醫(yī)學院校虛擬實驗室建設(shè)的問題與分析

夏霞

[摘 要] 隨著社會的快速發(fā)展，對醫(yī)學院校進行虛擬實驗室建設(shè)的策略進行分析十分關(guān)鍵。其不僅能夠有效地促進醫(yī)學院校教學質(zhì)量的提高，還能讓學生對醫(yī)學知識有更為深入的認識。主要針對醫(yī)學院校虛擬實驗室的建設(shè)進行了分析，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。

[關(guān) 鍵 詞] 醫(yī)學院校；虛擬；實驗室；問題分析

[中圖分類號] R-331 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）03-0152-02

實驗教學是醫(yī)學院校在教學過程中的重要組成部分，虛擬實驗室可以給醫(yī)學院校師生提供一個基于網(wǎng)絡(luò)的平臺，師生可以身臨其境地觀察實驗現(xiàn)象，并可通過虛擬軟件系統(tǒng)自行設(shè)計探索性實驗、綜合性實驗。不僅能夠有效地提高學生對醫(yī)學知識的自主學習能力，還能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和獨立解決問題的能力。所以，對醫(yī)學院校虛擬實驗室建設(shè)的問題進行分析十分關(guān)鍵。

一、醫(yī)學院校虛擬實驗室建設(shè)的概況

（一）虛擬實驗室存在的客觀因素

醫(yī)學院校中，傳統(tǒng)醫(yī)學實驗教學的成本過高，實驗儀器設(shè)備的昂貴，較高費用的實驗材料如實驗動物、模型及尸體的來源稀缺，且單純傳統(tǒng)的實驗教學形式不利于調(diào)動學生的積極性，有限的教師資源帶教、教學學時和場地的限制影響了實驗教學質(zhì)量，使得虛擬實驗室成為醫(yī)學院校實驗教學的另一種輔助形式。

（二）虛擬實驗室系統(tǒng)的特點

虛擬實驗室是綜合利用計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等與傳統(tǒng)機械技術(shù)相結(jié)合的一種創(chuàng)新型實驗教學方法。它可以通過多媒體模擬仿真技術(shù)在計算機屏幕上創(chuàng)造出模擬的實驗儀器性能、實驗條件和環(huán)境，具有逼真的現(xiàn)實感，使人身臨其境地感受實驗室的氛圍。

（三）虛擬實驗系統(tǒng)在醫(yī)學教學中的應(yīng)用

虛擬實驗系統(tǒng)目前在教學中的運用比較普遍，如虛擬三維人體解剖學展示系統(tǒng)使用虛擬三維技術(shù)實現(xiàn)人體解剖學標本演示；虛擬切片系統(tǒng)是將玻璃切片轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的切片圖像，建立起形態(tài)學實驗虛擬切片庫，從而構(gòu)建師生互動、圖像共享、高效率的教學體系；醫(yī)學虛擬儀器仿真教學系統(tǒng)構(gòu)建醫(yī)學虛擬儀器的操作環(huán)境，通過鼠標、鍵盤實現(xiàn)人、機的互動；在線虛擬診療思維訓練系統(tǒng)可面向中西醫(yī)結(jié)合專業(yè)，教師首先將自己掌握的實際患者的病情數(shù)據(jù)輸入其中，系統(tǒng)自動生成虛擬患者并進行分類管理。豐富了實驗項目，學生還可自由選擇時間、地點，可隨時進入實驗操作系統(tǒng)來操作，只需要一個網(wǎng)絡(luò)平臺就可以通過虛擬實驗演示或進行操作完成各種實驗，最重要的是給學生一個良好的思維空間和體驗階段，同時也給教師提供一個創(chuàng)新教學的機會，彌補了教學上的不足。

二、醫(yī)學院校虛擬實驗室建設(shè)中的問題

（一）教學理念落后，實驗室設(shè)備陳舊，阻礙虛擬實驗室的建設(shè)

現(xiàn)在很多醫(yī)學院校在虛擬實驗室的建設(shè)上比較基礎(chǔ)，其實驗設(shè)備依舊較陳舊，特別是醫(yī)學基礎(chǔ)實驗室。更加注重學生理論知識的教學以及考試成績的提高，這種觀念限制了虛擬實驗室的建設(shè)。

（二）實際教學過程中虛擬實驗室不可以完全取代真實實驗室

虛擬實驗室建設(shè)是很有創(chuàng)新意義的一個項目，雖然具有特別逼真的沉浸感，使人身臨其境，可以提供現(xiàn)實中的氛圍，為學習醫(yī)學、實踐項目提供了好的環(huán)境，但是也存在某些局限性，如設(shè)備的參數(shù)和實物的參數(shù)有所差別，缺乏真實實驗中視、聽、觸全方位的教學體驗，這些是將來從事臨床工作所必需有的真實體驗。另外，在真實實驗中有利于培養(yǎng)學生團隊的合作意識和解決困難的能力，這些都是虛擬實驗所不具備的，因此在實際教學過程中不可以完全取代真實實驗。所以一些院校在虛擬實驗和真實實驗兩者之間選擇后者，限制了虛擬實驗室建設(shè)的發(fā)展。

（三）構(gòu)建實驗室的技術(shù)還不夠成熟

在進行實驗室的構(gòu)建過程中，很多醫(yī)學院校在構(gòu)建技術(shù)上表現(xiàn)得還不夠成熟。首先，硬件部分。其遠程客戶端的開發(fā)技術(shù)還較為基礎(chǔ)，在腳本以及動態(tài)組件方面，其服務(wù)器還無法較好的實現(xiàn)自動化。但是在大多數(shù)的實驗室建設(shè)中，其都采用Web服務(wù)器進行程序的處理。其次，在虛擬現(xiàn)實的軟件基礎(chǔ)方面還較為薄弱。虛擬現(xiàn)實的要求較高，其不僅對計算機基礎(chǔ)有所涉及，同時還對虛擬環(huán)境有一定的要求，很多高校在VR建模技術(shù)的應(yīng)用時，還不夠完善，這就很難實現(xiàn)三維圖形的立體顯示，從而給實驗室軟件構(gòu)建帶來一定的障礙。由于醫(yī)學虛擬實驗軟件的設(shè)計、開發(fā)者需要既懂計算機信息技術(shù)又懂醫(yī)學專業(yè)才行，使得軟件課程的開發(fā)種類雖多，僅是基于某一門課程實現(xiàn)，且在某課程實驗內(nèi)容上有所限制。如何開發(fā)出某一類學科的虛擬實驗通用模型，實現(xiàn)基于此平臺的二次開發(fā)，以避免不必要的重復(fù)勞動，提高開發(fā)效率，使之成為社會化的遠程實驗教學的產(chǎn)品。

三、醫(yī)學院校虛擬實驗建設(shè)的對策

更新教育觀念，與傳統(tǒng)實驗方法有效結(jié)合，充分發(fā)揮虛擬實驗室對教學的輔助作用，充分調(diào)動學生在學習中的主動性。先進的醫(yī)學虛擬實驗環(huán)境，滿足醫(yī)學教學需求，使參與者參與交互，感到身臨其境，是設(shè)計和建立虛擬實驗室的根本標準。系統(tǒng)基于Windows平臺和Internet架構(gòu)，整體性、先進性、開放性、可拓展性是虛擬實驗室系統(tǒng)設(shè)計的必然要求。二次開發(fā)與三維數(shù)據(jù)處理，沉浸式立體顯示，六自由度實時交互，力和觸覺反饋以及立體音效輸出，是系統(tǒng)所具備的功能。系統(tǒng)主要由開發(fā)和渲染平臺，三維沉浸式顯示系統(tǒng)，三維交互系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)組成。

（一）更新教育觀念，有效地建立虛擬實驗教學中心

科學、合理地使用虛擬實驗室，給學生良好的思維空間，使之與傳統(tǒng)的實驗有效結(jié)合，培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新和動手實踐能力，更好地為教學服務(wù)。學校應(yīng)當根據(jù)學生的實際情況、專業(yè)特點量身建立學校特有的虛擬實驗教學中心。

（二）渲染平臺以及開發(fā)

開發(fā)與渲染平臺主要包括工作站以及虛擬現(xiàn)實軟件平臺兩個部分。主要是指，三維圖像處理生成與處理系統(tǒng)，兼?zhèn)湓俅伍_發(fā)創(chuàng)作，對整個虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用、處理，起到核心的作用。這是建立教學模型和應(yīng)用數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)開發(fā)平臺，對其他子系統(tǒng)的運行起到連接和協(xié)調(diào)的作用。把握其他子系統(tǒng)的運行，兼?zhèn)溟_發(fā)、創(chuàng)新、運轉(zhuǎn)的作用，建立合適完整的教學模型。

（三）六自由度實時交互系統(tǒng)

虛擬現(xiàn)實應(yīng)用的最大價值和功能，就是實時交互。實時交互是虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及三維動畫和多媒體的區(qū)別所在。虛擬外設(shè)作為人機交互的工具和實現(xiàn)手段在虛擬現(xiàn)實交互中起到很大的作用。六自由度交互系統(tǒng)，計算機觸覺反饋系統(tǒng)，數(shù)據(jù)手套和位置跟蹤器等，是常見的幾個部分。這些設(shè)備都將安裝在工作站上，供用戶進行人和機器的交流與體驗。

（四）加強虛擬實驗軟件研發(fā)人員的合作

在進行醫(yī)學虛擬實驗軟件設(shè)計、開發(fā)過程中，可采取專業(yè)的計算機技術(shù)人員與專業(yè)課程教師合作的形式。目前許多軟件公司與高校聯(lián)手開發(fā)實驗軟件。根據(jù)學科特點，細致剖析實驗的具體設(shè)計思路。了解實驗的本身目的、原理、過程及特點等，更重要的是分析實驗難點，要根據(jù)實驗?zāi)康模_定虛擬實驗中需要制作的模型及其精細程度、交互和反饋環(huán)節(jié)，從而確定進行問題情境設(shè)計所要解決的問題和切入點。

四、結(jié)語

隨著現(xiàn)在醫(yī)學科技的不斷發(fā)展，人們對醫(yī)學的要求越來越高，醫(yī)學院校虛擬實驗室建設(shè)十分關(guān)鍵，是提高學生實踐能力的基礎(chǔ)。在進行醫(yī)學院校虛擬實驗室建設(shè)的過程中，應(yīng)當從實際出發(fā)，對建設(shè)虛擬實驗室的資金以及建設(shè)環(huán)境進行充分的考慮，做好平臺開發(fā)以及三維系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)工作，從而全面提升醫(yī)學院校建設(shè)虛擬實驗室的水平。

參考文獻：

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