仿真操作系統(tǒng)在教學(xué)改革中的應(yīng)用研究*

郭玉峰 萬(wàn) 佳

（1.寧夏人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心 寧夏銀川 750011；2.北方民族大學(xué)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)系 寧夏銀川 750021）

一、概述

隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)儀器實(shí)驗(yàn)由于場(chǎng)地、維護(hù)費(fèi)用等現(xiàn)實(shí)條件的限制，大部分醫(yī)學(xué)院校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源都比較匱乏，使得醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不得不尋求更新的更符合時(shí)代要求的實(shí)驗(yàn)手段。虛擬儀器技術(shù)即在計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等支撐下，架構(gòu)支持真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)形成了一個(gè)虛擬環(huán)境，在這種環(huán)境中進(jìn)行操作、控制、分析、觀察和實(shí)驗(yàn)，同時(shí)控制真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。這一技術(shù)有許多的優(yōu)點(diǎn)，如交互性很靈活、對(duì)硬件資源要求不復(fù)雜，更簡(jiǎn)易，因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中廣泛應(yīng)用，成為解決可視化知識(shí)學(xué)習(xí)的又一重要媒體技術(shù)。而信息技術(shù)與學(xué)科整合，正是立足于時(shí)代的高度。虛擬儀器技術(shù)與課程整合，與傳統(tǒng)的教學(xué)模式不同，在豐富學(xué)科知識(shí)、優(yōu)化學(xué)生認(rèn)知、優(yōu)化課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)等方面影響比較大。[1]

近年來(lái)，在醫(yī)學(xué)類(lèi)高職院校實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)中，非常強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)際操作和動(dòng)手能力，所以基于虛擬儀器的實(shí)驗(yàn)教學(xué)更突出了其優(yōu)勢(shì)，因而該技術(shù)在醫(yī)學(xué)高職院校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到了進(jìn)一步發(fā)展和完善。

二、醫(yī)學(xué)影像技術(shù)傳統(tǒng)教學(xué)的缺陷

板書(shū)教學(xué)是醫(yī)學(xué)影像傳統(tǒng)教學(xué)模式，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)。醫(yī)學(xué)影像實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生獲取專(zhuān)業(yè)知識(shí)時(shí)具有極大的重要性。它在使學(xué)生深入理解理論知識(shí)、形成職業(yè)崗位能力等方面起到許多積極的作用。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)并不完善，還有不少的不足。由于大型影像設(shè)備昂貴，驗(yàn)耗材較多，綜合性實(shí)驗(yàn)和開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)無(wú)法或很少實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)資源有限，不能做到人手一機(jī)，分組過(guò)大，難以反復(fù)訓(xùn)練，造成實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以達(dá)到預(yù)期效果，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生能動(dòng)性和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

三、醫(yī)學(xué)影像虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和優(yōu)勢(shì)

醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)要求學(xué)生能夠操作大型的影像設(shè)備，如ct、mri等，這些設(shè)備價(jià)格昂貴，體積龐大，操作使用復(fù)雜，需要學(xué)生長(zhǎng)時(shí)間練習(xí)操作。一般院校很難滿(mǎn)足這些大型設(shè)備的教學(xué)使用需要，而虛擬儀器技術(shù)可以解決和克服這一難題。由北方民族大學(xué)和寧夏人民醫(yī)院實(shí)行的院校合作，在學(xué)校建立醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室，引進(jìn)DR仿真操作系統(tǒng)和教學(xué)PACS系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)仿真、數(shù)據(jù)庫(kù)、圖像處理、虛擬實(shí)現(xiàn)和三維重建等編程技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的影像設(shè)備實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革，利用仿真操作訓(xùn)練系統(tǒng)，和實(shí)驗(yàn)室自身的小型主機(jī)系統(tǒng)，仿真當(dāng)今主流DR、CT掃描工作站的常規(guī)操作檢查流程，利用模擬設(shè)備，形成相應(yīng)的仿真工作站，模仿真實(shí)ct、mri掃描工作站的操作流程；從而實(shí)現(xiàn)不需要投入大型設(shè)備，就能做到學(xué)生人手一機(jī)進(jìn)行操作訓(xùn)練，滿(mǎn)足學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握大型醫(yī)療設(shè)備掃描操作基本技術(shù)的需求。

1.虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)理念 在現(xiàn)代信息技術(shù)的協(xié)助下，將其與傳統(tǒng)教學(xué)手段結(jié)合起來(lái)，創(chuàng)建一個(gè)模擬的、開(kāi)放的學(xué)習(xí)環(huán)境，逐步添加新的學(xué)習(xí)內(nèi)容。讓學(xué)生能夠自主開(kāi)放地學(xué)習(xí)影像技術(shù)，可自由選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，反復(fù)操作演練，將個(gè)性化學(xué)習(xí)體現(xiàn)的淋漓盡致。醫(yī)學(xué)影像虛擬實(shí)驗(yàn)在解決難以反復(fù)訓(xùn)練的困難中發(fā)揮了重要的作用。

2.虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路 利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、圖像處理、虛擬現(xiàn)實(shí)和三維重建技術(shù)，采用dreamweaver、f l ash、.asp， sql server完成影像設(shè)備醫(yī)工綜合學(xué)習(xí)網(wǎng)站的設(shè)計(jì)，形成大型醫(yī)療設(shè)備仿真訓(xùn)練系統(tǒng)。如仿真ct掃描工作站的常規(guī)操作，做到全真模擬當(dāng)今主流ct掃描工作站的工作流程，定位圖像的掃描采用動(dòng)態(tài)出現(xiàn)的方式，與真實(shí)ct模式相似，掃描圖像與ct機(jī)掃描出現(xiàn)方式一樣，使用戶(hù)如同使用真實(shí)ct。同時(shí)具有強(qiáng)大的圖像顯示與處理的功能，圖像源于ct，界面設(shè)計(jì)采用與真實(shí)ct界面同樣的方式，使用戶(hù)身臨其境，在真實(shí)ct與本系統(tǒng)之間轉(zhuǎn)換變化感覺(jué)不大。[2]

3.虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)

（1）切實(shí)降低實(shí)驗(yàn)室投入 現(xiàn)今，影像設(shè)備的價(jià)格動(dòng)輒就是幾萬(wàn)到幾百萬(wàn)，而且在科技與經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，這些設(shè)備功能型號(hào)更新較快，對(duì)其進(jìn)行日常維護(hù)的人力和財(cái)力都比較大。因?yàn)槭芟抻诮逃?jīng)費(fèi)投入，通常這些實(shí)驗(yàn)需要都得不到滿(mǎn)足。教學(xué)附屬醫(yī)院雖然購(gòu)置，但學(xué)生能夠?qū)嵺`動(dòng)手操作練習(xí)的機(jī)會(huì)也不多。虛擬儀器技術(shù)在價(jià)格上比真實(shí)儀器設(shè)備的價(jià)格更低，相對(duì)來(lái)講，更具優(yōu)勢(shì)。而且不難隨時(shí)根據(jù)先進(jìn)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，不必?fù)?dān)心大型設(shè)備的更新?lián)Q代和新技術(shù)的發(fā)展。

（2）拓寬學(xué)科知識(shí)面，提高感性認(rèn)識(shí) 在醫(yī)學(xué)影像實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，包含的信息技術(shù)因素非常多，通過(guò)教師的開(kāi)發(fā)和整合，在引起學(xué)生對(duì)影像技術(shù)的興趣的同時(shí)，還能使學(xué)生的信息意識(shí)更強(qiáng)，使學(xué)生的知識(shí)面更廣闊，使學(xué)生能對(duì)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行進(jìn)一步的理解、記憶和應(yīng)用。信息技術(shù)與課程整合，讓學(xué)生更主動(dòng)熱情的去學(xué)習(xí)學(xué)科知識(shí)，讓他們的求知欲望更強(qiáng)烈，提高學(xué)生探索未知的主動(dòng)性。

（3）提供仿真教學(xué)情境，營(yíng)造實(shí)踐氛圍 虛擬儀器技術(shù)與實(shí)驗(yàn)課程整合，可以創(chuàng)設(shè)良好的課堂教學(xué)情境，仿真實(shí)際工作站的教學(xué)內(nèi)容，從而讓學(xué)生更積極主動(dòng)的去動(dòng)手，使教、學(xué)與做的有效性得到明顯提高，讓學(xué)生能在一種輕松活潑的環(huán)境下，運(yùn)用豐富的想象、牢固的記憶和靈活的思維成功的完成實(shí)踐操作。虛擬實(shí)驗(yàn)室中的圖片非常多，視頻、音頻素材也很多，此外，實(shí)時(shí)軟件包以及人機(jī)對(duì)話(huà)方式種類(lèi)繁多，為學(xué)生構(gòu)造了一個(gè)仿真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)?zāi)M非常生動(dòng)，妙趣橫生，再加上與真實(shí)情景很相像的操作，讓學(xué)生產(chǎn)生了濃厚的興趣，讓學(xué)生更積極主動(dòng)地去進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，使他們動(dòng)手、動(dòng)腦的能力不斷加強(qiáng)。

（4）增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)交互性，加強(qiáng)學(xué)習(xí)自主性 虛擬實(shí)驗(yàn)可以交互控制實(shí)現(xiàn)雙向交流，虛擬實(shí)驗(yàn)沒(méi)有一些不良因素的干擾，學(xué)生能夠在一個(gè)可控制的環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可按自己的節(jié)奏，不管在什么時(shí)間、什么地點(diǎn)都能夠自主地開(kāi)始基于計(jì)算機(jī)的虛擬實(shí)驗(yàn)，而且能重復(fù)不少回；進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，計(jì)算機(jī)能很快反饋實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，如果學(xué)生的操作違規(guī)了，就會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)一個(gè)提示信息。提示程序中缺少了某個(gè)必須的步驟，學(xué)生就能及時(shí)改正，進(jìn)而正確地完成實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等信息技術(shù)。虛擬實(shí)驗(yàn)室既可用于實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)，也可以用于學(xué)生自學(xué)，能增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。

（5）優(yōu)化教學(xué)結(jié)構(gòu)，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力 在虛擬技術(shù)中，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。在軟件中，能夠儲(chǔ)存的正常與不正常圖片非常多，能夠達(dá)到上萬(wàn)張，甚至更多，教師能指導(dǎo)學(xué)生討論研究在實(shí)驗(yàn)途徑不一樣的情況下，出線(xiàn)的種種不一樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，直到實(shí)驗(yàn)結(jié)論不一樣。慢慢的學(xué)生就會(huì)逐漸在臨床實(shí)踐中進(jìn)行分析、思考。此外，一些不太容易的實(shí)驗(yàn)習(xí)題能在虛擬軟件中自行設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在探索中設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并付諸實(shí)施，這樣在提高學(xué)生思維能力的同時(shí)，心理素質(zhì)，操作技能等都有一個(gè)全面的提高，還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

四、虛擬實(shí)驗(yàn)課程評(píng)價(jià)

為了探討基于虛擬儀器技術(shù)開(kāi)發(fā)的 醫(yī)學(xué)影像技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果，本研究以本系2013—2015級(jí)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，兩組各30人，兩組醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)成績(jī)經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，無(wú)顯著性差異。比較評(píng)價(jià)內(nèi)容包括有相關(guān)知識(shí)背景、學(xué)習(xí)興趣、實(shí)際操作感受、交互性、控制性以及學(xué)習(xí)態(tài)度等。對(duì)各項(xiàng)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理分析表明學(xué)生認(rèn)為虛擬實(shí)驗(yàn)課程效果良好。

結(jié)果表明經(jīng)過(guò)仿真操作系統(tǒng)學(xué)習(xí)的學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和理論知識(shí)的鞏固率明顯高于傳統(tǒng)理論學(xué)習(xí)方法的學(xué)生，說(shuō)明虛擬儀器技術(shù)在實(shí)驗(yàn)課程中的應(yīng)用后，學(xué)生能夠熟練掌握影像技術(shù)方面的知識(shí)和操作技巧，這種模擬接近醫(yī)院實(shí)踐，使得實(shí)習(xí)前學(xué)生能夠熟練地掌握影像技術(shù)的整個(gè)檢查過(guò)程和操作流程，同時(shí)大大提高了學(xué)生的實(shí)踐興趣。

結(jié)語(yǔ)

把虛擬儀器技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，更能滿(mǎn)足學(xué)校實(shí)驗(yàn)儀器的使用，而且使學(xué)生的創(chuàng)新思維不斷提高，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，加強(qiáng)學(xué)生的參與性和自主性，使學(xué)生的動(dòng)手能力不斷增強(qiáng)。虛擬儀器技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展成熟，相關(guān)研究資料和開(kāi)發(fā)工具越來(lái)越多，使得虛擬儀器技術(shù)在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐將日益增加。它在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景，是醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一個(gè)新的發(fā)展方向。