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压力蒸汽灭菌技术虚拟仿真实验教学培训系统的设计与开发

发表时间：2021/8/9 来源：《时代建筑》2021年5期3月上作者：梁建荣

[导读] 近年来，我国的教育教学的发展迅速，教育部从2017年开始开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设工作，深入推进信息技术与高等教育实验教学的深度融合，不断加强实验教学优质资源建设与应用，着力提升高等教育实验教学与实践育人水平。

梧州市朗伯仪器设备有限公司梁建荣广西梧州 543000

摘要：近年来，我国的教育教学的发展迅速，教育部从2017年开始开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设工作，深入推进信息技术与高等教育实验教学的深度融合，不断加强实验教学优质资源建设与应用，着力提升高等教育实验教学与实践育人水平。目前，全国各大高校正积极响应国家号召，努力建设虚拟仿真实验教学项目，并不断探索基于虚拟仿真实验教学中心的创新型人才培养模式。压力蒸汽灭菌是控制医院感染的重要手段，是医学相关专业学生必须掌握的知识和技能。然而，目前医学高等教育中关于压力蒸汽灭菌技术的专业教育仅在基础护理学中有简单的介绍，不足以让学生理解并掌握压力蒸汽灭菌的相关知识和操作技能，尤其是关于灭菌原理等相关物理学、生物学方面知识的教学开展情况不容乐观。压力蒸汽灭菌虚拟仿真实验教学系统可弥补实际教学中无法实操、知识点抽象等不足，在医学高等教育中发挥了重要作用。
关键词：压力蒸汽灭菌技术；虚拟仿真实验教学培训系统；设计与开发
        引言
        监测压力蒸汽灭菌器灭菌效果的常用监测方法包括物理监测、化学监测、生物监测。目前普遍认为验证灭菌质量合格的金标准是生物指示剂，国际上常采用对压力蒸汽的抵抗力最强，具有无毒、无热原、无致病性的嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢来评价各种与热力有关的消毒灭菌设备的效果。
        1生物监测是验证灭菌器效能的重要方法
        热力灭菌中效果最好、最可靠的灭菌方法是压力蒸汽灭菌，是医院首选的重要灭菌方式，需要在灭菌环节进行有效的监测才能保证灭菌结果。因嗜热脂肪杆菌芽孢对压力蒸汽的抵抗力最强，国际上把其标准菌株做为热力灭菌生物指示物列入国际通用标准。国外许多医院实施医院每锅生物监测，国内部分医院在实施每锅生物监测。我国规定每周对灭菌器进行生物监测，如果生物监测不合格，需要召回自上次灭菌合格以后的所有物品。而实际情况是这些物品多数已经在患者身上使用了，召回的仅仅是一小部分。压力蒸汽灭菌灭菌成功的关键是正确的监测和严格的质控，实行每锅生物监测，可以在最短时间发现灭菌器安全隐患，减少不合格物品在病区的使用，并减少不合格物品召回成本，降低医疗风险。
        2管腔构造的蒸汽穿透机制
        1）在第一次进行脉动真空后，舱内各部位压强由100kPa降至10kPa，管腔内靠近开口前段90%空气被抽出，剩余10%空气被拉伸至开口。（2）第一次注入蒸汽，使舱内压强回复至100kPa。管腔中在第一步拉伸至管口的10%空气被压缩回管腔末端并占据10%的位置。管内靠近开口前端90%空间被蒸汽占据。高温蒸汽接触到温度相对更低的管腔内壁发生凝结，产生温度较高的液态水停留在管腔内由蒸汽占据的区域。（3）在进行了第二次脉动真空后（100kPa降至10kPa），靠近开口前段的占据管腔内空间90%的蒸汽被全部抽除，盲端10%空间的空气再次被拉伸至管口占据全部空间。然而此时管腔前端内壁上仍然有部分第一次蒸汽注入时凝结产生的高温液态水。由于此部分液态水的温度高于当前极低压强下（10kPa）对应的水的沸点（45°C），则液态水会迅速汽化产生大量蒸汽分子，并与当前空间的空气分子混合。气态蒸汽一旦产生，此部分压强就会高于外部压强，由于真空泵仍在不断作用，此部分蒸汽与空气的混合气体会接收到向管外的拉力，被抽出管腔。（4）在理想情况下，管腔内前端90%空间的空气可几乎完全随蒸汽分子排出，即第二次脉动真空后的近似真空状态下，管腔前端90%的空间全部被蒸汽占据。剩余占据10%空间的空气实际含量只有最初的1%；第二次注入蒸汽时，舱内压强回复至100kPa。实际含量为最初1%的空气被压缩至管内末端1%的位置，剩余99%空间被蒸汽占据，并且再次在此空间内凝结出液态水。到此刻为止第二次脉动真空结束，管内仅残留1%的空气。后续脉动真空过程在此蒸汽穿透机制下延续，每次脉动真空后均可使管内空气含量降为前次的1/10。在此机制中最为关键的步骤是每次蒸汽进入管腔内部后均在内壁上凝结出高温液态水，高温液态水在下一次脉动真空中汽化产生的蒸汽分子起到了重要的对管内残存空气的“推出”作用，内壁的面积决定了凝结出的高温水量，也即意味着下一次脉动真空中汽化产生的蒸汽分子的数量，蒸汽分子的数量决定了“推出”空气的数量。

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因管腔容积与管腔的内径二次方成正比关系，当管腔内径增加，管腔在经过一次脉冲之后，腔体内残留的空气体积就会增加为管腔内径增量的平方；而管腔内表面积与管腔内径成正比，管腔每次脉动真空“推出”的空气与管腔的内表面积也成正比关系，当管腔内径增加，每次脉动真空后管腔排除空气体积的能力与管腔内径的增量相同。综合两种变量考虑，当管腔内径增加，管腔经每次脉冲后，空气残留量为管腔内径增量的二次方、空气排出量与管腔内径的增量相同，不难得出管腔的蒸汽穿透难度与管腔内径成正比。同理亦可分析管腔长度增加对管腔的蒸汽穿透难度的影响。
        3虚拟仿真实验教学特色
        3.1实验教学设计思路
        目前各大医学院校关于压力蒸汽灭菌的教育仅限于课时极少的课堂讲授，教学效果不佳。本虚拟仿真实验教学系统的设计与开发立足于解决这一教学难题，对学生的学习活动进行全流程管理，涵盖了学习资源计划、知识管理、网络培训管理、在线学习管理、考试管理等领域。模拟医院消毒供应中心的虚拟灭菌环境，按照实际工作中使用的操作设备制作出高仿真3D模型，并模拟灭菌过程中可能出现的各种紧急情况，如意外烫伤、蒸汽泄漏、压力容器爆炸等。
        3.2教学方法
        采用线上教学与线下教学相结合的方法，先虚后实，虚实结合。学生通过在线理论学习后进行虚拟仿真实验操作，不仅能控制实验成本，也充分保障了学生的安全性。在学生基本掌握压力蒸汽灭菌原理及基本操作技能并通过考核后，分批次安排学生进入医院消毒供应中心进行临床见习，并在带教教师指导下进行实际操作练习。通过线上线下相结合的教学方法，使原本枯燥的教学内容变得形象生动，从而提高学生学习效率。
        3.3评价体系
        采用虚拟仿真考核评价系统与实际操作考核评价相结合的评价体系。学生通过线上理论学习后进行理论考试，成绩合格后可进行虚拟操作练习，操作练习结束后系统自动进行打分。实际操作考核为临床见习后在带教教师指导下进行操作练习，结束后由带教教师进行考核评价。
        3.4传统教学的延伸与拓展
        研究的虚拟仿真实验教学是对传统线下课堂式教学方式的拓展，为学生提供了一个网络学习平台，能够对学生的学习活动进行全流程管理，涵盖了学习资源计划、知识管理、网络培训管理、传统培训管理、在线学习管理、考试管理等领域，可以保证学生随时对实验内容及操作进行回顾与反复练习；同时采取虚实结合的培训教学模式，注重培养学生的实际动手操作能力。因此本研究是对传统教学的传承、延伸与拓展。
        3.5教育对象的延伸与拓展
        随着区域化消毒供应中心的建立与社会化消毒供应服务的增加，压力蒸汽灭菌技术已成为医疗机构、社会消毒灭菌服务机构专业技术人员必须掌握的技能。因此，本研究设计与开发的压力蒸汽灭菌技术虚拟仿真实验教学系统不仅可为学生提供专业的教育与训练，还能为医务人员、社会消毒灭菌服务机构人员提供继续教育与培训的平台。
        结语
        可以根据灭菌物品的需求，合理选择监测方法，消除灭菌器安全隐患，减少医院灭菌运行成本，值得在消毒供应中心推广使用。
参考文献
[1]教育部办公厅.关于2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知[A].教高厅[2017]4号.
[2]洪芳，张彤，可燕，等.三位一体、医药融通的中医药实验教学平台建设[J].中医药管理杂志，2018（14）：30-32.
[3]彭敬东，龚成斌，马学兵，等.虚拟仿真实验在化学教学中的作用：以西南大学化学化工虚拟仿真实验教学中心为例[J].西南师范大学学报（自然科学版），2017，42（7）：193-196.
作者简介：梁建荣（1985-），男，汉族，广西梧州人，助理工程师，本科，主要从事分析技术开发与培训、实验室整套规划配置、仪器销售安装与维修等相关工作。