敗、怕?lián)?zé)任”，以至于造成“參與少、受益小”等效率低下的現(xiàn)狀。

（3）強(qiáng)制性。根據(jù)《特種設(shè)備作業(yè)人員監(jiān)督管理辦法》有關(guān)規(guī)定，特種設(shè)備作業(yè)人員須進(jìn)行專項培訓(xùn)和考核，取得“特種設(shè)備人員作業(yè)證”后方可上崗［10］。高校滅菌器使用對象大都為學(xué)生，針對“持證上崗”這一強(qiáng)制性條件，高校普遍的做法是委托地方職能部門進(jìn)行培訓(xùn)，局限于地方機(jī)構(gòu)的培訓(xùn)內(nèi)容和培訓(xùn)手段單一，很難講清、講透高校實驗室滅菌器安全使用的特點(diǎn)，因此，學(xué)生掌握程度是“一知半解”，其結(jié)果還是不能真正做到“學(xué)以致用”。雖然部分學(xué)生通過強(qiáng)制性培訓(xùn)與考核，取得了作業(yè)證，但上崗后仍需高校再次組織針對性復(fù)訓(xùn)，所投入的人力、財力較大。

2 高壓蒸汽滅菌實驗虛擬教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計

2.1 教學(xué)單元模塊設(shè)計

高壓蒸汽滅菌實驗虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)采用模擬真實滅菌實驗環(huán)境、設(shè)備和實驗操作流程，避免實體實驗時操作高危、耗時等缺陷，采用“四位一體”的方式，將整個理論教學(xué)、實驗演示、動手操作過程的教學(xué)結(jié)合，形成有機(jī)整體。

（1）線上課堂及理論測評。通過三維模型動畫、用戶交互界面（UI）以及音頻講解學(xué)習(xí)課件，包括闡述滅菌機(jī)理、滅菌實驗設(shè)計、消毒技術(shù)規(guī)范、病原微生物通用準(zhǔn)則等知識，介紹特種設(shè)備作業(yè)人員證書取得的流程等，學(xué)生學(xué)習(xí)后進(jìn)行基礎(chǔ)知識測評，檢驗認(rèn)知熟練程度。

（2）高危儀器全視角接觸。該模塊使學(xué)生掌握實驗主要設(shè)備（以全自動高壓蒸汽滅菌器TOMY SX-500為例）的工作原理，熟悉實驗設(shè)施（試管、夾瓶器、培養(yǎng)皿、培養(yǎng)箱）的輔助作用，體會滅菌物品（敷料包、穿刺包、器械包、培養(yǎng)基、陽性廢棄物）的特點(diǎn)和規(guī)范要求，通過安全部件的動畫展示和人機(jī)交互方式來體驗高危儀器的危險性。

（3）滅菌實況自動演示。以分段的形式展示固體滅菌和液體滅菌兩種操作模式，其中固體滅菌操作分實驗準(zhǔn)備（設(shè)備、門密封、水汽管路、電源等項檢查）、設(shè)備運(yùn)行（物品裝載、程序選擇、溫度及時間設(shè)置、滅菌運(yùn)行、物品卸載）和效果驗證（化學(xué)監(jiān)測、生物監(jiān)測）3個階段11個步驟開展，學(xué)生觀摩后可以快速理解實驗內(nèi)容和注意事項，為虛擬實驗操作做好準(zhǔn)備。

（4）模擬場景仿真操作。該模塊是虛擬實驗系統(tǒng)的核心模塊，通過交互使學(xué)生深入了解物品裝載、滅菌運(yùn)行、效果驗證的規(guī)范性操作，直觀體驗冷空氣排放、飽和蒸汽形成的過程，加深理解影響滅菌效果的成因。對于不理解的部分還可以反復(fù)操作和體驗，同時可以增強(qiáng)實體實驗操作技能，為虛實結(jié)合的實驗教學(xué)提供可行方法。

2.2 教學(xué)平臺設(shè)計

教學(xué)平臺設(shè)計包括實驗系統(tǒng)與教學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)容板塊構(gòu)建，首先是收集滅菌實驗3個階段的各種素材，對于可以直接測量的設(shè)備及部件，通過專用工具精確測量得到數(shù)據(jù)；對于難以直接測量的結(jié)構(gòu)內(nèi)部，如安全閥、排氣閥等，通過設(shè)備廠商獲得圖紙及工藝流程；對于不能測量的形態(tài)，如氣體變化、顏色變化等，根據(jù)相關(guān)視頻、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范獲得，在資料整理分析的基礎(chǔ)上，模型設(shè)計主要過程如下［11-12］：

（1）使用3Ds Max對滅菌設(shè)備、輔助設(shè)備等要素進(jìn)行三維建模，利用Vary插件對不銹鋼材質(zhì)進(jìn)行渲染，達(dá)到逼真效果。

（2）將3Ds Max資源要素導(dǎo)入Unity3D引擎中，通過Unity3D對虛擬現(xiàn)實的內(nèi)容進(jìn)行開發(fā)，使用C＃編寫相關(guān)運(yùn)行程序，實現(xiàn)系統(tǒng)中設(shè)備運(yùn)行仿真和人機(jī)交互；

（3）添加外部控制系統(tǒng)，增加滅菌仿真系統(tǒng)界面UI和控制方式，對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化，以.FBX格式集成發(fā)布，虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建的主要流程見圖1。

圖1 高壓蒸汽滅菌實驗虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)流程圖

3 虛擬教學(xué)系統(tǒng)的實現(xiàn)

在模型、界面及交互設(shè)計的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)實現(xiàn)還要進(jìn)行貼圖、渲染、動畫制作和系統(tǒng)測試等過程，其關(guān)鍵技術(shù)如下。

3.1 模型及場景優(yōu)化

Unity3D能創(chuàng)建諸如三維視頻游戲、建筑可視化、實時三維動畫、虛擬仿真等類型互動內(nèi)容的多平臺的開發(fā)引擎，但是一直以來，在畫面渲染方面達(dá)到Vary的效果，直到2018版本中引入了高清渲染管線（High-Definition Render Pipeline，HDRP）概念，其中高清著色器Lit Shader能使用最少的硬件配置，創(chuàng)建更逼真的材質(zhì)，達(dá)到Vary在3D Max中的效果，并且在光照環(huán)境下可以自由展現(xiàn)。本系統(tǒng)在場景中使用了PostProcessing（后期特效）來進(jìn)一步提升畫面的表現(xiàn)力。Post Processing和Timeline、Cinemachine并稱Unity3D動畫制作三劍客。其中，Post Processing插件用于動畫的后期處理，具備抗鋸齒、鏡面反射、霧化、漫反射等功能，見圖2。

圖2 Post Processing渲染前后的對比圖

3.2 三維動畫制作

（1）安全部件演示動作。安全部件包括安全閥、排氣閥、壓力表3種，其中，安全閥由閥座、閥瓣、彈簧3部分組成，是滅菌器自行減壓的保護(hù)部件。閥瓣啟閉是受壓縮彈簧的力作用和平衡，升溫前，受外力作用閥瓣處于常閉狀態(tài)；升溫后，滅菌室內(nèi)的蒸汽壓力升高至超出設(shè)定的安全壓力值時，彈簧作用，閥瓣開啟，排放蒸汽，防止容器發(fā)生爆炸；卸壓后，當(dāng)滅菌室內(nèi)的蒸汽壓力低于設(shè)定壓力值時，彈簧自動回位，閥瓣閉合，使滅菌室內(nèi)的壓力始終保持在安全壓力之內(nèi)［13］。

安全部件演示動畫制作中，對于比較小的動畫，本系統(tǒng)中采用iTween插件進(jìn)行設(shè)計，iTween的核心是數(shù)值插值，簡單說就是給iTween兩個數(shù)值（開始值，結(jié)束值），它會自動生成一些中間值，如開始值-＞中間值-＞中間值….-＞結(jié)束值，以達(dá)到過程可控，以安全閥為例，其過壓開啟和卸壓閉合主要采用物體之間的位移，其核心代碼為：

其中，變量Pos表示閥瓣可到達(dá)的位置，Sec表示到達(dá)的時間。

（2）爆炸效果。在Particle System粒子系統(tǒng)中，通過增加粒子的數(shù)目及加強(qiáng)粒子間碰撞力度，從而達(dá)到模擬壓力增高的效果；通過設(shè)置爆炸范圍半徑、給爆炸對象添加剛體模擬爆炸效果。

改變變量有不同效果：其中，Intensity為爆炸強(qiáng)度，R為爆炸半徑，本系統(tǒng)中，爆炸對象被定為：安全閥、放氣閥、壓力表、滅菌室、滅菌器蓋、門把手、蓋鎖機(jī)構(gòu)、控制顯示屏等。

3.3 空氣排放、蒸汽形成及蒸汽穿透現(xiàn)象

（1）空氣排放?？諝馀欧攀且罁?jù)重力置換原理進(jìn)行模擬，即滅菌室的水被加熱后產(chǎn)生蒸汽，但滅菌室內(nèi)仍存有空氣，由于空氣的密度大于蒸汽密度，加熱后由上往下移動，蒸汽與之相反?？諝馐怯蔁o數(shù)的細(xì)小的gameobject（帶有碰撞體組件）組成，一個gameobject是一個Prefab（預(yù)制體），系統(tǒng)初始化的時候形成空氣，偽代碼如下：

其中，AirPoint是空氣點(diǎn)，count是需要生成的空氣點(diǎn)的數(shù)目，pos［i］是空氣點(diǎn)i在腔室的位置坐標(biāo)。減少空氣點(diǎn)的數(shù)目，能模擬滅菌室內(nèi)殘留空氣量。

由于模擬蒸汽的粒子本身帶有碰撞組件，所以和空氣點(diǎn)產(chǎn)生碰撞，空氣從室壁排氣孔排出，從而達(dá)到模擬排放冷空氣的效果，使學(xué)生直觀看到冷空氣排放的過程，體會冷空氣排放的重要性。

（2）蒸汽形成。Unity中的粒子系統(tǒng)（Particle System）可用于制作特效，例如氣體、水流、爆炸等效果，在本系統(tǒng)中用來模擬滅菌室內(nèi)飽和蒸汽的形成過程，當(dāng)水被加熱后，蒸汽從滅菌室底部上升，排出空氣，逐漸形成飽和蒸汽，其中蒸汽采用粒子系統(tǒng)，需要設(shè)置持續(xù)時間（Duration）、延遲發(fā)射時間（Start Delay）、初始速度（Start Speed）、初始顏色（Start Color）、粒子數(shù)目（Max Particles）、發(fā)射器形狀（Shape）、發(fā)射角度（Angle）和粒子材質(zhì)（Materials）等參數(shù)，其中，Shape ＝Hemisphere，采用半球形狀，能更好地模擬蒸汽從底部上升時的狀態(tài)，其余參數(shù)都可以手動設(shè)置，學(xué)生可以體驗各種參數(shù)對蒸汽形成的影響，比如蒸汽產(chǎn)生時間、產(chǎn)生速度、顏色（便于觀察，真正的蒸汽肉眼無法看見）等，飽和蒸汽是蒸汽中含有最少雜質(zhì)的氣體，是影響滅菌成敗的主要因素之一。

（3）蒸汽穿透。蒸汽的穿透力受物品裝載方式、方向和位置等因素影響，物品裝載不規(guī)范就會在滅菌中形成殘留空氣，影響到滅菌效果［14-16］。

在滅菌物品模型上由外層至里層設(shè)置碰撞體Mesh Collider，分別設(shè)置不同的閾值，如下所示：

閾值分別為碰撞體上對應(yīng)的蒸汽點(diǎn)的碰撞數(shù)目，如蒸汽點(diǎn)與第1層碰撞體Collider1的碰撞次數(shù)達(dá)到100，則Collider1失效，此時，蒸汽點(diǎn)與Collider2碰撞，當(dāng)碰撞次數(shù)達(dá)到500，則Collider2失效，依次類推，模擬飽和蒸汽的穿透效應(yīng)。此時如果滅菌室內(nèi)存在殘留空氣，勢必會影響蒸汽的碰撞次數(shù)，從而達(dá)到模擬殘留空氣影響蒸汽穿透能力的過程。

3.4 顏色變化的生成

在規(guī)定的滅菌條件（蒸汽飽和溫度、持續(xù)時間）下，化學(xué)、生物指示物會發(fā)生顏色變化，如印在化學(xué)指示膠帶上的指示顯色劑條紋就會發(fā)生分解，并與助色劑發(fā)生反應(yīng)，使顏色從淺色向深色變化，系統(tǒng)根據(jù)指示物顏色的變化進(jìn)行模擬。

利用Itween插件，調(diào)用ColorTo函數(shù)實現(xiàn)顏色的變化過程，其核心代碼為：

4 虛擬教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 不可見信息預(yù)演

不可見信息預(yù)演包括安全部件、爆炸效果、空氣排放、蒸汽形成、蒸汽穿透等現(xiàn)象的預(yù)演操作。以安全閥預(yù)演為例，學(xué)生進(jìn)入系統(tǒng)后，點(diǎn)擊預(yù)演目錄“安全閥”，系統(tǒng)就會演示安全閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)、組成、名稱及作用，當(dāng)點(diǎn)擊安全閥“壓力進(jìn)度條”（壓力進(jìn)度條范圍為0～0.25 MPa，0.25 MPa是安全閥最大允許值）并以拖動的形式進(jìn)行交互時①觀察安全閥內(nèi)部蒸汽的流動（系統(tǒng)中用紅色表示）；②隨著拖動數(shù)值增大，紅色線條在不斷加粗，當(dāng)壓力進(jìn)度拖至高于0.25 MPa值時，安全閥過壓開啟，卸壓后安全閥自動閉合（見圖3），使學(xué)生直觀看到蒸汽作用時安全閥開啟和閉合保護(hù)功能；③當(dāng)拖動數(shù)值超出0.25 MPa時，安全閥沒法打開，處于失效狀態(tài)，但滅菌室內(nèi)壓力在一直增高（觀看到氣體的顏色不斷加粗和加深），導(dǎo)致滅菌器爆炸，爆炸效果通過點(diǎn)擊爆炸范圍半徑R實現(xiàn)，R越大、效果越明顯，表明風(fēng)險的危害越大。

圖3 安全閥仿真演示圖

4.2 仿真裝置操作

“物品裝載”是仿真裝置操作的主要環(huán)節(jié)，以問答的形式實現(xiàn)交互，使學(xué)生熟練掌握不同物品的裝載方式，避免不當(dāng)操作直接影響滅菌效果，其操作流程為：點(diǎn)擊系統(tǒng)“歸類”菜單，彈出“固體”“液體”相對應(yīng)的“輔料包”“器械包”“培養(yǎng)液”等滅菌物品，由學(xué)生選擇是“同批次滅菌”“不可同批次滅菌”懸浮窗格，如果學(xué)生選擇正確，進(jìn)入“下一步”進(jìn)行后續(xù)操作，同時系統(tǒng)彈出提示文字，說明正確選項的理由（以防止學(xué)生蒙對）；若學(xué)生選擇錯誤，則彈出提示，文字為題干菜單的描述，以及隱喻出正確選項的知識點(diǎn)，學(xué)生瀏覽后，點(diǎn)擊“重新選擇”，回到界面從頭開始訓(xùn)練。物品裝載的步驟為：

（1）歸類。包括診療包、輔料包、穿刺包、器械包、培養(yǎng)基、搪瓷金屬盤、碗、盒裝注射器、玻璃瓶、紙袋、紙塑袋、陽性廢棄物、瓶裝培養(yǎng)液。規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)：材質(zhì)相同的培養(yǎng)基、培養(yǎng)液、器械、器具和物品歸類到同一批次進(jìn)行滅菌。

（2）間隙。包與包之間留間隙，利用蒸汽穿透。規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)：使用專用籃筐轉(zhuǎn)載待滅菌物品，不能疊放、堆放，每個滅菌包之間間隙≥2cm，并且不得接觸滅菌艙內(nèi)壁。

（3）位置。大包放上層、小包放下層；難以滅菌的放上層，容易滅菌的放下層；混合物品滅菌時，輔料包放上層、金屬類、器械類即易產(chǎn)生水滴的物品放下層。

（4）方向。器械包、硬式容器應(yīng)平放；盤、碗、盒的物品應(yīng)斜放，朝向一致；玻璃瓶等底部無孔的器皿類物品倒立或側(cè)放；紙袋、紙塑袋包裝側(cè)放；紡織類物品豎放；方向合理有利于蒸汽進(jìn)入和冷空氣排出。

（5）大小。滅菌包≤30 cm×30 cm×25 cm。

（6）裝載量。最大裝載量＜容積的80%，最小裝載量＞10%；輔料包質(zhì)量≤5 kg，器械包質(zhì)量≤7 kg。

（7）設(shè)置監(jiān)測物。包外設(shè)滅菌化學(xué)指示物，陽性廢棄物包內(nèi)還應(yīng)放置生物指示物。

（8）標(biāo)識。注明物品名稱、包裝者，滅菌編號、物品批次、日期等。

4.3 虛擬滅菌實施

虛擬滅菌實施是解決實體實驗中難以進(jìn)行重復(fù)性操作和危險性問題，著重于安全檢查、物品裝載、關(guān)門、滅菌運(yùn)行等環(huán)節(jié)的交互。如學(xué)生可以通過鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊對象（如握住門把手、拾取滅菌籃、取出加熱器隔板等）、右鍵點(diǎn)擊（旋轉(zhuǎn)場景視角）、鼠標(biāo)滾輪移動（拉近拉遠(yuǎn)視角），結(jié)合鍵盤空格鍵（如踩下踏板）、TAB鍵（滅菌室、實驗臺切換視角）、R鍵（擰瓶蓋）實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、移動、縮放、隱藏、恢復(fù)等交互功能。虛擬滅菌實施的流程為：

（1）安全檢查。包括壓力表處“歸零”的位置；滅菌器蓋門密封圈平整無損壞、蓋門安全聯(lián)鎖靈活；排氣、排液出口無障礙物；滅菌室內(nèi)內(nèi)壁清潔；電源、水源等運(yùn)行條件符合要求。

（2）加水。向回收瓶加純凈水至回收瓶最低水位位置。

（3）物品裝載（見4.2）。

（4）關(guān)上蓋門。手持滅菌器蓋的把手，往下按至蓋門顯示燈滅為止。

（5）滅菌運(yùn)行。①打開電源開關(guān)；② 蓋上門蓋、踩下踏板、按蓋門、松開踏板，當(dāng)連鎖燈亮?xí)r，顯示門蓋密封到位；③參數(shù)設(shè)置：若滅菌物品為器械包，選擇固體滅菌程序，設(shè)置溫度為121℃、滅菌時間為20 min，若滅菌物品是瓶裝培養(yǎng)液，選擇液體滅菌程序，設(shè)置溫度為115℃、滅菌時間為30 min；④ 按開始鍵運(yùn)行（紅燈亮），觀察升溫、升壓、滅菌、降溫、降壓、恒溫、干燥過程狀態(tài)；⑤ 滅菌結(jié)束。蜂鳴器響、壓力表指示“0”位置。

（6）開蓋卸載。從滅菌器卸載取出的物品，待溫度降至室溫時才可以移動，冷卻時間≥30 min。

（7）信息核對。包括檢查滅菌物品標(biāo)識、監(jiān)測物清晰、齊全等（見圖4）。

圖4 虛擬滅菌裝置圖

4.4 滅菌效果驗證

系統(tǒng)設(shè)置化學(xué)監(jiān)測（化學(xué)指示膠帶）和生物監(jiān)測（嗜熱芽孢桿菌片）2個監(jiān)測模塊，監(jiān)測模塊訓(xùn)練的目的使學(xué)生加深理解物品裝載、冷空氣排放、飽和蒸汽質(zhì)量等因素對滅菌效果的影響［17-18］，測試物品是否經(jīng)過滅菌和是否徹底滅菌，也是驗證實驗?zāi)康?、方法、步驟和結(jié)果的方式方法，學(xué)生在每一個監(jiān)測驗證訓(xùn)練后，體會滅菌實驗正確的操作過程，克服自身的模糊認(rèn)識、實驗偏差和操作不當(dāng)?shù)取＝處熗ㄟ^系統(tǒng)，結(jié)合考核手段對教學(xué)過程中學(xué)生的認(rèn)知、行為、動作技能等是否得到了發(fā)展和進(jìn)步進(jìn)行評價，針對學(xué)生訓(xùn)練中存在的不足之處，發(fā)揮教師督促和糾偏的作用。

（1）化學(xué)指示膠帶監(jiān)測。學(xué)生點(diǎn)擊該菜單后，系統(tǒng)會彈出“診療包”“輔料包”“器械包”“培養(yǎng)基”等，由學(xué)生選擇1個供訓(xùn)練張貼化學(xué)指示膠帶，若方法錯誤，系統(tǒng)彈出提示文字，說明不正確的理由；第2步為“虛擬滅菌實施”步驟（見4.3），虛擬滅菌完成后進(jìn)入第3步監(jiān)測階段，系統(tǒng)彈出4個顏色懸浮窗格（浮窗之間有“→”順序指向），學(xué)生每點(diǎn)擊1個懸浮窗格，呈現(xiàn)“黃色”“灰色”“黑色”“深黑色”文本框，勾選內(nèi)容只能選擇其中1個，當(dāng)顯色過程為“黃色→灰色→黑色→深黑色”時，說明實驗方法和步驟正確，物品滅菌符合條件；若學(xué)生選擇錯誤，提示不正確的理由，引導(dǎo)學(xué)生重新訓(xùn)練。

（2）嗜熱芽孢桿菌片監(jiān)測。嗜熱芽孢桿菌片監(jiān)測是唯一直接使用生物指示劑對滅菌效果進(jìn)行評判的方法，它是判斷滅菌物品是否達(dá)到無菌水平最可靠、最安全的依據(jù)，也是滅菌效果評價的金標(biāo)準(zhǔn)［19］。系統(tǒng)以問答形式實現(xiàn)交互操作，其方法和步驟為：①裝配。取兩個生物試管，內(nèi)裝嗜熱脂肪桿菌芽孢生物菌片（ATCC7953）和培養(yǎng)基；② 投放。放置于試驗包中心部，并將試驗包隨被滅菌物品一起放在滅菌室內(nèi)的排汽口上方；③滅菌。設(shè)置參數(shù)（121℃、60 min），使滅菌物品（陽性廢棄物）運(yùn)行一個滅菌周期；④夾碎。取出生物試管，專用夾碎工具夾碎試管內(nèi)的玻璃內(nèi)膽，讓菌片充分浸在培養(yǎng)液內(nèi)；⑤培養(yǎng)。將生物試管放進(jìn)培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，在培養(yǎng)箱控制面板上設(shè)置培養(yǎng)參數(shù)（培養(yǎng)箱溫度56℃、培養(yǎng)時間48～72 h）；⑥ 觀察。培養(yǎng)結(jié)束后，觀察兩支試管的顏色變化，當(dāng)兩支試管內(nèi)培養(yǎng)顏色均不變化，判為滅菌物品的效果合格、有效；若有一支試管培養(yǎng)基由紫色變?yōu)辄S色，判為滅菌失敗，封存物品，查找出失敗原因，重新滅菌處理（見圖5）。

圖5 嗜熱芽孢桿菌片監(jiān)測裝置圖

5 結(jié)語

現(xiàn)代信息技術(shù)與高等學(xué)校專業(yè)培養(yǎng)相結(jié)合是未來發(fā)展的方向，通過構(gòu)建高壓蒸汽滅菌實驗虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，連接、映射、分析、反饋虛擬現(xiàn)實，使學(xué)生的認(rèn)知、行為和情感最大限度地閉環(huán)優(yōu)化和提升，并在應(yīng)用中取得一定的成效，如我校組織生物學(xué)專業(yè)300多名學(xué)生通過該系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和交互操作后，在參加地方部門“崗前考核”時，一次性通過率達(dá)98%，相比之前有明顯提高；同時，學(xué)生在實體實驗中自信心充足，改變過去“做不了”“做不好”等實驗項目，學(xué)生及教師的滿意度較高。當(dāng)前，在實用效應(yīng)的推動下，虛擬教學(xué)逐步進(jìn)入課堂教學(xué)已成為現(xiàn)實，然而虛擬仿真教學(xué)畢竟有別于課堂教學(xué)和實驗教學(xué)之外的新型學(xué)科，在注重其解決實驗教學(xué)難題的同時，還應(yīng)充分體現(xiàn)“虛實結(jié)合，相互補(bǔ)充，能實不虛”的原則，重視育人實踐環(huán)節(jié)，提升實驗教學(xué)水平。