人體形態(tài)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的建設(shè)與實(shí)踐

王 丹，楊斯閔，董志恒，董 營，劉楠楠，張 適，于春艷

(北華大學(xué)醫(yī)學(xué)院 病理學(xué)教研室,吉林 吉林132013)

虛擬仿真(Virtual Reality)技術(shù)是20世紀(jì)40年代伴隨著計(jì)算機(jī)發(fā)展而形成的實(shí)驗(yàn)研究新技術(shù)。人體形態(tài)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的建設(shè)，主要是借助計(jì)算機(jī)虛擬仿真軟件、多媒體、數(shù)據(jù)庫等多種現(xiàn)代化信息技術(shù)手段，建設(shè)豐富的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，為學(xué)生提供更為全面的多學(xué)科資源。學(xué)生可以利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，同時進(jìn)行多學(xué)科的交叉學(xué)習(xí)，融會貫通所需掌握基礎(chǔ)知識點(diǎn)。在建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的實(shí)踐中對提高教學(xué)質(zhì)量做了探索。

1 人體形態(tài)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的構(gòu)建

隨著信息技術(shù)的日新月異，學(xué)校根據(jù)自身發(fā)展的需要，采用先進(jìn)的信息技術(shù)大力推行教學(xué)改革。近年來虛擬仿真技術(shù)憑借其直觀性、可重復(fù)性、易操作性的優(yōu)勢極大的豐富了學(xué)生的感性認(rèn)知，得到了極好的教學(xué)效果。教育部在2013年啟動全國性質(zhì)的國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)[1]，各地區(qū)響應(yīng)國家號召，結(jié)合自身特點(diǎn)，建立了各具特色的實(shí)驗(yàn)教學(xué)虛擬仿真教學(xué)平臺。其中北華大學(xué)根據(jù)自己的辦學(xué)定位，以及學(xué)科發(fā)展的統(tǒng)籌安排，整合了現(xiàn)有的人體形態(tài)學(xué)專業(yè)資源以及新引進(jìn)的虛擬仿真資源，并借助了企業(yè)力量，進(jìn)行了特色資源庫的建設(shè)[2,3]。

2 我校醫(yī)學(xué)人體形態(tài)學(xué)虛擬仿真網(wǎng)站建設(shè)和信息化管理

有效網(wǎng)址為，http://bhjcfz.beihua.edu.cn。學(xué)校建設(shè)云平臺空間，在實(shí)驗(yàn)樓內(nèi)自建服務(wù)器，充分共享校園內(nèi)解剖學(xué)、形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。建設(shè)開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺，平臺實(shí)現(xiàn)以千兆速度訪問上述數(shù)字教學(xué)資源，見圖1，同時可以在實(shí)驗(yàn)前完成安全知識考核、知識點(diǎn)預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后完成考核及相關(guān)信息發(fā)布等功能，見圖2。

3 人體形態(tài)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)字資源

3.1 購買山東易創(chuàng)公司“醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)數(shù)字化教學(xué)平臺”產(chǎn)品

公司聯(lián)合國內(nèi)數(shù)十所著名醫(yī)學(xué)院校的幾十位專家教授，歷時六年研發(fā)的“醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)數(shù)字化教學(xué)平臺”產(chǎn)品，是形態(tài)學(xué)數(shù)字化教學(xué)的整體解決方案。

3.1.1解剖模塊 數(shù)字虛擬人的構(gòu)建和完善與真實(shí)人體數(shù)據(jù)一致。各系統(tǒng)、器官的三維立體模型，在真實(shí)斷層人體的基礎(chǔ)上構(gòu)建而成。解剖學(xué)微課有大量解剖教學(xué)視頻，其中系統(tǒng)解剖學(xué)微課視頻13個，局部解剖學(xué)微課視頻31個，斷層解剖學(xué)微課33個。人體解剖結(jié)構(gòu)的三維形態(tài)圖像清晰，每個解剖結(jié)構(gòu)都具有中英文雙語的標(biāo)注和解釋，可以隨多方位視角而進(jìn)行相應(yīng)的角度旋轉(zhuǎn)、并可以同比例增大或者縮小。操作界面具有白板，加注畫筆，解剖結(jié)構(gòu)剝離、分離顯示、隨意組合以及透明等功能。

3.1.2組胚模塊 組織學(xué)切片庫按教學(xué)大綱章節(jié)分類，共有掃描切片330張，切片可以任意區(qū)域放大縮小，可以依據(jù)關(guān)鍵詞迅速查找學(xué)習(xí)相關(guān)區(qū)域，組織學(xué)學(xué)習(xí)視頻18個，組織學(xué)隨片練習(xí)1670道，課件18個。

圖1 醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心網(wǎng)絡(luò)布局

圖2 開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺和數(shù)據(jù)共享示意圖

3.1.3病理模塊 病理學(xué)切片庫按教學(xué)大綱章節(jié)分類，共有掃描切片447張，切片可以自由放大縮小，可以依據(jù)關(guān)鍵詞迅速查找病變區(qū)域，大體病理標(biāo)本405個。病理學(xué)視頻15個，病理學(xué)隨片練習(xí)289道。課件34個。為方便學(xué)生總結(jié)歸納，一部分大體病理標(biāo)本可以與之對應(yīng)切片內(nèi)容進(jìn)行切換，在操作上更為簡便。

3.2 與企業(yè)共同研發(fā)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目

與企業(yè)合作自主研發(fā)實(shí)驗(yàn)部教學(xué)項(xiàng)目，自行制作動畫、錄制實(shí)驗(yàn)錄像；建設(shè)學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例庫，豐富PBL實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。積極解決醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中不能通過現(xiàn)實(shí)完成的實(shí)驗(yàn)；高危性實(shí)驗(yàn)；高度消耗性實(shí)驗(yàn)；虛實(shí)結(jié)合，拓寬實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。學(xué)校提供理論方案及實(shí)際數(shù)據(jù)資源，在企業(yè)的技術(shù)支持下，建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，教學(xué)中實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合，虛實(shí)互補(bǔ)。以學(xué)習(xí)心內(nèi)膜炎為例，具體表現(xiàn)為：

3.2.1實(shí)物與虛擬結(jié)合 學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中學(xué)習(xí)心臟實(shí)體標(biāo)本，初步掌握心臟結(jié)構(gòu)，并結(jié)合虛擬仿真3D影像進(jìn)一步理解心臟立體結(jié)構(gòu)，深入理解發(fā)生病變的位置及原因。

3.2.2操作與虛擬結(jié)合 采用虛擬動畫形式，模擬不同致病因素下病變發(fā)生過程的異同，充分理解病變。

3.2.3治療與虛擬結(jié)合 學(xué)生在治療原則理論基礎(chǔ)上，通過虛擬操作實(shí)現(xiàn)治療效果呈現(xiàn)。

3.2.4考核與虛擬結(jié)合 實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生結(jié)合課堂所學(xué)，應(yīng)用考試模塊評價學(xué)習(xí)效果。

3.3 自建項(xiàng)目

根據(jù)主要形態(tài)學(xué)科教學(xué)發(fā)展需要以及本學(xué)科的特點(diǎn)及難點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有系統(tǒng)的錄制相關(guān)內(nèi)容課件，豐富人體虛擬仿真教學(xué)平臺內(nèi)容。

4 人體虛擬仿真教學(xué)平臺的使用

4.1 學(xué)(自主化學(xué)習(xí))

在虛擬仿真環(huán)境中更加強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的主體性，鼓勵學(xué)生自己動手去查看豐富優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，根據(jù)自身的情況對自己未掌握內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)演示和觀察，學(xué)習(xí)者主觀能動性更大。學(xué)生可以通過留言、交流等方式與老師溝通，實(shí)時解決學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)的盲點(diǎn)，有效提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并且可以通過習(xí)題庫有針對性的進(jìn)行自主練習(xí)。使學(xué)生在預(yù)習(xí)、學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)的過程中都得到充分的學(xué)習(xí)資源保證。

4.2 教(數(shù)字化教學(xué))

教師在虛擬仿真教學(xué)中主體性讓位于學(xué)生，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，教師利用軟件資源進(jìn)行數(shù)字化教學(xué)，更清晰、更全面、更高效。教師通過教學(xué)課件等輔助教學(xué)，在學(xué)習(xí)中以引導(dǎo)為主，加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。

4.3 管(系統(tǒng)化管理)

通過軟件統(tǒng)計(jì)功能，可以查看學(xué)生的學(xué)習(xí)積分和教師利用頻率等信息，并可根據(jù)利用情況掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，針對學(xué)生學(xué)習(xí)的薄弱點(diǎn)調(diào)整教學(xué)重點(diǎn)。

4.4 考(過程考核及期末考試)

學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)平臺中的題庫進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室安全考核，學(xué)習(xí)期間小考及期末考核等方式掌握考點(diǎn)。

5 總結(jié)

隨著教育信息化的日益發(fā)展，高校在教學(xué)改革中也不斷在推進(jìn)信息化手段的進(jìn)程。虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用促進(jìn)了教學(xué)理念和學(xué)習(xí)方法的變革。尤其是在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，改技術(shù)具有不可超越的優(yōu)勢[4]。它的具體操作模式是，依托計(jì)算機(jī)軟件和硬件構(gòu)建一個系統(tǒng)平臺，虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對象，這種虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和對象，安全、經(jīng)濟(jì)、直觀、形象，且具有交互性的學(xué)習(xí)特點(diǎn)[5]。

提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率，必須由原來的以“教”為中心，向以“學(xué)”為中心轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的自主化[6]。通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以順利實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的自主化。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)教育平臺的使用。能進(jìn)一步的補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)教學(xué)中面臨的不足。比如實(shí)驗(yàn)條件和場所的限制，實(shí)驗(yàn)成本高昂的問題。不斷探索新的教育手段和方法，能大大提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。而充分利用現(xiàn)實(shí)條件，有效整合虛擬仿真資源，探索校企共建的合作方式，優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作模式，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)平臺建設(shè)，將更有利于復(fù)合型創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)[7]。