基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析與展望

樊守艷 王繼浩

摘 要：文章分析基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀與發(fā)展前景，為虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)與基礎(chǔ)理論教學(xué)提供思路與方向。通過對(duì)國家政策的解讀，對(duì)開展基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性和現(xiàn)有技術(shù)手段分析闡述開展虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可行性。通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)未來發(fā)展預(yù)測(cè)，分析虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可發(fā)展性?；A(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可借助于現(xiàn)代信息技術(shù)手段，更好的為基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育提供助力。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)；虛擬仿真；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2018）02-0088-02

基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程如生理學(xué)、藥理學(xué)等，是連接基礎(chǔ)課程如生物化學(xué)、解剖學(xué)等與臨床醫(yī)學(xué)學(xué)習(xí)的橋梁，在理論學(xué)習(xí)的同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)實(shí)踐練習(xí)，許多醫(yī)學(xué)院校因此提出“多實(shí)踐，早臨床”的教學(xué)理念。傳統(tǒng)教學(xué)方式是在理論學(xué)習(xí)的同時(shí)加入相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，隨著學(xué)生人數(shù)的增加，設(shè)備和教學(xué)場(chǎng)地的限制，很多高校把所有基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合在一起，成立機(jī)能實(shí)驗(yàn)課程，即學(xué)生的理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作不再同步進(jìn)行，而是分學(xué)期完成。然而，教學(xué)的規(guī)律性決定理論知識(shí)的學(xué)習(xí)需要通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)來加強(qiáng)知識(shí)要點(diǎn)的把握，理論與實(shí)驗(yàn)分開的教學(xué)模式不利于學(xué)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(shí)驗(yàn)是在計(jì)算機(jī)的支持下，在虛擬實(shí)驗(yàn)界面模擬實(shí)驗(yàn)流程的實(shí)驗(yàn)方法，在這種實(shí)驗(yàn)過程中不需要實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、實(shí)驗(yàn)試劑、實(shí)驗(yàn)器械的準(zhǔn)備，也不局限于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所的選擇，同時(shí)迎合了現(xiàn)代學(xué)生學(xué)習(xí)模式的計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)?；A(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可成為常態(tài)化的教學(xué)方式。

一、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀分析

1.教育部為開展醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)提供了政策支持

教育部發(fā)出通知，要求有關(guān)高校要高度重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)與信息化的深度融合，支持虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作，并且鼓勵(lì)不同學(xué)校、不同地區(qū)甚至更廣泛的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享。2015年教育部批準(zhǔn)建設(shè)了100個(gè)國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心[1]，其中基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心有3所，分別設(shè)在廣州醫(yī)科大學(xué)、安徽醫(yī)科大學(xué)和南京醫(yī)科大學(xué)。基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)相關(guān)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心有7所，分別設(shè)在第四軍醫(yī)大學(xué)、第二軍醫(yī)大學(xué)、廣西醫(yī)科大學(xué)、南方醫(yī)科大學(xué)、武漢大學(xué)、濰坊醫(yī)學(xué)院和南昌大學(xué)。其他各高校也根據(jù)實(shí)際情況，從校情出發(fā)，大力建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。如浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部，開展基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，形成完整的一套教學(xué)秩序，包括專門的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室、相關(guān)教材、教學(xué)大綱、專題討論等內(nèi)容。長沙醫(yī)學(xué)院、山東大學(xué)、廈門大學(xué)等也都在積極開展基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。良好的政策支持及導(dǎo)向，勢(shì)必會(huì)使虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)快速發(fā)展，更加完善。

2.醫(yī)學(xué)教育的發(fā)展使開展基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為必然

醫(yī)學(xué)院校教學(xué)規(guī)模擴(kuò)大，招生人數(shù)大幅提高，不可避免地存在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地面積和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的相對(duì)不足。同時(shí)由于學(xué)生課程增多，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間和空間安排受到限制，導(dǎo)致教學(xué)秩序矛盾頻發(fā)。另外，教學(xué)設(shè)備的更新隨著技術(shù)的發(fā)展加快了節(jié)奏，然而經(jīng)費(fèi)的短缺使得實(shí)驗(yàn)設(shè)備老化的矛盾日益突出。這些矛盾短時(shí)間無法解決。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以降低實(shí)驗(yàn)室改造、建設(shè)和維護(hù)的資金，節(jié)省時(shí)間和空間成本。

傳統(tǒng)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)受到研究條件的限制，把實(shí)驗(yàn)按器官系統(tǒng)分為獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)，單次實(shí)驗(yàn)只能接觸某個(gè)單獨(dú)器官組織的部分內(nèi)容，而虛擬實(shí)驗(yàn)把不同器官系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)放在一起，有助于學(xué)生對(duì)有機(jī)整體的把握，解決了傳統(tǒng)教學(xué)模式無法解決的認(rèn)知片面性問題，推進(jìn)了醫(yī)學(xué)教學(xué)整體化的進(jìn)程。

3.以學(xué)生為主體的教育理念推動(dòng)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的發(fā)展

信息時(shí)代的學(xué)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(shí)。隨著多種技術(shù)相融合的新型軟件的開發(fā)[2]，加上客戶端的開發(fā)，使學(xué)生在手機(jī)上就能完成操作，便于隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，充分調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)積極性。

基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容豐富，知識(shí)點(diǎn)瑣碎，學(xué)習(xí)起來比較枯燥，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以構(gòu)建生動(dòng)逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，并日趨精細(xì)化，極大的激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在興趣學(xué)習(xí)的推動(dòng)下，也促使學(xué)生從課程內(nèi)容的單一接受者向創(chuàng)造者和設(shè)計(jì)者轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性。

4.信息技術(shù)學(xué)的發(fā)展，為開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)提供了技術(shù)手段

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)得到迅速發(fā)展。第二代Web語言VRML2.0 的開發(fā)應(yīng)用，使得虛擬境況從靜態(tài)3D進(jìn)化到動(dòng)態(tài)、交互性和具有鏈接功能的高級(jí)展現(xiàn)，為基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步開發(fā)提供了技術(shù)支持。Java這種面向?qū)ο缶幊陶Z言的產(chǎn)生，把復(fù)雜的編程簡單化，可以大大提高虛擬實(shí)驗(yàn)的智能化，使得基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)更接近實(shí)體實(shí)驗(yàn)的操作。在虛擬實(shí)境技術(shù)上，Quicktime VR可以把收集到的圖像動(dòng)態(tài)化，實(shí)驗(yàn)者可以通過鍵盤和鼠標(biāo)進(jìn)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(tái)性能好，軟硬件要求低而得到迅速發(fā)展。逼真的畫質(zhì)，復(fù)雜的動(dòng)畫，為物體添加交互性創(chuàng)造了條件，近來被廣泛應(yīng)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(dòng)畫、特效和高效的渲染功能，可以細(xì)膩地構(gòu)建基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)中所需的各種模型，創(chuàng)建逼真的三維影像。Photoshop 可以對(duì)已有圖像進(jìn)行編輯加工處理，還可運(yùn)用一些特殊效果使圖片設(shè)計(jì)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(dòng)畫提供了成熟的手段，在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的開發(fā)中發(fā)揮著重要作用。Virtools軟件是一種新型的人機(jī)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(yīng)用于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)的開發(fā)，無疑會(huì)使得實(shí)驗(yàn)真實(shí)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(dòng)畫效果和文字效果，采用Web Xtra控件把PPT嵌入軟件中，平面設(shè)計(jì)采用Photoshop 7.0，開發(fā)了系列機(jī)能學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

二、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的未來進(jìn)展

基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在空間、時(shí)間上給學(xué)習(xí)者帶來了方便，在視覺、操作中激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但目前還存在諸多問題，未來虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)完善下列需求：

1.較強(qiáng)的個(gè)體操作差異

基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，最終是為臨床實(shí)際操作做準(zhǔn)備，應(yīng)有實(shí)驗(yàn)者與被實(shí)驗(yàn)者的個(gè)體差異。目前虛擬實(shí)驗(yàn)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(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)“尿生成的影響因素”操作中，給虛擬實(shí)驗(yàn)大鼠進(jìn)行呋塞米滴注，只要點(diǎn)擊該藥物進(jìn)行靜脈滴注，都會(huì)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)側(cè)重實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的逼真，但由于醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的特殊性，未來實(shí)驗(yàn)應(yīng)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(yīng)出現(xiàn)不同的結(jié)果，且能及時(shí)反饋信息，這樣更貼近實(shí)際操作情況，便于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的討論分析從而掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

2.提高操作人員的可合作性

目前虛擬實(shí)驗(yàn)，打開界面后，都是單獨(dú)操作即可完成，缺少實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作中成員之間的合作與交流，未來虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)朝著加強(qiáng)各操作成員的合作性方向發(fā)展，這樣，可以加強(qiáng)組內(nèi)合作與組間合作，有助于成員之間的學(xué)習(xí)交流，提高學(xué)習(xí)能動(dòng)性。

3.構(gòu)建基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一體化平臺(tái)

目前基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)只局限于在實(shí)驗(yàn)課中分解出來的小部分學(xué)時(shí)，所占比重較少，缺乏必要的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)、相關(guān)學(xué)習(xí)教材，學(xué)生的自學(xué)也難以反饋和進(jìn)行評(píng)價(jià)。未來，應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的支持下，學(xué)校教學(xué)改革的推動(dòng)下，形成教學(xué)大綱、教材、理論與實(shí)驗(yàn)融合的教學(xué)安排、學(xué)生學(xué)習(xí)與教師評(píng)價(jià)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新一體化的教學(xué)模式，充分發(fā)揮基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯：魯利瑞）