構(gòu)建中醫(yī)院?；A(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室

趙福建　張瑋　王謙　任麗薇　陶仕英　白錦雯

摘要：現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育中，中醫(yī)院校對(duì)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)大都存在著對(duì)實(shí)驗(yàn)形式和內(nèi)容的要求越來(lái)越高，但實(shí)驗(yàn)設(shè)備、器材、環(huán)境和經(jīng)費(fèi)相對(duì)落后的矛盾。如果能構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室，恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)的仿真、模擬功能，則可以變抽象為具體，使靜態(tài)內(nèi)容動(dòng)態(tài)化，逼真地模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中宏觀變化中的微觀過(guò)程，變微觀為直觀，讓學(xué)生觀察、體驗(yàn)、感受事物發(fā)展過(guò)程中的微觀現(xiàn)象，能夠把實(shí)驗(yàn)教學(xué)中難以描述、難以突破的難點(diǎn)、重點(diǎn)、生動(dòng)形象地表現(xiàn)出來(lái)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)學(xué)知識(shí)的記憶和理解。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)；虛擬實(shí)驗(yàn)室；模擬實(shí)驗(yàn)

北京中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心屬于國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心也是北京市實(shí)驗(yàn)示范中心和北京高等學(xué)校示范性校內(nèi)創(chuàng)新實(shí)踐基地。在該實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的基礎(chǔ)上正在有計(jì)劃地進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè) ，構(gòu)建了虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，對(duì)開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了初步探索。

構(gòu)建醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室是科技發(fā)展的必然。醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)醫(yī)學(xué)及相關(guān)專業(yè)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)思維方法及嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度的重要途徑。中醫(yī)專業(yè)的學(xué)生要成為一個(gè)合格的醫(yī)生，不僅要掌握中醫(yī)基本理論、中醫(yī)經(jīng)典及中醫(yī)臨床知識(shí)，也要掌握現(xiàn)代醫(yī)學(xué)知識(shí)。教育部關(guān)于"十二五"期間實(shí)施"高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程"的意見(jiàn)中提出"卓越醫(yī)生教育培養(yǎng)計(jì)劃"，對(duì)醫(yī)學(xué)院校的人才培養(yǎng)也提出了更高的要求[1]。

1虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的引入可提高形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的課時(shí)效率

1.1在傳統(tǒng)人體解剖學(xué)教學(xué)中，教師使用實(shí)物標(biāo)本、教學(xué)模具、多媒體課件等幫助學(xué)生理解人體的形態(tài)結(jié)構(gòu)。虛擬實(shí)驗(yàn)室可通過(guò)建立數(shù)字虛擬人體平臺(tái)，在計(jì)算機(jī)上建立三維人體模型，能更好地展現(xiàn)人體空間的準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)和層次關(guān)系[3]。學(xué)生只需將鼠標(biāo)移到某一解剖結(jié)構(gòu)上，該結(jié)構(gòu)的詳細(xì)說(shuō)明便會(huì)顯示出來(lái)。這使學(xué)生能夠反復(fù)多次觀察人體復(fù)雜多樣的組織器官，便于理解和記憶其形態(tài)、位置和毗鄰關(guān)系。也可進(jìn)行虛擬解剖操作，通過(guò)點(diǎn)擊、選擇即可完成逐層解剖、構(gòu)建組織與器官等，極大地增加了學(xué)生的操作機(jī)會(huì)，鍛煉了動(dòng)手能力，同時(shí)啟發(fā)臨床思維。數(shù)字虛擬人體平臺(tái)作為尸體解剖的輔助訓(xùn)練和前期練習(xí)，可以提高解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)效。

1.2傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)組織胚胎學(xué)與病理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師借助光學(xué)顯微鏡和組織切片，向?qū)W生闡述各種正常及病理狀態(tài)下的細(xì)胞、組織、器官的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。教學(xué)模式存在玻片制作成本高，且易破損或褪色，后期投入資金加大、學(xué)生學(xué)習(xí)局限于專業(yè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，受時(shí)間和空間的限制的問(wèn)題。這些問(wèn)題必然會(huì)影響形態(tài)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)將普通玻璃切片掃描、重構(gòu)形成數(shù)字化切片，以圖像的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，以模擬顯微鏡觀察切片的全過(guò)程[4]。數(shù)字化切片具有圖像分辨率及色彩還原度高、不受顯微鏡、場(chǎng)地和時(shí)間的限制、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，可完美解決上述問(wèn)題。大大提高教師有限實(shí)驗(yàn)課程的課時(shí)教學(xué)效率。

2虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的引進(jìn)可延伸人體機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的時(shí)間和空間；提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的安全系數(shù)；提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。是實(shí)操實(shí)驗(yàn)課程的有益補(bǔ)充

人體機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)課程包括生化、生物、生理、病原微生物實(shí)驗(yàn)課程，在虛擬實(shí)驗(yàn)室中構(gòu)建虛擬仿真技能學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。依托網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、多媒體技術(shù)等，構(gòu)建一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，學(xué)生可通過(guò)鼠標(biāo)在虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行操作，掌握一些因?qū)嶒?yàn)條件不具備、實(shí)驗(yàn)操作危險(xiǎn)性較高、實(shí)驗(yàn)成本過(guò)高、實(shí)驗(yàn)消耗過(guò)大等原因無(wú)法真實(shí)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)[5]。以生理實(shí)驗(yàn)室為例，包含了神經(jīng)肌肉電生理實(shí)驗(yàn)、心血管系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、呼吸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、泌尿系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、消化道系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)等5個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，每個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K又下設(shè)若干個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括了實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)M、實(shí)驗(yàn)錄像、實(shí)驗(yàn)波形和結(jié)果等內(nèi)容。學(xué)生可根據(jù)自己的興趣選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行操作或者預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程通過(guò)鼠標(biāo)移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如果出現(xiàn)操作不當(dāng)或者操作失誤，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行自動(dòng)提示。學(xué)生也可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)錄像對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行提前預(yù)習(xí)或者在實(shí)驗(yàn)操作后進(jìn)行回顧。通過(guò)這種教學(xué)方式，一方面可以節(jié)約教學(xué)成本，另一方面也可以提高高校對(duì)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)能力。

3虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)引入中醫(yī)診斷實(shí)訓(xùn)課程和中藥學(xué)實(shí)訓(xùn)課程不僅提高了教學(xué)效果并延展課堂范圍

中醫(yī)診斷實(shí)訓(xùn)課程和中藥學(xué)實(shí)訓(xùn)課程是中醫(yī)院校的特色，對(duì)培養(yǎng)中醫(yī)學(xué)生成為一名真正優(yōu)秀的中醫(yī)人才起著橋梁的作用。虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)生成的一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它通過(guò)視、聽(tīng)、觸覺(jué)等作用于使用者，使之產(chǎn)生身臨其境的交互視景的仿真。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)可以將臨床病例收集整理并通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形、圖像處理與模式識(shí)別，智能技術(shù)、傳感技術(shù)、語(yǔ)言處理與音響技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多門(mén)科學(xué)，是現(xiàn)代仿真技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。使作者借助必要的設(shè)備自然地與虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互作用、相互影響，產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)和體驗(yàn)，使人機(jī)交互更加自然和諧。以多媒體編程技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ) ，應(yīng)用語(yǔ)義識(shí)別、T TS 發(fā)音、動(dòng)態(tài)圖形識(shí)別和多種音視頻素材，構(gòu)建一個(gè)仿真的臨床技能培訓(xùn)和診斷思維環(huán)境 ，采取人機(jī)交互方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。虛擬診斷技術(shù)具有創(chuàng)新性、交互性、智能性、仿真性、開(kāi)放性和可擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn) ，用于訓(xùn)練和培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生、研究生和青年醫(yī)師，有助于增強(qiáng)診斷學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果、提高學(xué)生的積極性和自主性、培養(yǎng)與學(xué)生臨床技能和思維能力。

4虛擬實(shí)驗(yàn)室的局限性

虛擬實(shí)驗(yàn)室雖具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是也存在某些局限性，所以在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中不可以完全取代真實(shí)實(shí)驗(yàn)室。虛擬實(shí)驗(yàn)室的局限性體現(xiàn)在以下3方面。

4.1設(shè)備參數(shù)測(cè)試與實(shí)物測(cè)試有差別，虛擬實(shí)驗(yàn)不能完全代替實(shí)物實(shí)驗(yàn)。

4.2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)屬于新興計(jì)算機(jī)技術(shù)的一種，要求教師具有較專業(yè)的計(jì)算機(jī)技能，而醫(yī)學(xué)專業(yè)教師主要側(cè)重于教學(xué)能力的培養(yǎng)和教學(xué)方法的探索，兩者有時(shí)不能得到統(tǒng)一。如何實(shí)現(xiàn)兩種能力的有機(jī)組合，又發(fā)揮專業(yè)技能優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)前亟需解決的問(wèn)題。

4.3傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并通過(guò)合作解決問(wèn)題。對(duì)于較復(fù)雜的自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生能對(duì)課本知識(shí)融會(huì)貫通，提高動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力；要求多位 學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作，明確分工。而虛擬實(shí)驗(yàn)室是對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)的三維重現(xiàn)，只包含已經(jīng)建模并輸出的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程，難以模擬具有創(chuàng)新性的自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

5結(jié)論

虛擬教學(xué)與實(shí)際教學(xué)要相輔相成。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)并不能完全取代實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)不能被完全抹殺。實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用于機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力，在實(shí)際操作中遇到問(wèn)題解決問(wèn)題。所以要合理利用虛擬實(shí)驗(yàn)，補(bǔ)充、延展實(shí)際實(shí)驗(yàn)，提高教學(xué)效率。

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編輯/丁一