醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)及應(yīng)用

李濤，譚安雄，朱亞平，歐陽恩鴻，丁建華，王林

醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)及應(yīng)用

李濤，譚安雄，朱亞平，歐陽恩鴻，丁建華，王林

（邵陽醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校，湖南邵陽422000）

醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)教學(xué)的開展對(duì)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力十分有益。然而，當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式固定、教學(xué)手段滯后，面對(duì)這些問題，教學(xué)改革勢(shì)在必行。探究數(shù)字化模式醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)及應(yīng)用，整合傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，提升教學(xué)水平，讓學(xué)生更好地掌握實(shí)驗(yàn)操作能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)和科研興趣，是當(dāng)前教學(xué)不容忽視的一個(gè)方面。

醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)；虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室；數(shù)字化模式

醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的開展有助于培養(yǎng)學(xué)生觀察、操作和分析問題能力。在醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)對(duì)象通常是從動(dòng)物身上分離出的組織和器官，要想完成實(shí)驗(yàn)，需花費(fèi)高昂的成本，并且是精細(xì)操作，十分復(fù)雜；此外，一些大型設(shè)備因受數(shù)量限制，學(xué)生參與人數(shù)多，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳；教學(xué)場(chǎng)地和實(shí)驗(yàn)器械等一些因素的影響使得實(shí)驗(yàn)開展十分困難。在學(xué)生方面，一些學(xué)生實(shí)驗(yàn)前后沒有做充足的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的精密性操作知之甚少，不能很好地操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備，不利于醫(yī)學(xué)技能實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展。隨著科技的發(fā)展，一種新的虛擬技術(shù)出現(xiàn)，為了確保高校醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芨玫亻_展，提高實(shí)驗(yàn)水平，我們進(jìn)行了相關(guān)探討。

1 醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)狀況

醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)是在生理學(xué)和病理學(xué)等醫(yī)學(xué)學(xué)科基礎(chǔ)上形成的，通過整合，對(duì)相同實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行藥物和病理等干預(yù)，探究其形態(tài)和器官功能的變化。分析國內(nèi)外這方面的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)出現(xiàn)了一些問題。

1.1 教學(xué)方法固定，教學(xué)手段滯后

醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)還是采用傳統(tǒng)的看錄像和標(biāo)本階段，將動(dòng)物實(shí)驗(yàn)作為輔助手段，內(nèi)容單一，無法實(shí)現(xiàn)師生之間的有效互動(dòng)，易使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)心理。隨著數(shù)字化技術(shù)的出現(xiàn)，醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)運(yùn)用多媒體技術(shù)還處于較低水平，主要用于輔助教學(xué)，并未引起充分重視，涉及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的很少。

1.2 經(jīng)費(fèi)匱乏，阻礙實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展

醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)需要多種材料和動(dòng)物。目前，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)材料價(jià)格持續(xù)上升，實(shí)驗(yàn)成本高，受限于教學(xué)經(jīng)費(fèi)，教學(xué)資源嚴(yán)重不足。另外，醫(yī)學(xué)教育擴(kuò)大了招生規(guī)模，生源人數(shù)持續(xù)攀升，隨之而來減少了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這使得實(shí)驗(yàn)次數(shù)減少，不能給學(xué)生提供充足的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，削弱了他們的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ瑖?yán)重影響了教學(xué)效果，阻礙了醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展。

2 醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)特征

醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主要部分是計(jì)算機(jī)仿真虛擬技術(shù)，融入多種模型數(shù)據(jù)，如動(dòng)物病理學(xué)數(shù)據(jù)和生物仿真技術(shù)數(shù)據(jù)等。醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)虛擬系統(tǒng)構(gòu)建在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為學(xué)生營(yíng)造一個(gè)逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在多種實(shí)驗(yàn)器械的幫助下，學(xué)生既能順利地做完傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也能操作創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的開放有益，不受實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和實(shí)驗(yàn)器械等影響，尤其是實(shí)驗(yàn)資源匱乏的情況下依然適用，可以在高校推廣。學(xué)生在寢室內(nèi)可通過安裝虛擬服務(wù)器，以遠(yuǎn)程登錄的形式進(jìn)行有關(guān)模擬實(shí)驗(yàn)，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，使他們對(duì)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)感到親切，有利于其提升運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題能力。虛擬仿真系統(tǒng)應(yīng)用于教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，取得顯著教學(xué)成效，使學(xué)生具備了創(chuàng)造性和自主性，培養(yǎng)了主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題能力[1]。虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用在機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中起到了重要作用，完善了教學(xué)手段，提升了教學(xué)水平。

3 醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室體現(xiàn)了較強(qiáng)的真實(shí)性、交互性和多感知性等特征，應(yīng)用于機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)提供了平臺(tái)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，使培養(yǎng)的學(xué)生具有較高的動(dòng)手操作能力和自主學(xué)習(xí)能力，從真正意義上提高了教學(xué)水平[2]。醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)成：網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、服務(wù)器和客戶端等，配置有虛擬實(shí)驗(yàn)軟件。客戶通過校外網(wǎng)絡(luò)就可以進(jìn)行訪問，開展虛擬實(shí)踐。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室結(jié)合生理學(xué)、病理學(xué)和藥理學(xué)能開展多種虛擬實(shí)驗(yàn)，同時(shí)配置了多種圖片和豐富的影像資料，強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)機(jī)能學(xué)的感性認(rèn)識(shí)。由于其不受地域限制，學(xué)生可以在寢室安裝類似虛擬軟件，借助校園銜接服務(wù)器，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)；不受實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和課時(shí)限制，提高了教學(xué)效率。醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)室通過該教學(xué)手段，豐富了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，減少了實(shí)驗(yàn)試劑和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的損耗，節(jié)省了購買昂貴設(shè)備的花費(fèi)，適應(yīng)了節(jié)約型社會(huì)的要求，使實(shí)驗(yàn)操作更為容易，提高了實(shí)驗(yàn)成功率，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。因此，醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建立，有助于培養(yǎng)醫(yī)學(xué)優(yōu)秀人才，對(duì)醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到十分重要的作用。

4 醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用

4.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段多樣化

醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室滿足了實(shí)際教學(xué)需求，能模擬逼真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，結(jié)合實(shí)驗(yàn)具體內(nèi)容，構(gòu)建和教學(xué)內(nèi)容相匹配的虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停蛇\(yùn)用計(jì)算機(jī)生物仿真技術(shù)開展多種虛擬實(shí)驗(yàn)。由于所有實(shí)驗(yàn)都是由實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)方式等構(gòu)成，當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)、熟悉實(shí)驗(yàn)流程后，就可以使用合適的儀器和材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及時(shí)掌握實(shí)驗(yàn)中的各種數(shù)據(jù)，如實(shí)驗(yàn)中動(dòng)物血液用藥刺激產(chǎn)生的反應(yīng)等，并把實(shí)驗(yàn)中各種動(dòng)物的差異歸入隨機(jī)變量中，保障了實(shí)驗(yàn)的可靠性。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，評(píng)估實(shí)驗(yàn)效果，提供和實(shí)驗(yàn)有關(guān)的試題，以檢測(cè)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，判斷學(xué)生所處的理論知識(shí)水平，實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，更好地鍛煉學(xué)生的動(dòng)手操作能力。

4.2 延伸醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

開展醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，需配置高精度的儀器，因受教育經(jīng)費(fèi)不足限制，部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不能開展；而一些大型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目會(huì)因缺乏設(shè)備及實(shí)驗(yàn)指標(biāo)不合格，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大影響。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，配置了多種新設(shè)備，對(duì)所有實(shí)驗(yàn)原理和方法介紹的都非常清楚，如膜片鉗技術(shù)和離體心臟灌流技術(shù)等，不僅拓寬了學(xué)生的知識(shí)面，也培養(yǎng)了學(xué)生自主探索知識(shí)的能力，通過指導(dǎo)，學(xué)生可以更好地開展醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)。

4.3 推進(jìn)醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)開放性實(shí)驗(yàn)發(fā)展

在原有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)的開放實(shí)驗(yàn)逐漸發(fā)展起來，有豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作保障。學(xué)生可以獨(dú)自操作，完成實(shí)驗(yàn)，鞏固已有知識(shí)結(jié)構(gòu)，豐富自身知識(shí)體系。開放性實(shí)驗(yàn)是一種“主動(dòng)探索式”的學(xué)習(xí)模式，有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。然而，由于實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)投入不足，加之缺乏教學(xué)資源，不利于開放性實(shí)驗(yàn)的發(fā)展。醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)因不受實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和材料等限制，是一種全天候開放的模式，利用校園網(wǎng)絡(luò)的便捷性，學(xué)生可以隨時(shí)隨地完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作，探究創(chuàng)新技術(shù)，借助虛擬實(shí)驗(yàn)室，檢驗(yàn)并完善實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這種開放式的學(xué)習(xí)系統(tǒng)，解決了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的難題，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)了其創(chuàng)新意識(shí)，使他們對(duì)科研產(chǎn)生濃厚興趣。

5 結(jié)語

當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展引起了各大高校的足夠重視，基于有限的條件，增強(qiáng)醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果十分必要[3]。高等醫(yī)學(xué)教育未來必然朝著數(shù)字化方向發(fā)展，其中仿真虛擬技術(shù)必將成為主流，也是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新趨勢(shì)。其減少了教學(xué)成本，提高了實(shí)驗(yàn)效率，但是，虛擬實(shí)驗(yàn)不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)，兩者各有所長(zhǎng)，要相互結(jié)合，發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，以保證醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

[1]趙元淑，鄧鎮(zhèn)，雷水生，等.虛擬仿真系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究[J].醫(yī)學(xué)理論與實(shí)踐，2015（17）：2410-2412.

[2]羅懷青，韓麗，衡建福，等.機(jī)能虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與實(shí)踐[J].中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2015（5）：532-534.

[3]王宏寶，劉慧萍，喻嶸，等.醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用[J].中國中醫(yī)藥現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育，2014（7）：84-85.

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1671-1246（2016）19-0112-02

湖南省高教學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)室管理專業(yè)委員會(huì)2014年資助研究課題“醫(yī)學(xué)院校生物機(jī)能虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建及應(yīng)用”（2014-15）