Информационно-образовательный портал СОДРУЖЕСТВА НЕЗАВИСИМЫХ ГОСУДАРСТВ
ИНФОРМАТИЗАЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ
И ДИСТАНЦИОННОЕ ОБУЧЕНИЕ В СНГ
Информационно-образовательный портал СОДРУЖЕСТВА НЕЗАВИСИМЫХ ГОСУДАРСТВ  

Страны
Азербайджанская Республика
Республика Армения
Республика Беларусь
Республика Казахстан
Кыргызская Республика
Республика Молдова
Российская Федерация
Республика Таджикистан
Туркменистан
Республика Узбекистан
Украина

Типы материала
Информационно-коммуникационные технологии
Дополнительные информационные материалы
Нормативно-правовое обеспечение
Организация и методики обучения
Экономика образования
Межгосударственное сотрудничество
Образовательные центры
Методики обучения
Межвузовское сотрудничество
Повышение квалификации
Международные проекты и гранты, конкурсы
Конференции, симпозиумы, семинары и др.
Библиотека
 
Журнал «Вестник РУДН» серия «Информатизация образования»
 
2014, №4
2014, №3
2014, №2
2014, №1
2013, №4
2013, №3
2013, №2
2013, №1
2012, №4
2012, №3
2012, №2
2012, №1
2011, №4
2011, №3
2011, №2
2011, №1
2010, №4
2010, №3
2010, №2
2010, №1
2009, №4
2009, №3
2009, №2
2009, №1
2008, №4
2008, №3
2008, №2
2008, №1
2007, №4
2007, №3
2007, №2-3
2007, №1
2006, №1(3)
2005, №1(2)
2004, №1
Научные и специальные электронные ресурсы
Учебная, научная и специальная литература
Комиссия по дистанционному обучению совета по сотрудничеству в области образования государств-участников СНГ
Новости

Медико-биологическая лаборатория как объект моделирования


Аннотация
Образовательный потенциал медико-биологических лабораторий российских медицинских вузов не реализуется в полной мере. Актуальным вопросом медицинского образования является дополнение и замена проводимых лабораторных экспериментов виртуальными практикумами, для чего необходима разработка принципиальных подходов к моделированию виртуальной медико-биологической лаборатории. Данная статья посвящена разработке концептуальной модели виртуальной медико-биологической лаборатории. Работа выполняется в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009- 2013» Ключевые слова: имитационное моделирование, виртуальная реальность, медико-биологический эксперимент, виртуальная медико-биологическая лаборатория, образовательный процесс, информационно-образовательная среда

Текст документа

О.В. Игумнова, Е.А. Лукьянова, В.Д. Проценко, Е.М. Шимкевич

Российский университет дружбы народов

Медицинский факультет; кафедра медицинской информатики

 

 

В общем виде медико-биологическая лаборатория (МБЛ) представляет собой часть учебно-мат??риальной базы медицинского учебного заведения, связанную  с другими ее составными частями (учебные аудитории, музей, учебные экспонаты, технические средства обучения) и органично дополняющую их в рамках информационно-образовательной среды (ИОС) в обеспечении достижения целей учебного процесса в соответствии с определенными государственными образовательными стандартами требованиями к профессиональной подготовленности специалиста.

Оснащенность лаборатории и принятый набор проводимых экспериментов в каждом конкретном случае определяется методическими традициями, сложившимися на кафедре, и ее реальными возможностями, ограниченным числом учебных часов, состоянием лабораторного оснащения, подготовленностью педагогических кадров, финансовыми возможностями и рядом других факторов. На настоящий момент в российских медицинских вузах разработан и применяется или применялся широкий спектр лабораторных экспериментов и практикумов, использование которых в учебном процессе возможно лишь в ограниченном количестве вузов, сходных по оснащенности лабораторий, методике подачи учебного материала  и уровню подготовки преподавательского состава. Значительную часть ограничений на применение наиболее эффективных работ в образовании студентов медиков может снять реализация данных опытов в виде управляемых имитационных моделей реальных экспериментов на основе накопленных в ходе их проведения данных.

В связи  с этим остро встает вопрос определения основных подходов и принципов разработки медико-биологического эксперимента (МБЭ) с целью его воспроизведения путем моделирования в виртуальной медико-биологической лаборатории (ВМБЛ) [1, 2, 3]. Разработка принципиальных подходов позволит обоснованно определять выбор методов и «глубины» моделирования и визуализации МБЭ с точки зрения их соответствия целям и задачам лабораторной работы.

С этой целью нами выполнен анализ лабораторных практикумов и методических указаний к проведению МБЭ, разработанных в разные годы на кафедрах медицинского факультета РУДН и других российских вузов. Проведенный анализ позволил выявить общие черты в организации МБЛ и предложить ряд требований к организации и проектированию ВМБЛ.

Концептуальная модель постановки МБЭ в учебной МБЛ. С точки зрения моделирования МБЛ можно представить как среду виртуальной реальности,  в которой и с помощью элементов которой осуществляется управление экспериментом над исследуемым объектом. Среда виртуальной реальности соответствует рабочему месту экспериментатора (студента), оснащенному  лабораторным оборудованием и расходными материалами, исследуемый объект    объекту исследования в реальной лаборатории, а управление экспериментом воссоздает ход реального опыта.

В большинстве случаев медико-биологическая лабораторная работа подразумевает реализацию  ряда этапов, последовательность и состав которых может изменяться в соответствии с частными требованиями к каждой конкретной работе. Следует выделить следующие основные этапы МБЭ, требующие отражения в ВМБЛ:

Формулирование темы лабораторной работы. Как правило, темы лабораторных работ определены в учебном плане и полностью соответствуют темам остальных видов занятий. Очевидно, что в ВМБЛ, предназначенной для использования в обучении студентов медицинских специальностей, следует определять темы экспериментов по тому же принципу, что и для физической МБЛ

Постановка целей и задач  работы. Основная цель МБЭ состоит в обеспечении формирования у обучающихся клинического мышления, составляющего основу распознавания врачом значимых признаков, симптомов, синдромов, течения нормальных и патологических процессов, воссоздания причин, развития и исходов нормальных и патологических состояний и процессов, т.е. в заложении навыков диагностики и прогнозирования развития наблюдаемых явлений. Это осуществляется за счет достижения ряда  общих целей  и задач лабораторных практикумов,  заключающихся в получении студентами широкого спектра профессиональных навыков и умений, таких как:

-       навыки разработки схем постановки и проведения эксперимента, обоснованного выбора методов, инструментов и материалов;

-       навыки  работы с современными инструментальными и лабораторными методиками;

-       навыки работы с современной аппаратурой;

-       базовые навыки выполнения манипуляций, проведения процедур;

-       умение изложить и продемонстрировать результаты проведенных исследований;

-       навыки анализа полученных данных и формулировки выводов экспериментальных исследований;

-       умение обосновать и защитить сформулированные выводы, диагноз, предложенный прогноз;

-       навыки применения основных математических и статистических методов обработки результатов экспериментов;

-        знание техники безопасности при работе с лабораторной посудой и инструментарием, исследуемыми объектами и др.

       Частные цели и задачи лабораторных экспериментов тесно связаны с предметом исследования, что позволило нам выделить на этой основе три класса МБЭ:

Статический  МБЭ, предметом изучения которого является структура исследуемого объекта. Такие эксперименты характерны для морфологических дисциплин (нормальная и патологическая анатомия, гистология, цитология и др.). Цели и задачи эксперимента заключаются в научении уверенно распознавать изучаемый объект в его основной форме и в возможных вариациях, овладении медицинской терминологией, связанной с обозначением изучаемого объекта и его структурных элементов, осознании влияния структуры объекта на выполняемую им функцию.

Динамический МБЭ, предметом изучения которого является определенная функция исследуемого объекта, закономерности его поведения, течения изучаемых процессов. Динамические опыты проводят в лабораториях нормальной и патологической физиологии, биохимии, иммунологии, аллергологии и др. Цели и задачи эксперимента заключаются в изучении закономерностей процессов, протекающих в исследуемом объекте на физиологическом уровне и при воздействии патогенными факторами.

Смешанный (комбинированный) МБЭ, направленный на изучение взаимного влияния особенностей морфологического строения исследуемого объекта и характера его функционирования (микробиология, паразитология и др.).

Данный этап реализуется в виде блока постановки задач эксперимента, в котором излагаются цель, условия (исходное состояние объекта и ограничения) и предполагаемая методика проведения работы.

Повторение теоретического материала и/или оценка уровня подготовленности к занятию. Реализацию данного этапа в ВМБЛ  осуществляется за счет представления теоретического материала то теме работы  для ознакомления до начала опыта, а также при необходимости, в ходе выполнения эксперимента. Это предполагает наличие в ВМБЛ интерактивного справочника по рассматриваемой теме.

Оценка уровня подготовленности к работе осуществляется в виде входного тестирования, соответствующего получению допуска к лабораторной работе в физической МБЛ.

Формулирование рабочей гипотезы. На данном этапе экспериментатор  определяет предположительный результат работы  и определяет параметры и критерии оценки состояния исследуемого объекта,  показатели этого состояния, требующие протоколирования.

Выбор и описание метода, используемого инструментария, объекта исследования. В связи с отсутствием большинств?? технических, финансовых и временных ограничений, присущих физической лаборатории, а также в связи с безопасностью для экспериментатора проведения любых опытов в виртуальной реальности, ВМБЛ  предоставляет возможность широкого выбора  используемых инструментов, от расходных материалов до высокотехнологичных современных приборов, и доступных методов проведения исследования. Следует обеспечить возможность выбора на данном этапе  любого имеющегося в  разработанной для изучаемой темы ВМБЛ оснащения, а также возможность определения студентами параметров и свойств выбранных объектов. Это позволяет привлечь студентов к разработке схем и сценариев эксперимента, и, тем самым, поднять МБЭ на творческий научный уровень обучения.

Для обеспечения эффективной постановки опыта студентами с начальным и средним уровнем подготовки необходимо предусмотреть возможность ограничения выбора оборудования и материалов, возможностей изменения их характеристик, таких как концентрация реактивов и т.п., что позволит реализовать принцип индивидуализации образования. Наложение ограничений на свободу выбора средств и методов постановки опыта осуществляется преподавателем, автоматически назначается за счет определения уровня сложности работы по результатам входного тестирования или за счет выбора уровень сложности самими учащимся. Очевидно, что первые два метода следует применять при работе в классе, а третий при самостоятельном изучении или повторении темы в ВМБЛ.

Разработка схемы и сценария проведения эксперимента. При выполнении  реальных МБЭ студенты в большинстве случаев не участвуют в разработке их схем и сценариев,  эксперименты проводятся в соответствии со сценариями, изложенными в практикумах и методических указаниях.

В ВМБЛ используется компетентностный подход, ориентированный на конечный результат и стимулирующий активное участие студента в работе. Для этого предлагается не алгоритмизировать  действия студентов, оставлять за ними свободу выбора  как способов воздействия на изучаемый объект, так и их последовательности, позволяя совершать ошибки, получать некачественные результаты, стимулируя творческий поиск, совершение собственных открытий в ходе занятия. При этом необходимо предусмотреть и предоставить  возможность повтора проекта ВМБЛ во время занятий и самостоятельно с целью поиска, оптимизации, более убедительного доказательства (подтверждения гипотезы). Управление системным временем в ВМБЛ потенциально способно позволить каждому студенту «перемещаться во времени» –  не только принять участие в подготовке МБЭ, проведении самого опыта, но и заглянуть в прошлое, получить отдаленные в будущем времени результаты воздействия на изучаемый объект в пределах одного занятия.

Выполнение опыта / опытов. В связи с рядом технико-экономических ограничений, присущих подавляющему большинству медицинских факультетов и вузов страны, таких как недоступность живых организмов и расходных материалов, отсутствие новых и износ старых приборов и инструментов, МБЭ во многих случаях носит объяснительно-иллюстративный характер. Опыт, как правило, проводится преподавателем, студенты осуществляют наблюдение, и лишь ограниченное количество обучающихся имеет возможность осуществлять манипуляции с исследуемым объектом. ВМБЛ обеспечит вовлеченность каждого студента в выполнение работы, позволит проводить все необходимые действия с выбранным объектом.

В ходе МБЭ исследователи, как правило, имеют возможность осуществления дополнительного воздействия на объект (осуществление дополнительного окрашивания препарата, введение дополнительной дозы раздражителя ит.п.) или снятия замера, непредусмотренного первоначальным планом опыта. Желательно обеспечить возможность подобного воздействия на объект и в ходе виртуального опыта. 

Проведение необходимых замеров, регистрация показателей и критериев состояния, фиксация данных. Как показал анализ лабораторных практикумов, способы регистрации данных в МБЭ во многом  зависят от типа эксперимента в соответствии с предложенной нами классификацией.

В статическом МБЭ результаты исследования регистрируются однократно для каждого объекта в виде рисунка, снимка, описания исследуемого объекта, осуществляется сегментация объекта, подсчитывается число элементов, регистрируется их взаимное расположение. Измерениям подвергаются размеры объектов (линейные, площадь, объем) и их структурных составляющих, измеряется оптическая плотность препаратов, химический состав и т.д..

В динамическом МБЭ осуществляется регистрация величин критериев состояния изучаемого объекта или процесса как дискретно (до  воздействия, в ходе и в конце эксперимента), так и в непрерывном режиме от начала до конца опыта.

Реализацию данного этапа в имитационной модели опыта нами предлагается на основании следующих принципов:

- изображения  объектов представлять в том виде, в котором отображается данный объект на момент измерения. Качество изображения объекта будет зависеть от предшествовавших манипуляций над ним, например, способа фиксации материала, условий  окрашивания образца, гистохимических свойств выбранного красителя и т.д.

- измерения осуществлять в соответствии со свойствами, заложенными в выбранные в качестве инструментов измерения приборы. Результаты представлять в виде таблиц и графиков.

Оформление отчета по лабораторной работе. В ходе МБЭ в физической МБЛ студенты ведут протокол исследования, осуществляя необходимые записи в ходе эксперимента. Очевидно, что в ходе виртуального опыта студент должен иметь возможность вести записи в электронной рабочей тетради. При этом необходимо обеспечить возможность автоматической регистрации результатов эксперимента, возможности их обработки с помощью современных методов, отображения результатов в отчете в виде аналитических таблиц, графиков, изображений, что позволит высвободить время для аналитической работы, творческого поиска, формулировки и обоснования выводов по результатам исследования.

Обоснование и защита выводов по теме исследования, оценка уровня полученных знаний и понимания изученной темы. Результаты проведенной работы можно оценить с помощью финального теста, однако мы считаем, что такой способ оценки приобретенных знаний уместен лишь при  самостоятельном проведении работы. Для аудиторной работы предлагается предоставить студенту возможность самому сформулировать и обосновать выводы с последующим обсуждением их с другими студентами и преподавателем, что позволит обеспечить преемственность преподавания дисциплины.

Заключение. Анализ лабораторных практикумов по проведению МБЭ, применяющихся в обучении студентов медицинских специальностей, позволил сформулировать ряд требований к ВМБЛ, предполагающих разработку следующих ее элементов:

- блок постановки задач эксперимента, предназначенный для изложения цели, условий, методики проведения эксперимента, построения рабочей гипотезы и определения критериев оценки состояния исследуемого объекта;

- интерактивный справочник, предоставляющий информацию по рассматриваемой теме, правилам работы с выбранным оборудованием и т.п., как перед, так и в ходе эксперимента;

- имитационные модели исследуемых объектов и протекающих в них процессов, экспериментального оборудования, средства их реализации, визуализации и манипулирования;

- средства фиксации, обработки и представления результатов экспериментов, выполняющие функцию рабочей тетради и протокола опыта, на основе которых формируется отчет по лабораторной работе;

- средства контроля знаний экспериментатора, позволяющие на основе тестирования оценить входной уровень подготовки студента и правильность выводов по результатам эксперимента.

Разработку программной реализации ВМБЛ и проводимых в ней МБЭ следует основывать на анализе целей и задач, которые стоят перед лабораторией и экспериментом,  типа исследуемого объекта. ВМБЛ должна обеспечивать высокую вариативность условий, средств и методов проведения эксперимента, возможность выбора методики и инструментария проведения эксперимента в соответствии с поставленными целями, уровня алгоритмизации действий экспериментатора при проектировании, подготовке и проведении опыта в соответствии с его подготовленностью к проведению эксперимента.

При условии выполнения поставленных требований ВМБЛ обладает высоким образовательным потенциалом, заключающимся в уходе от традиционного объяснительно-иллюстративного подхода к творческому обучению, потенциальной возможности реализации  принципов индивидуализации образования, принципов проблемного и контекстного обучения, возможности использования новейших научных подходов и методов исследований на самом современном оборудовании, возможности проводить сложнейшие и опаснейшие эксперименты без риска для здоровья экспериментатора и не уничтожая подопытных животных, высвобождении времени экспериментатора для творческой работы путем автоматизации регистрации и обработки полученных результатов.

 

Литература

 

1. Игумнова О.В., Лукьянова Е.А., Проценко В.Д. Лаборатория имит??ционной медицины //  Здо??овье и образование в XXI веке: Материалы VII Междунар. научно-практ. конф. – М.: Изд-во РУДН, 2006. – С. 206 - 207

2. Игумнова О.В., Лукьянова Е.А., Проценко В.Д. Методы и средства разработки биологической имитационной лаборатории // XIII Международная конференция «Математика, Компьютер, Образование»: Тезисы докладов. – Вып. 14. – Москва, 2007.– С.155

3. Игумнова О.В., Шимкевич Е.М., Ананьин Д.А., и др. Новые методы ведения лабораторного практикума // Вестник РУДН, серия Медицина. – М.: Изд-во РУДН, 2010. – №2 – С. 111 - 116


Автор оригинала: О.В. Игумнова, Е.А. Лукьянова, В.Д. Проценко, Е.М. Шимкевич
Источник оригинала: Журнал Вестник РУДН серия «Информатизация образования», №2, 2011

Новости
16.06.2017

Российский университет дружбы народов объявляет о проведение первой волны вступительных испытаний среди иностранных граждан для обучения на программах магистратуры на контрактной основе. Первая ...

13.10.2016

26 октября-27 октября 2016 года Российский университет дружбы народов проводит Международную конференцию «Сетевые университеты и международный рынок труда (пространства БРИКС, СНГ, ШОС)».

19.05.2016

The Peoples’ Friendship University of Russia (PFUR) announces the beginning of admission of foreign citizens who graduated from Bachelor and Specialist Degree programs of PFUR and other Russian and ...

19.05.2016

Российский университет дружбы народов (РУДН) объявляет о наборе иностранных граждан -выпускников бакалавриата и специалитета РУДН и других российских и зарубежных ВУЗов на программы магистратуры на ...

11.12.2015

Проект рекомендаций Семинара-совещания научной общественности по проблемам международного научно-технического и образовательного сотрудничества