虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)提高醫(yī)學(xué)實(shí)踐操作學(xué)習(xí)效率的方法改革與應(yīng)用探索

摘要：虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)作為一種新興教學(xué)模式，為教學(xué)及實(shí)踐提供了新的平臺(tái)，被越來(lái)越多的學(xué)校所認(rèn)可。在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育課程中，由于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著極強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性和特殊性，有必要在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教學(xué)中引入虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)，提高學(xué)習(xí)效率以及增加訓(xùn)練操作，充分發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，培養(yǎng)高素質(zhì)醫(yī)學(xué)人才。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；醫(yī)學(xué)；實(shí)踐操作

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 ？搖文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）39-0043-03

隨著高等教育改革的不斷深化，傳統(tǒng)的教學(xué)模式受到場(chǎng)地、設(shè)備、師資等眾多因素的限制，極大地制約著學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。新興的虛擬仿真技術(shù)在高等學(xué)校教學(xué)、實(shí)驗(yàn)中向著網(wǎng)絡(luò)化、智能化以及互動(dòng)化等方向發(fā)展，可以發(fā)展現(xiàn)代教育思想、提高教學(xué)水平、改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境以及優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，從而增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。虛擬仿真化教學(xué)模式可以極大地克服傳統(tǒng)教學(xué)模式的一些弊端，必將成為現(xiàn)代化高等教育的重要途徑和方式之一，并在飛速發(fā)展的信息化時(shí)代日趨完善和成熟，承擔(dān)起培養(yǎng)現(xiàn)代化創(chuàng)新人才的重任。

一、虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)

虛擬仿真（Virtual Reality，VR）是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有交互性、真實(shí)性以及多感知性等特點(diǎn)。其以計(jì)算機(jī)軟件及硬件為基礎(chǔ)，相關(guān)的技術(shù)手段為輔助，通過(guò)對(duì)己知或未知世界的仿真，使人獲得真實(shí)感受的一種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)可以依靠計(jì)算機(jī)的圖形處理進(jìn)行圖像再現(xiàn)，與傳統(tǒng)的圖像再現(xiàn)手段，如電影、電視以及DV等相比，有著本質(zhì)的飛躍。虛擬仿真技術(shù)對(duì)于圖像的再現(xiàn)不僅僅局限在對(duì)實(shí)物的再現(xiàn)，它更多地被應(yīng)用在超現(xiàn)實(shí)畫(huà)面的再現(xiàn)上。隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)發(fā)展的突飛猛進(jìn)，虛擬仿真技術(shù)已普遍應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如訓(xùn)練、教學(xué)、仿真、娛樂(lè)、遙控操作以及模擬預(yù)測(cè)等方面。[4]現(xiàn)階段，盡管虛擬仿真技術(shù)優(yōu)點(diǎn)諸多，越來(lái)越受教育界所青睞，但是虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用還處于起步階段。如果能將虛擬仿真技術(shù)成功地運(yùn)用到醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域，勢(shì)必會(huì)具有廣闊的發(fā)展前景。

二、現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育引入虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的迫切性

醫(yī)學(xué)是一門(mén)實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)室操作和臨床實(shí)習(xí)貫穿著整個(gè)教學(xué)的過(guò)程。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境的優(yōu)良與否直接關(guān)系到學(xué)生們能否掌握好該門(mén)課程。心理學(xué)家瑞特拉研究表明，同樣的知識(shí)采用不同的教學(xué)方式呈現(xiàn)時(shí)，其效果有著顯著的差異，采取對(duì)不同感官進(jìn)行多方面的刺激，所達(dá)到的記憶效果會(huì)有所不同。因此，現(xiàn)代教育技術(shù)有必要把多媒體技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及控制技術(shù)等進(jìn)行綜合運(yùn)用并引入課堂，虛擬各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)訓(xùn)環(huán)境；充分發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)的集成性、交互性和控制性，生動(dòng)形象地展示教學(xué)內(nèi)容，綜合處理超文本、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、視頻、聲音等多媒體信息，展現(xiàn)那些在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的教學(xué)過(guò)程。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育也是如此，虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)正是在現(xiàn)代教育思想的指導(dǎo)下，使用新技術(shù)改進(jìn)教學(xué)方法的嘗試。在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育課程中，醫(yī)學(xué)生只有通過(guò)足夠的實(shí)驗(yàn)室訓(xùn)練操作才能獲得必要的綜合技能，并初步具備一定的臨床實(shí)際工作能力。在虛擬仿真技術(shù)平臺(tái)中，教師能夠采用“做中學(xué)”的教學(xué)模式，多種媒介的信息同時(shí)作用于學(xué)生的各個(gè)感官，有助于提高學(xué)生的理解能力和實(shí)踐能力，直到形成合適的行為模式以及行為系統(tǒng)。同時(shí)，循序漸進(jìn)的教學(xué)過(guò)程也符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。三維虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的引入，可對(duì)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育起到很大的促進(jìn)和推動(dòng)作用。虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)和虛擬課堂系統(tǒng)相結(jié)合，能夠突破課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的制約，打破時(shí)間和空間的局限性，充分發(fā)揮學(xué)生的自覺(jué)性，利用其各自適合的時(shí)間在本地計(jì)算機(jī)上完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程，為學(xué)生提供真正“開(kāi)放性”的教學(xué)環(huán)境。但是，由于虛擬仿真技術(shù)是20世紀(jì)末才興起的一門(mén)嶄新的綜合性信息技術(shù)。[7]同時(shí)，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域又有著極強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性，其專(zhuān)業(yè)技術(shù)的要求比較高；另一方面，人體是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，即使超大型的計(jì)算機(jī)虛擬仿真系統(tǒng)也與醫(yī)學(xué)的模擬要求有相當(dāng)?shù)牟罹唷，F(xiàn)階段，虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用仍處于比較早期的純畫(huà)面展示類(lèi)型，僅僅是將傳統(tǒng)的圖片、圖譜變成了3D動(dòng)畫(huà)，缺乏應(yīng)有的交互性。在少量有一定交互性的使用中，也局限于多角度的觀看。因此，有必要在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教學(xué)中引入虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)，充分發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

三、虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)在醫(yī)學(xué)教育中的優(yōu)勢(shì)

醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)環(huán)境是虛擬仿真技術(shù)與醫(yī)學(xué)教學(xué)實(shí)踐高級(jí)復(fù)雜的結(jié)合，是信息化教學(xué)的高級(jí)應(yīng)用。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展、軟硬件性價(jià)比的大幅度提高，醫(yī)學(xué)虛擬仿真技術(shù)正逐漸從科研院所、實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H的臨床教學(xué)應(yīng)用中，有著傳統(tǒng)教學(xué)手段所沒(méi)有的眾多優(yōu)勢(shì)。

1.虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)運(yùn)用計(jì)算機(jī)全面仿真臨床中現(xiàn)實(shí)的世界，為醫(yī)學(xué)生提供生動(dòng)、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，在虛擬環(huán)境中模擬給患者進(jìn)行操作。例如在口腔醫(yī)學(xué)實(shí)踐教學(xué)中，由于口腔視野狹窄、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、與顱頜面又是一個(gè)整體，學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)操作技能比較困難。然而醫(yī)學(xué)虛擬仿真技術(shù)可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，利用仿真軟件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬構(gòu)建，使教學(xué)活動(dòng)更加生動(dòng)形象、直觀易懂，以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和提高教學(xué)的效率。

2.虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)能夠使學(xué)生們主動(dòng)成為虛擬教學(xué)環(huán)境中的一名參與者，不僅僅成為教學(xué)“教”的工具，也起到與“學(xué)”的互動(dòng)作用。這對(duì)調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)積極性、突破教學(xué)的重點(diǎn)難點(diǎn)、培養(yǎng)學(xué)生的臨床操作技能都將起到積極的作用。同時(shí)，虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)可以解決許多真實(shí)實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)不了的困難，使學(xué)生在虛擬環(huán)境中接受多感官的刺激，并進(jìn)行具體操作、感受和體驗(yàn)，更容易調(diào)動(dòng)學(xué)生的情感參與，將抽象的內(nèi)容具體化、形象化，留下深刻的記憶，以提高學(xué)習(xí)效率。

3.虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)提供開(kāi)放性的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，能夠解除課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間、地點(diǎn)的限制，打破時(shí)間和空間的局限性，充分發(fā)揮學(xué)生的自覺(jué)性，利用其各自適合的時(shí)間在本地計(jì)算機(jī)上完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程，為學(xué)生提供真正“開(kāi)放性”的教學(xué)環(huán)境。在課堂上沒(méi)能按要求通過(guò)實(shí)驗(yàn)的學(xué)生可以在課余時(shí)間利用網(wǎng)上虛擬仿真系統(tǒng)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)踐操作訓(xùn)練。

4.虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)為學(xué)生提供平等的實(shí)踐操作資源。實(shí)驗(yàn)室操作與實(shí)踐教學(xué)在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中起著舉足輕重的作用，能夠促使學(xué)生將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行靈活運(yùn)用，引導(dǎo)學(xué)生掌握規(guī)范操作的技能技巧，培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析和動(dòng)手操作的能力。由于醫(yī)學(xué)院校教學(xué)條件依然存在其多變性、復(fù)雜性等客觀原因，各個(gè)學(xué)校實(shí)驗(yàn)環(huán)境存在一定的差異，虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，使教學(xué)實(shí)驗(yàn)資源共享，以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)室資源的不足。

5.虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用還能在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中節(jié)約相當(dāng)?shù)某杀尽Ｔ谔摂M系統(tǒng)中訓(xùn)練可以為學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐操作奠定一定的基礎(chǔ)，能在實(shí)踐中收獲更多，體會(huì)更加深刻。其次，虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)也可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)條件下無(wú)法完成的實(shí)驗(yàn)操作，或由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備昂貴而難以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。因此，虛擬教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室相結(jié)合也是合理地利用、開(kāi)發(fā)教育資源的一種途徑。盡管計(jì)算機(jī)虛擬仿真系統(tǒng)與臨床醫(yī)學(xué)中的模擬要求還有相當(dāng)?shù)牟罹啵且部梢宰鳛獒t(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室操作訓(xùn)練的另一種補(bǔ)充。通過(guò)運(yùn)用形象、直觀、生動(dòng)的現(xiàn)代教育技術(shù)手段為學(xué)生們創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，開(kāi)拓教育信息交流的新渠道，使課堂教學(xué)具有交互性，其組織形式更加豐富和完善，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮其主觀能動(dòng)性、獨(dú)立性和創(chuàng)造性，讓他們盡快熟練掌握臨床操作技能。

四、虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)在醫(yī)學(xué)教育中的前景

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用于醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室操作與實(shí)踐教學(xué)的系統(tǒng)也將不斷推陳出新，給教育的發(fā)展和改革帶來(lái)了機(jī)遇、動(dòng)力和挑戰(zhàn)。虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)為學(xué)習(xí)者提供了一個(gè)既先進(jìn)又靈活的環(huán)境，可以鍛煉學(xué)生的獨(dú)立構(gòu)思和設(shè)計(jì)能力，激發(fā)其學(xué)習(xí)的興趣，對(duì)提高教育技術(shù)水平、改善教學(xué)及實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)境、優(yōu)化教學(xué)過(guò)程、提高教學(xué)效率、節(jié)約教學(xué)成本、加速培養(yǎng)現(xiàn)代化的醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并將推動(dòng)學(xué)科研究，促進(jìn)教學(xué)改革。

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基金項(xiàng)目：重慶市教學(xué)改革研究項(xiàng)目：結(jié)合口腔醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化口腔正畸學(xué)PBL教學(xué)模式（1203112），重慶市研究生教育優(yōu)質(zhì)課程（2011-56）

作者簡(jiǎn)介：曹禮，女，博士，主治醫(yī)師，主要從事牙頜畸形矯治以及機(jī)理研究。

通訊作者：鄧鋒，宋錦璘，E-mail：soongjl@163.com。