基礎醫(yī)學虛擬仿真實驗教學現(xiàn)狀分析與展望*

樊守艷，王繼浩

（1.海南醫(yī)學院 基礎醫(yī)學與生命科學學院，海南 ?？?571199；2.海南醫(yī)學院 教務處，海南 海口571199）

基礎醫(yī)學課程如生理學、藥理學等，是連接基礎課程如生物化學、解剖學等與臨床醫(yī)學學習的橋梁，在理論學習的同時應加強實踐練習，許多醫(yī)學院校因此提出“多實踐，早臨床”的教學理念。傳統(tǒng)教學方式是在理論學習的同時加入相應的實驗教學，隨著學生人數(shù)的增加，設備和教學場地的限制，很多高校把所有基礎醫(yī)學實驗綜合在一起，成立機能實驗課程，即學生的理論學習和實驗操作不再同步進行，而是分學期完成。然而，教學的規(guī)律性決定理論知識的學習需要通過實驗教學來加強知識要點的把握，理論與實驗分開的教學模式不利于學生觀察問題、解決問題和創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)。

虛擬仿真實驗是在計算機的支持下，在虛擬實驗界面模擬實驗流程的實驗方法，在這種實驗過程中不需要實驗動物、實驗試劑、實驗器械的準備，也不局限于實驗場所的選擇，同時迎合了現(xiàn)代學生學習模式的計算機化、網(wǎng)絡化的特點?；A醫(yī)學虛擬仿真實驗教學可成為常態(tài)化的教學方式。

一、基礎醫(yī)學虛擬仿真實驗教學的現(xiàn)狀分析

1.教育部為開展醫(yī)學虛擬仿真實驗提供了政策支持

教育部發(fā)出通知，要求有關高校要高度重視實驗教學與信息化的深度融合，支持虛擬仿真實驗教學中心建設工作，并且鼓勵不同學校、不同地區(qū)甚至更廣泛的實驗教學資源共享。2015年教育部批準建設了100個國家級虛擬仿真實驗教學中心[1]，其中基礎醫(yī)學虛擬仿真實驗中心有3所，分別設在廣州醫(yī)科大學、安徽醫(yī)科大學和南京醫(yī)科大學?；A醫(yī)學相關虛擬仿真實驗中心有7所，分別設在第四軍醫(yī)大學、第二軍醫(yī)大學、廣西醫(yī)科大學、南方醫(yī)科大學、武漢大學、濰坊醫(yī)學院和南昌大學。其他各高校也根據(jù)實際情況，從校情出發(fā)，大力建設虛擬仿真實驗教學。如浙江大學基礎醫(yī)學部，開展基礎醫(yī)學仿真實驗教學，形成完整的一套教學秩序，包括專門的虛擬仿真實驗室、相關教材、教學大綱、專題討論等內(nèi)容。長沙醫(yī)學院、山東大學、廈門大學等也都在積極開展基礎醫(yī)學虛擬仿真實驗教學。良好的政策支持及導向，勢必會使虛擬仿真實驗教學快速發(fā)展，更加完善。

2.醫(yī)學教育的發(fā)展使開展基礎醫(yī)學虛擬仿真實驗教學成為必然

醫(yī)學院校教學規(guī)模擴大，招生人數(shù)大幅提高，不可避免地存在實驗場地面積和實驗設備的相對不足。同時由于學生課程增多，基礎醫(yī)學實驗教學的時間和空間安排受到限制，導致教學秩序矛盾頻發(fā)。另外，教學設備的更新隨著技術的發(fā)展加快了節(jié)奏，然而經(jīng)費的短缺使得實驗設備老化的矛盾日益突出。這些矛盾短時間無法解決。與傳統(tǒng)實驗教學相比，虛擬仿真實驗教學可以降低實驗室改造、建設和維護的資金，節(jié)省時間和空間成本。

傳統(tǒng)基礎醫(yī)學實驗受到研究條件的限制，把實驗按器官系統(tǒng)分為獨立的實驗，單次實驗只能接觸某個單獨器官組織的部分內(nèi)容，而虛擬實驗把不同器官系統(tǒng)的實驗放在一起，有助于學生對有機整體的把握，解決了傳統(tǒng)教學模式無法解決的認知片面性問題，推進了醫(yī)學教學整體化的進程。

3.以學生為主體的教育理念推動基礎醫(yī)學虛擬仿真實驗的發(fā)展

信息時代的學生接觸信息量大，思維活躍，需要更多的手段和渠道來獲取知識。隨著多種技術相融合的新型軟件的開發(fā)[2]，加上客戶端的開發(fā)，使學生在手機上就能完成操作，便于隨時隨地學習，充分調(diào)動其學習積極性。

基礎醫(yī)學學習內(nèi)容豐富，知識點瑣碎，學習起來比較枯燥，虛擬仿真實驗可以構(gòu)建生動逼真的實驗環(huán)境，并日趨精細化，極大的激發(fā)了學生的學習興趣。在興趣學習的推動下，也促使學生從課程內(nèi)容的單一接受者向創(chuàng)造者和設計者轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性。

4.信息技術學的發(fā)展，為開展虛擬仿真實驗提供了技術手段

隨著信息技術的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術得到迅速發(fā)展。第二代Web語言VRML2.0的開發(fā)應用，使得虛擬境況從靜態(tài)3D進化到動態(tài)、交互性和具有鏈接功能的高級展現(xiàn)，為基礎醫(yī)學虛擬實驗的進一步開發(fā)提供了技術支持。Java這種面向?qū)ο缶幊陶Z言的產(chǎn)生，把復雜的編程簡單化，可以大大提高虛擬實驗的智能化，使得基礎醫(yī)學虛擬實驗更接近實體實驗的操作。在虛擬實境技術上，Quicktime VR可以把收集到的圖像動態(tài)化，實驗者可以通過鍵盤和鼠標進入虛擬空間，而不再局限于特制的眼鏡。Cult3D因其文件體積小，跨平臺性能好，軟硬件要求低而得到迅速發(fā)展。逼真的畫質(zhì)，復雜的動畫，為物體添加交互性創(chuàng)造了條件，近來被廣泛應用于虛擬仿真系統(tǒng)的開發(fā)[3]。

在制作軟件方面，Maya軟件具有 3D建模、動畫、特效和高效的渲染功能，可以細膩地構(gòu)建基礎醫(yī)學虛擬實驗中所需的各種模型，創(chuàng)建逼真的三維影像。Photoshop可以對已有圖像進行編輯加工處理，還可運用一些特殊效果使圖片設計符合自己的構(gòu)思創(chuàng)意與視覺創(chuàng)意[4]。Flash系列軟件的開發(fā)，為制作質(zhì)量優(yōu)良的動畫提供了成熟的手段，在基礎醫(yī)學虛擬實驗的開發(fā)中發(fā)揮著重要作用。Virtools軟件是一種新型的人機交互系統(tǒng)，可以給參與者一種身臨其境的感覺，使參與者生成視覺、聽覺、觸覺、味覺等各種感官信息，其應用于基礎醫(yī)學虛擬實驗的開發(fā)，無疑會使得實驗真實性大大提高。王春波等[5]采用Authorware 6.5作為開發(fā)工具，使用了Flash 8.0制作片頭動畫效果和文字效果，采用Web Xtra控件把PPT嵌入軟件中，平面設計采用Photoshop 7.0，開發(fā)了系列機能學虛擬實驗項目。

二、基礎醫(yī)學虛擬仿真實驗教學的未來進展

基礎醫(yī)學虛擬仿真實驗在空間、時間上給學習者帶來了方便，在視覺、操作中激發(fā)了學生的學習興趣，但目前還存在諸多問題，未來虛擬實驗應完善下列需求：

1.較強的個體操作差異

基礎醫(yī)學的實驗學習，最終是為臨床實際操作做準備，應有實驗者與被實驗者的個體差異。目前虛擬實驗不論操作規(guī)范與否，得到的結(jié)果都是一樣的，例如在生理學虛擬仿真實驗“尿生成的影響因素”操作中，給虛擬實驗大鼠進行呋塞米滴注，只要點擊該藥物進行靜脈滴注，都會使大鼠尿量從 0.8mL/min增加至 6mL/min，沒有量的差異。目前虛擬仿真實驗項目的開發(fā)側(cè)重實驗場景的逼真，但由于醫(yī)學實驗的特殊性，未來實驗應該精確化，不同藥物的劑量、不同操作的手法乃至不同操作的順序，應出現(xiàn)不同的結(jié)果，且能及時反饋信息，這樣更貼近實際操作情況，便于學生對實驗結(jié)果進行準確的討論分析從而掌握相關知識點。

2.提高操作人員的可合作性

目前虛擬實驗，打開界面后，都是單獨操作即可完成，缺少實際實驗操作中成員之間的合作與交流，未來虛擬實驗應朝著加強各操作成員的合作性方向發(fā)展，這樣，可以加強組內(nèi)合作與組間合作，有助于成員之間的學習交流，提高學習能動性。

3.構(gòu)建基礎醫(yī)學虛擬仿真實驗教學一體化平臺

目前基礎醫(yī)學虛擬仿真實驗教學只局限于在實驗課中分解出來的小部分學時，所占比重較少，缺乏必要的實驗指導手冊、相關學習教材，學生的自學也難以反饋和進行評價。未來，應在網(wǎng)絡平臺的支持下，學校教學改革的推動下，形成教學大綱、教材、理論與實驗融合的教學安排、學生學習與教師評價、學生實驗創(chuàng)新一體化的教學模式，充分發(fā)揮基礎醫(yī)學虛擬仿真實驗的優(yōu)勢。

[1]教高廳函[2015]24號.教育部辦公廳關于開展2015年國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知[Z].

[2]王衛(wèi)國,胡今鴻,劉宏.國外高校虛擬仿真實驗教學現(xiàn)狀與發(fā)展[J].實驗室研究與探索,2015,34(5):214-219.

[3]郭靜,朱學江,袁藝標.Unity3D在基礎醫(yī)學虛擬仿真實驗教學中的運用[J].科技視界,2016(24):48-49.

[4]金儉,范楊慧.應用型本科高校計算機基礎課程教學改革探討[J].計算機時代,2016(3):72-74.

[5]王春波,韓彥弢,夏蘊秋等.醫(yī)學技能學虛擬實驗系統(tǒng)的建設與應用[J].中國藥理學通訊,2012,29(4):22-23.