虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在機(jī)能實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用分析

周峰

摘 要：醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)，隨著科技的發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在機(jī)能實(shí)驗(yàn)中的地位越來越重要。本文將就虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的具體應(yīng)用進(jìn)行探討，根據(jù)實(shí)驗(yàn)前的系統(tǒng)架設(shè)和實(shí)驗(yàn)中的系統(tǒng)應(yīng)用兩個(gè)層面，對虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行全面的分析，冀以通過本文對今后虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；醫(yī)學(xué)教育；基礎(chǔ)教學(xué)；機(jī)能實(shí)驗(yàn)

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）19-0047-02

醫(yī)學(xué)教育在進(jìn)行機(jī)能學(xué)教學(xué)時(shí)，通常會(huì)選用實(shí)驗(yàn)的方法來培養(yǎng)醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)踐能力。然而機(jī)能學(xué)的主要內(nèi)容人類疾病的模型，這在傳統(tǒng)的教學(xué)當(dāng)中無法通過實(shí)驗(yàn)的方式完全還原，同時(shí)教師的授課方式也存在著缺少時(shí)效性和直觀性的特點(diǎn)。而在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)引入之后，通過虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行機(jī)能實(shí)驗(yàn)?zāi)M，效果非常突出。

1 機(jī)能實(shí)驗(yàn)前的虛擬實(shí)驗(yàn)室架設(shè)

1.1 機(jī)能實(shí)驗(yàn)前的實(shí)驗(yàn)室硬件架設(shè)

一般的虛擬實(shí)驗(yàn)室所選用的虛擬系統(tǒng)的硬件設(shè)施以服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)為主，并利用C/S方式實(shí)現(xiàn)模式架構(gòu)，這樣一來可以通過服務(wù)器的指令實(shí)現(xiàn)客戶機(jī)的素材表達(dá)，并充分地為后期機(jī)能實(shí)驗(yàn)服務(wù)。因此在建設(shè)中首先需要設(shè)立一間以HP為專業(yè)服務(wù)器的主服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)控制室，在網(wǎng)絡(luò)控制室中，HP專業(yè)服務(wù)器需要兩臺(tái)及以上，以便滿足服務(wù)器的基本需求。其中一臺(tái)作為虛擬實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)連接支持和管理，需要優(yōu)先安裝網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；而另一臺(tái)則充當(dāng)內(nèi)容的數(shù)據(jù)庫，安裝虛擬實(shí)驗(yàn)室。湖南中醫(yī)藥大學(xué)的醫(yī)學(xué)專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中，為了滿足需求，累計(jì)投入了三臺(tái)交換機(jī)和接近100臺(tái)實(shí)驗(yàn)所需的計(jì)算機(jī)，通過120口的百兆網(wǎng)與服務(wù)器相連接。從而形成了機(jī)能的局域網(wǎng)，可以通過自動(dòng)轉(zhuǎn)換的IP地址與校園網(wǎng)相連接。目前我院累計(jì)投入了60臺(tái)實(shí)驗(yàn)所需的計(jì)算機(jī)，從而形成了機(jī)能的局域網(wǎng)，暫時(shí)沒有與校園網(wǎng)連接。

1.2 機(jī)能實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)室的軟件架設(shè)

軟件環(huán)境的建設(shè)需要根據(jù)機(jī)能的特點(diǎn)，將核心確定為虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輔助工作。從而在校園網(wǎng)環(huán)境之下，建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的軟件構(gòu)造，打造出具有機(jī)能價(jià)值的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。其主要構(gòu)成有：虛擬實(shí)驗(yàn)所需要的主服務(wù)器，使其成為虛擬實(shí)驗(yàn)全部數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，可以在操作中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀出和修改兩個(gè)方面的能力；與此同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的教師機(jī)和學(xué)生機(jī)需要能夠構(gòu)成一個(gè)小的局域網(wǎng)，在安裝了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主控端和安裝了醫(yī)學(xué)機(jī)能虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的客戶端之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。而對于學(xué)生機(jī)來說，需要將這一系統(tǒng)與全部醫(yī)學(xué)機(jī)能虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)客戶端相連接。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)下熱門的是Cyberclass5系統(tǒng)，而醫(yī)學(xué)機(jī)能虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)客戶端則選擇應(yīng)用VBL-100，這兩個(gè)系統(tǒng)具有操作簡單效率高的特點(diǎn)[1]，被廣泛應(yīng)用于虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建當(dāng)中。

2 機(jī)能實(shí)驗(yàn)中虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)前期培訓(xùn)應(yīng)用

對于醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生來說，醫(yī)學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)是其進(jìn)入醫(yī)學(xué)院以來首次接觸到的活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)課程，對于部分學(xué)生來說，心理障礙和認(rèn)知障礙是非常巨大的挑戰(zhàn)。因此多數(shù)醫(yī)學(xué)院在開展相應(yīng)課程之前都會(huì)給予學(xué)生以一段時(shí)間的緩沖期進(jìn)行培訓(xùn)，從而使其在面對活體實(shí)驗(yàn)時(shí)盡可能多地降低心理障礙。此外，在實(shí)驗(yàn)的過程中，由于課程時(shí)間緊迫，一些相對較為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)如氣管插管、膀胱插管或者如耳緣靜脈注射等實(shí)際操作的內(nèi)容，會(huì)由于操作方式缺乏專業(yè)訓(xùn)練使得手法非常生疏，在實(shí)驗(yàn)過程中常常出現(xiàn)手忙腳亂的情況。因此在課程開始之前需要對學(xué)生進(jìn)行一部分內(nèi)容的提前培訓(xùn)，以幫助其在實(shí)驗(yàn)過程中更加輕松地對操作方式進(jìn)行掌握。

虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在課前培訓(xùn)當(dāng)中具有十分巨大的優(yōu)勢。在課程開始之前，教師組織學(xué)生前往虛擬實(shí)驗(yàn)室中，由教師結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的相關(guān)資料、動(dòng)物房、準(zhǔn)備室等內(nèi)容向?qū)W生一一進(jìn)行介紹，同時(shí)在介紹當(dāng)中可以適當(dāng)?shù)貙?dòng)物學(xué)相關(guān)知識、生物信號的系統(tǒng)采集方法和手術(shù)器械的正確使用等進(jìn)行講解，使學(xué)生在第一次接觸實(shí)驗(yàn)操作時(shí)更加清楚地了解到實(shí)驗(yàn)操作的各個(gè)層面，從而更加擁有自信和技術(shù)。

2.2 虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在過程中的實(shí)驗(yàn)課輔助應(yīng)用

雖然虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)的方式有著長足的進(jìn)步，但是在實(shí)驗(yàn)過程中，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)依然需要作為動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的輔助方式來進(jìn)行。這是因?yàn)獒t(yī)學(xué)生在進(jìn)行機(jī)能學(xué)習(xí)時(shí)需要遵循正常生理-疾病生理-藥物作用這三個(gè)重要步驟，而動(dòng)物實(shí)驗(yàn)當(dāng)中所擁有的基本技能的訓(xùn)練和系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)是最為直接也最為全面的方式。因此在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要作為動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的輔助作用出現(xiàn)。在實(shí)踐當(dāng)中，教師可以利用VBL-100系統(tǒng)中自帶的影像系統(tǒng)對以往實(shí)驗(yàn)中的具體操作方法進(jìn)行展示[2]，從而省去了教師講解的時(shí)間。此外在實(shí)際操作時(shí)，學(xué)生可以在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中展開仿真實(shí)驗(yàn)，通過仿真實(shí)驗(yàn)當(dāng)中各種情況的處理，學(xué)生能夠充分掌握操作過程中各種注意事項(xiàng)，之后再參與到動(dòng)物實(shí)驗(yàn)當(dāng)中來。這樣一來可以使學(xué)生在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的過程當(dāng)中更加得心應(yīng)手，例如實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的重要難點(diǎn)減壓神經(jīng)放電的操作中，學(xué)生通過了虛擬操作之后，對交感神經(jīng)、迷走神經(jīng)的辨別已經(jīng)有了一定的水平，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的操作中才能更加準(zhǔn)確地尋找到神經(jīng)位置，并進(jìn)行刺激器的程控和手動(dòng)操作。

2.3 虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在后的復(fù)習(xí)應(yīng)用

在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，學(xué)生需要對學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)，以便實(shí)現(xiàn)對知識的鞏固和加強(qiáng)。在復(fù)習(xí)當(dāng)中，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的反復(fù)演練可以幫助學(xué)生對某些掌握得并不充分的操作手法和手術(shù)手法加以反復(fù)練習(xí)，從而達(dá)到完全掌握的目的。例如“T”字形氣管切口的方法，對于學(xué)生來講是當(dāng)中的一大難點(diǎn)，多數(shù)學(xué)生反映在實(shí)際操作中無法準(zhǔn)確地掌握手術(shù)手法，無法對氣管切口位置進(jìn)行判斷。其根本原因在于實(shí)踐操作的缺失，導(dǎo)致手術(shù)手法的不熟練[3]。在以往的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作部分只能停留在課堂當(dāng)中，在課后復(fù)習(xí)的過程中只有通過教材文字和自我印象進(jìn)行了解和回憶，這種方式對于學(xué)生的成長很難起到作用。而虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的引入可以充分使學(xué)生擁有更多的操作機(jī)會(huì)，通過不斷地手術(shù)實(shí)踐，提升其技術(shù)能力。

2.4 虛擬系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)拓展

在未來的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，虛擬將會(huì)成為主要的手段之一。虛擬系統(tǒng)的應(yīng)用不但打破了傳統(tǒng)中缺乏實(shí)踐的困境，同時(shí)也為學(xué)生提供了更多的實(shí)踐機(jī)會(huì)，對于學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)的提升和自我成長有著非常重要的積極作用。同時(shí)隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將在打破時(shí)間限制的同時(shí)也打破空間的限制。在未來的發(fā)展趨勢中，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以作為機(jī)能的網(wǎng)絡(luò)化一部分成為網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)當(dāng)中的一員，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，根據(jù)自身的學(xué)習(xí)需求，對學(xué)習(xí)內(nèi)容和實(shí)踐操作進(jìn)行預(yù)約、學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)。同時(shí)在平臺(tái)當(dāng)中，學(xué)生還可以根據(jù)自己的興趣愛好進(jìn)行學(xué)習(xí)內(nèi)容的選擇，例如血液系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的血型鑒定的操作，學(xué)生就可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)約，在模擬實(shí)驗(yàn)當(dāng)中完成相應(yīng)的內(nèi)容，收獲到具有豐富價(jià)值的知識內(nèi)容。

3 結(jié)語

虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一種依托于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的模擬仿真系統(tǒng)，對于醫(yī)學(xué)院的學(xué)習(xí)來說，該系統(tǒng)具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，既滿足了實(shí)驗(yàn)器材的需要，又能夠?qū)W(xué)生的知識提升起到?jīng)Q定性的幫助。此外，在發(fā)展過程當(dāng)中，除了應(yīng)用層面的改變之外，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)也兼具了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)踐活動(dòng)中所具備的時(shí)間空間上的延伸，在未來，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將不再局限于某一個(gè)時(shí)間段某一個(gè)教室中，而是可以根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的情況進(jìn)行自主選擇，更加具有便利性。

參考文獻(xiàn)

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