建設虛擬仿真實驗平臺的意義與內(nèi)容初探※

吳若霞 劉慧萍 李 玲 劉 俐陳沙 曹 蓉 劉平安 張國民*

（1湖南中醫(yī)藥大學醫(yī)學基礎教學實驗中心，長沙410208；2中醫(yī)方證研究轉(zhuǎn)化醫(yī)學湖南省高校重點實驗室，長沙410208）

建設虛擬仿真實驗平臺的意義與內(nèi)容初探※

吳若霞1，2劉慧萍1，2李 玲1，2劉 俐1陳沙1曹 蓉1劉平安1張國民1*

（1湖南中醫(yī)藥大學醫(yī)學基礎教學實驗中心，長沙410208；2中醫(yī)方證研究轉(zhuǎn)化醫(yī)學湖南省高校重點實驗室，長沙410208）

基于虛擬仿真技術(shù)強大的應用前景，和國家大力扶植中醫(yī)藥教育事業(yè)發(fā)展的契機，我校將重點建設虛擬仿真實驗平臺，其意義主要是豐富實驗教學內(nèi)容、增加師生互動、調(diào)動積極性、提高實驗的安全性、節(jié)約實驗成本、激發(fā)學生創(chuàng)新積極性、提高學生的臨床技能、增加學生對前沿知識的了解，從而提升我校教學水平。

虛擬仿真；實驗教學；中醫(yī)藥

虛擬仿真(Virtual Reality，VR)又稱虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是當今非常流行的新型教學媒體，是涉及計算機圖形學、人機交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等的綜合集成技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)可以呈現(xiàn)可視化實驗操作環(huán)境，通過操作虛擬實驗儀器或者設備進行各種實驗，達到與真實實驗相一致的教學目的和要求，在教育領(lǐng)域中具有強大的應用前景，而在醫(yī)學教育中更具有重大意義。

1 我校虛擬仿真實驗平臺建設情況

我校醫(yī)學基礎教學實驗中心由醫(yī)學類基礎學科生理學、藥理學、病理生理學、醫(yī)學生物學、組織胚胎學、病理學、微生物與免疫學、生物化學與分子生物學八大類教學實驗室和中醫(yī)學類實驗針灸學、方劑學、中醫(yī)基礎三大類教學實驗室合并而組建，為建設多層次、學科交叉、按功能分類的教學實驗平臺，中心下設機能學實驗室、顯微形態(tài)學實驗室、病原免疫學實驗室、生化與分子生物學實驗室共四大類實驗室，教學內(nèi)容涉及廣泛[1]。實驗教學是教學活動中的重要環(huán)節(jié)，是從理論走向?qū)嵺`的橋梁，實驗條件決定著學生動手能力、創(chuàng)新精神和綜合素質(zhì)的水平[2]。近年來，隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展和深入，黨中央、國務院高度重視教育信息化工作，在《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》第十九章“加快教育信息化進程”中明確指出：“加強網(wǎng)絡教學資源體系建設，引進國際優(yōu)質(zhì)數(shù)字化教學資源，開發(fā)網(wǎng)絡學習課程，建立數(shù)字圖書館和虛擬實驗室，建立開放靈活的教育資源公共服務平臺，促進優(yōu)質(zhì)教育資源普及共享。[3]”我校將在現(xiàn)有的校園網(wǎng)和省級醫(yī)學基礎實驗教學中心基礎上，大力推進虛擬仿真實驗平臺的建設工作，致力于將模擬、仿真實驗引入實驗教學，為學生和教師提供“自主式”、“交互式”、“開放式”的實驗環(huán)境，將對我校教學質(zhì)量提高產(chǎn)生積極重要的作用。

2 開展虛擬仿真實驗平臺建設的意義

2.1 豐富實驗教學內(nèi)容醫(yī)學教育重視直觀、生動，但在教學過程中，許多內(nèi)容無法直接展示。醫(yī)學教育又非常重視實踐，理論必須與實踐相結(jié)合，讓學生掌握一定數(shù)量的綜合實驗才具備一定的素質(zhì)能力，是提高醫(yī)學生操作技能的重要環(huán)節(jié)。虛擬仿真軟件及虛擬課堂相結(jié)合，可以打破某些實驗教學過程中的局限，為教師、學生提供一個直觀的方式，讓學生觀察到普通教學中無法觀察到的內(nèi)容。比如失血過程中毛細血管網(wǎng)的改變、病毒或細菌的生長過程、細胞增殖或凋亡的詳細過程等。

2.2 增加師生互動調(diào)動雙方積極性在虛擬仿真實驗條件下，課堂教學不再局限于有形的教室中，亦不再局限于單純的教學平面圖片或者是視頻，教學活動的空間得到了擴展；同時，對于學生而言，對知識的掌握也不再僅僅局限于課堂，對于課堂上未能及時理解或者掌握的知識點及操作，可以在課余時間去學習，學生的學習時間也有了擴展，有助于加深知識的理解和掌握。另外，通過軟件的設置，教師可以統(tǒng)計出學生學習的時間，并可以更直觀地了解學生學習每個知識點的時間，從而更準確地判斷學生在學習過程中的難點或是興趣所在，提高教學質(zhì)量。

2.3 提高實驗的安全性有些微生物實驗在操作過程中具有污染風險，對實驗條件及實驗操作者要求較高。因此，在教學過程中，可以利用虛擬仿真技術(shù)讓學生先熟悉相關(guān)操作流程和注意事項，培養(yǎng)學生對醫(yī)學儀器設備、器械的正確使用，及實驗技術(shù)的規(guī)范化操作等，考核合格后再進行實物操作，有利于提高學生的操作技能，提高實驗的安全性。

2.4 節(jié)約實驗成本許多實驗一直受到實驗儀器和耗材昂貴、實驗原材料匱乏、實驗準備時間過長等條件的局限難以開展，且高校每年為處理實驗廢棄物、動物標本等需要支付大量資金，并存在一定的安全隱患。對于這些實驗，可以用虛擬仿真實驗代替。一方面，學生雖然無法進行實物操作，但是可以讓學生通過虛擬仿真實驗一步步觀察、體會實驗過程和實驗內(nèi)容，可以明確實驗步驟的意義，獲得身臨其境的體驗；另一方面，虛擬仿真實驗可以替代這些成本高、廢棄物難處理、污染風險大的實驗，可長期、大范圍、重復使用，避免對實驗內(nèi)容不夠了解或者對儀器使用不夠熟悉而造成的浪費，從而降低教學、實驗成本。

2.5 激發(fā)學生創(chuàng)新積極性我校醫(yī)學基礎教學實驗中心下設湖南省大學生創(chuàng)新性訓練中心，目的是培養(yǎng)在校大學生的創(chuàng)新意識。若通過網(wǎng)絡將虛擬仿真系統(tǒng)向?qū)W生開放，實驗儀器、裝置、實驗對象與實驗現(xiàn)場情況一致，將真實的實驗場景展現(xiàn)在學生面前，學生可自選感興趣的實驗項目，學習實驗指導，模擬實驗儀器的使用和實驗技術(shù)操作，并可模擬指標檢測并導出相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析，滿足學生的不同需求，從而增強學生的學習興趣、開拓學生視野、充分調(diào)動學生的創(chuàng)新積極性。

2.6 提高學生的臨床技能醫(yī)學生臨床技能水平是高校教學質(zhì)量的重要體現(xiàn)。隨著高校的迅速擴招，許多高等醫(yī)學院校面臨著實踐教學基地和臨床帶教老師相對減少的問題；面對現(xiàn)在的醫(yī)患關(guān)系環(huán)境，以病人為主要訓練對象的傳統(tǒng)臨床實踐技能訓練的機會大大減少。這些問題使醫(yī)學院校在醫(yī)學人才的培養(yǎng)的過程中面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。虛擬仿真實驗室可以將有代表性的臨床資料通過虛擬仿真技術(shù)的轉(zhuǎn)化，逼真地模擬臨床接診患者的過程。虛擬仿真技術(shù)可以構(gòu)建中醫(yī)四診合參虛擬、構(gòu)建中藥種植產(chǎn)地重現(xiàn)、構(gòu)建中醫(yī)名方配伍規(guī)律、構(gòu)建中醫(yī)名醫(yī)經(jīng)驗傳承等[4]，學生可以模擬診斷、評估、治療患者的過程。同時，還可以與老師和其他學生進行討論和交流，這種交互式的學習體驗，可以實現(xiàn)學生對于臨床常見疾病診斷處理能力的熟悉和掌握，有利于學生臨床思維和技能的培養(yǎng)，提高醫(yī)學生的整體素質(zhì)。

2.7 增加學生對前沿知識的了解醫(yī)學行業(yè)的特殊性要求醫(yī)生對醫(yī)學領(lǐng)域前沿知識有一定認識。對于醫(yī)學生而言，對于醫(yī)學行業(yè)前沿知識的了解途徑非常局限。而前沿技術(shù)所涉及的儀器、耗材等一般都比較昂貴。通過虛擬仿真實驗技術(shù)，可以將這些技術(shù)進行轉(zhuǎn)化，讓學生通過虛擬操作建立一定的認識，也激發(fā)學生對新知識的學習熱情。

3 我校虛擬仿真實驗平臺建設內(nèi)容

我校擬建成虛擬仿真實驗室建設內(nèi)容主要包括優(yōu)化虛擬仿真教學資源、規(guī)范平臺管理、加強隊伍建設三個方面。

3.1 優(yōu)化虛擬仿真教學資源我校虛擬仿真實驗平臺擬構(gòu)建微生物學和免疫學、分子生物學、機能學、中醫(yī)診斷學、方劑學、中藥學等多個模塊，可完成30多個實驗項目。每個實驗項目都包括實驗指導、虛擬實驗、動手實驗、考核四個部分。雖然課程門類繁多，但通過虛擬仿真實驗平臺，整合優(yōu)化不同學科的資源，使不同學科的實驗室相互交融、資源共享，減少不必要的重復開發(fā)和浪費，并在其中融入中醫(yī)特色，也有助于學生在學習過程中觸類旁通，掌握更多知識。

3.2 規(guī)范虛擬仿真實驗平臺管理虛擬仿真實驗平臺建設一方面要注重內(nèi)容的完善與規(guī)范，所有課程的設置、課程表、教學大綱、教學計劃、教學課件、實驗預習、實驗錄像等內(nèi)容都應規(guī)范和俱全。另一方面要注重管理制度的完善，中心主任、負責人等分工職責要明確；虛擬仿真平臺的研究、開發(fā)、測試、評估、認證、維護、培訓等環(huán)節(jié)的標準化制度要做好整體規(guī)劃，建立健全相關(guān)標準。最終實現(xiàn)基于網(wǎng)絡平臺統(tǒng)一管理、統(tǒng)籌安排、優(yōu)化組合、提高教學和科研效率。

3.3 加強隊伍建設我校醫(yī)學基礎實驗教學中心十分重視教師隊伍建設，現(xiàn)規(guī)劃從教師年齡結(jié)構(gòu)、學歷層次、學科分布入手，采用多種形式提高人員的業(yè)務素質(zhì)，如參加學術(shù)會議、參與相關(guān)課題組交流會、設立實驗室基金，在政策上傾斜以促進他們更新教學理念、豐富教學方法、增強研究能力與管理能力，鼓勵青年教師和虛擬仿真技術(shù)研發(fā)教師加入，建設一支高水平、結(jié)構(gòu)合理、專兼職結(jié)合、可持續(xù)發(fā)展的高水平實驗教學隊伍。

4 結(jié)語

基于虛擬仿真技術(shù)強大的應用前景，和國家大力扶植中醫(yī)藥教育事業(yè)發(fā)展的契機，我校將致力于搭建以學生為主體，“教學-科研-臨床”相結(jié)合的現(xiàn)代化實驗教學平臺，克服傳統(tǒng)實驗教學方法的局限、提高學生的學習積極性和創(chuàng)新能力、培養(yǎng)學生的中醫(yī)臨床思維，提高學生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)高質(zhì)量的中醫(yī)人才；并進一步完善虛擬仿真實驗教學管理共享平臺，優(yōu)化管理體系，提升隊伍的素質(zhì)，并提高平臺信息化共享和服務水平。

[1]劉慧萍，葛金文，張國民，等.基礎醫(yī)學實驗技能大賽對中醫(yī)院校實驗教學質(zhì)量的影響[J].中國中醫(yī)藥現(xiàn)代遠程教育，2015，13(1):75-76.

[2]諶新興，龔興牡，石慧娟，等.醫(yī)學虛擬實驗平臺在實驗教學中的應用[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2016，34(2):45-46.

[3]國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要工作小組辦公室.國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年).2010.7．

[4]劉升長，章文春，謝斌，等.虛擬仿真實驗教學中中醫(yī)思維的虛擬重現(xiàn)[J].亞太傳統(tǒng)醫(yī)藥，2015，11(21):142-143.

Discussion on the Significance and Con ten t of the Construction o f Virtual Sim ulation Experim en t Platfo rm

WURuoxia1,2,LIUHuiping1,2,LILing1,2,LIU Li1,CHEN Sha1,CAORong1,LIU Pingan1,ZHANGGuomin1*
(1.The ExperimentCenterof Basic M edicine Teaching,Hunan University of ChineseM edicine,Changsha 410208,China; 2.Key Laboratoryof Collegesand Universities,TraditionalChineseMedicine Prescription and Transformation ofMedical Laboratory, Changsha 410208,China)

Based on the strong application prospect of virtual simulation technology and the great support of the state in the development of TCM education,our university will focus on building a virtual simulation experiment platform,which will enrich the experimental teaching content,increase the enthusiasm of teachers and students and mobilize the enthusiasm,improve the safety of the experiment,save the cost of experiment,stimulate the enthusiasm of students,improve their clinical skills,and increase students' knowledge of frontier knowledge,so as to enhance our teaching level.

virtual simulation;experimental teaching;traditional Chinesemedicine

10.3969/j.issn.1672-2779.2017.05.021

1672-2779（2017）-05-0048-02

：李海燕本文校對：李玲

2016-11-08）

湖南省教育科學“十二五”規(guī)劃課題【No：XJK014AGD012，XJK015AGD008】

*通訊作者：834095773@qq.com