醫(yī)學(xué)院校虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的問(wèn)題與分析

夏霞

[摘 要] 隨著社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)醫(yī)學(xué)院校進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的策略進(jìn)行分析十分關(guān)鍵。其不僅能夠有效地促進(jìn)醫(yī)學(xué)院校教學(xué)質(zhì)量的提高，還能讓學(xué)生對(duì)醫(yī)學(xué)知識(shí)有更為深入的認(rèn)識(shí)。主要針對(duì)醫(yī)學(xué)院校虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。

[關(guān) 鍵 詞] 醫(yī)學(xué)院校；虛擬；實(shí)驗(yàn)室；問(wèn)題分析

[中圖分類號(hào)] R-331 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2016）03-0152-02

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是醫(yī)學(xué)院校在教學(xué)過(guò)程中的重要組成部分，虛擬實(shí)驗(yàn)室可以給醫(yī)學(xué)院校師生提供一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的平臺(tái)，師生可以身臨其境地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并可通過(guò)虛擬軟件系統(tǒng)自行設(shè)計(jì)探索性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)。不僅能夠有效地提高學(xué)生對(duì)醫(yī)學(xué)知識(shí)的自主學(xué)習(xí)能力，還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。所以，對(duì)醫(yī)學(xué)院校虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的問(wèn)題進(jìn)行分析十分關(guān)鍵。

一、醫(yī)學(xué)院校虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的概況

（一）虛擬實(shí)驗(yàn)室存在的客觀因素

醫(yī)學(xué)院校中，傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成本過(guò)高，實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的昂貴，較高費(fèi)用的實(shí)驗(yàn)材料如實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、模型及尸體的來(lái)源稀缺，且單純傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，有限的教師資源帶教、教學(xué)學(xué)時(shí)和場(chǎng)地的限制影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，使得虛擬實(shí)驗(yàn)室成為醫(yī)學(xué)院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的另一種輔助形式。

（二）虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的特點(diǎn)

虛擬實(shí)驗(yàn)室是綜合利用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等與傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)相結(jié)合的一種創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。它可以通過(guò)多媒體模擬仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)屏幕上創(chuàng)造出模擬的實(shí)驗(yàn)儀器性能、實(shí)驗(yàn)條件和環(huán)境，具有逼真的現(xiàn)實(shí)感，使人身臨其境地感受實(shí)驗(yàn)室的氛圍。

（三）虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)目前在教學(xué)中的運(yùn)用比較普遍，如虛擬三維人體解剖學(xué)展示系統(tǒng)使用虛擬三維技術(shù)實(shí)現(xiàn)人體解剖學(xué)標(biāo)本演示；虛擬切片系統(tǒng)是將玻璃切片轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的切片圖像，建立起形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)虛擬切片庫(kù)，從而構(gòu)建師生互動(dòng)、圖像共享、高效率的教學(xué)體系；醫(yī)學(xué)虛擬儀器仿真教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建醫(yī)學(xué)虛擬儀器的操作環(huán)境，通過(guò)鼠標(biāo)、鍵盤實(shí)現(xiàn)人、機(jī)的互動(dòng)；在線虛擬診療思維訓(xùn)練系統(tǒng)可面向中西醫(yī)結(jié)合專業(yè)，教師首先將自己掌握的實(shí)際患者的病情數(shù)據(jù)輸入其中，系統(tǒng)自動(dòng)生成虛擬患者并進(jìn)行分類管理。豐富了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生還可自由選擇時(shí)間、地點(diǎn)，可隨時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)來(lái)操作，只需要一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)就可以通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)演示或進(jìn)行操作完成各種實(shí)驗(yàn)，最重要的是給學(xué)生一個(gè)良好的思維空間和體驗(yàn)階段，同時(shí)也給教師提供一個(gè)創(chuàng)新教學(xué)的機(jī)會(huì)，彌補(bǔ)了教學(xué)上的不足。

二、醫(yī)學(xué)院校虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中的問(wèn)題

（一）教學(xué)理念落后，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備陳舊，阻礙虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)

現(xiàn)在很多醫(yī)學(xué)院校在虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)上比較基礎(chǔ)，其實(shí)驗(yàn)設(shè)備依舊較陳舊，特別是醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室。更加注重學(xué)生理論知識(shí)的教學(xué)以及考試成績(jī)的提高，這種觀念限制了虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。

（二）實(shí)際教學(xué)過(guò)程中虛擬實(shí)驗(yàn)室不可以完全取代真實(shí)實(shí)驗(yàn)室

虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)是很有創(chuàng)新意義的一個(gè)項(xiàng)目，雖然具有特別逼真的沉浸感，使人身臨其境，可以提供現(xiàn)實(shí)中的氛圍，為學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)、實(shí)踐項(xiàng)目提供了好的環(huán)境，但是也存在某些局限性，如設(shè)備的參數(shù)和實(shí)物的參數(shù)有所差別，缺乏真實(shí)實(shí)驗(yàn)中視、聽、觸全方位的教學(xué)體驗(yàn)，這些是將來(lái)從事臨床工作所必需有的真實(shí)體驗(yàn)。另外，在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中有利于培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)的合作意識(shí)和解決困難的能力，這些都是虛擬實(shí)驗(yàn)所不具備的，因此在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中不可以完全取代真實(shí)實(shí)驗(yàn)。所以一些院校在虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)兩者之間選擇后者，限制了虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的發(fā)展。

（三）構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)還不夠成熟

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建過(guò)程中，很多醫(yī)學(xué)院校在構(gòu)建技術(shù)上表現(xiàn)得還不夠成熟。首先，硬件部分。其遠(yuǎn)程客戶端的開發(fā)技術(shù)還較為基礎(chǔ)，在腳本以及動(dòng)態(tài)組件方面，其服務(wù)器還無(wú)法較好的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。但是在大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中，其都采用Web服務(wù)器進(jìn)行程序的處理。其次，在虛擬現(xiàn)實(shí)的軟件基礎(chǔ)方面還較為薄弱。虛擬現(xiàn)實(shí)的要求較高，其不僅對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)有所涉及，同時(shí)還對(duì)虛擬環(huán)境有一定的要求，很多高校在VR建模技術(shù)的應(yīng)用時(shí)，還不夠完善，這就很難實(shí)現(xiàn)三維圖形的立體顯示，從而給實(shí)驗(yàn)室軟件構(gòu)建帶來(lái)一定的障礙。由于醫(yī)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)軟件的設(shè)計(jì)、開發(fā)者需要既懂計(jì)算機(jī)信息技術(shù)又懂醫(yī)學(xué)專業(yè)才行，使得軟件課程的開發(fā)種類雖多，僅是基于某一門課程實(shí)現(xiàn)，且在某課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上有所限制。如何開發(fā)出某一類學(xué)科的虛擬實(shí)驗(yàn)通用模型，實(shí)現(xiàn)基于此平臺(tái)的二次開發(fā)，以避免不必要的重復(fù)勞動(dòng)，提高開發(fā)效率，使之成為社會(huì)化的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的產(chǎn)品。

三、醫(yī)學(xué)院校虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)的對(duì)策

更新教育觀念，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法有效結(jié)合，充分發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)室對(duì)教學(xué)的輔助作用，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主動(dòng)性。先進(jìn)的醫(yī)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，滿足醫(yī)學(xué)教學(xué)需求，使參與者參與交互，感到身臨其境，是設(shè)計(jì)和建立虛擬實(shí)驗(yàn)室的根本標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)基于Windows平臺(tái)和Internet架構(gòu)，整體性、先進(jìn)性、開放性、可拓展性是虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必然要求。二次開發(fā)與三維數(shù)據(jù)處理，沉浸式立體顯示，六自由度實(shí)時(shí)交互，力和觸覺反饋以及立體音效輸出，是系統(tǒng)所具備的功能。系統(tǒng)主要由開發(fā)和渲染平臺(tái)，三維沉浸式顯示系統(tǒng)，三維交互系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)組成。

（一）更新教育觀念，有效地建立虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心

科學(xué)、合理地使用虛擬實(shí)驗(yàn)室，給學(xué)生良好的思維空間，使之與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)有效結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新和動(dòng)手實(shí)踐能力，更好地為教學(xué)服務(wù)。學(xué)校應(yīng)當(dāng)根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況、專業(yè)特點(diǎn)量身建立學(xué)校特有的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。

（二）渲染平臺(tái)以及開發(fā)

開發(fā)與渲染平臺(tái)主要包括工作站以及虛擬現(xiàn)實(shí)軟件平臺(tái)兩個(gè)部分。主要是指，三維圖像處理生成與處理系統(tǒng)，兼?zhèn)湓俅伍_發(fā)創(chuàng)作，對(duì)整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用、處理，起到核心的作用。這是建立教學(xué)模型和應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)開發(fā)平臺(tái)，對(duì)其他子系統(tǒng)的運(yùn)行起到連接和協(xié)調(diào)的作用。把握其他子系統(tǒng)的運(yùn)行，兼?zhèn)溟_發(fā)、創(chuàng)新、運(yùn)轉(zhuǎn)的作用，建立合適完整的教學(xué)模型。

（三）六自由度實(shí)時(shí)交互系統(tǒng)

虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的最大價(jià)值和功能，就是實(shí)時(shí)交互。實(shí)時(shí)交互是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及三維動(dòng)畫和多媒體的區(qū)別所在。虛擬外設(shè)作為人機(jī)交互的工具和實(shí)現(xiàn)手段在虛擬現(xiàn)實(shí)交互中起到很大的作用。六自由度交互系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)觸覺反饋系統(tǒng)，數(shù)據(jù)手套和位置跟蹤器等，是常見的幾個(gè)部分。這些設(shè)備都將安裝在工作站上，供用戶進(jìn)行人和機(jī)器的交流與體驗(yàn)。

（四）加強(qiáng)虛擬實(shí)驗(yàn)軟件研發(fā)人員的合作

在進(jìn)行醫(yī)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)軟件設(shè)計(jì)、開發(fā)過(guò)程中，可采取專業(yè)的計(jì)算機(jī)技術(shù)人員與專業(yè)課程教師合作的形式。目前許多軟件公司與高校聯(lián)手開發(fā)實(shí)驗(yàn)軟件。根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)，細(xì)致剖析實(shí)驗(yàn)的具體設(shè)計(jì)思路。了解實(shí)驗(yàn)的本身目的、原理、過(guò)程及特點(diǎn)等，更重要的是分析實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)，要根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，確定虛擬實(shí)驗(yàn)中需要制作的模型及其精細(xì)程度、交互和反饋環(huán)節(jié)，從而確定進(jìn)行問(wèn)題情境設(shè)計(jì)所要解決的問(wèn)題和切入點(diǎn)。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)在醫(yī)學(xué)科技的不斷發(fā)展，人們對(duì)醫(yī)學(xué)的要求越來(lái)越高，醫(yī)學(xué)院校虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)十分關(guān)鍵，是提高學(xué)生實(shí)踐能力的基礎(chǔ)。在進(jìn)行醫(yī)學(xué)院校虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)從實(shí)際出發(fā)，對(duì)建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的資金以及建設(shè)環(huán)境進(jìn)行充分的考慮，做好平臺(tái)開發(fā)以及三維系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)工作，從而全面提升醫(yī)學(xué)院校建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的水平。

參考文獻(xiàn)：

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