仿真操作系統在教學改革中的應用研究*

郭玉峰 萬 佳

（1.寧夏人民醫院醫學影像中心 寧夏銀川 750011；2.北方民族大學醫學影像技術系 寧夏銀川 750021）

一、概述

隨著現代醫學實驗課程的不斷發展，傳統的醫學儀器實驗由于場地、維護費用等現實條件的限制，大部分醫學院校的實驗教學資源都比較匱乏，使得醫學實驗教學不得不尋求更新的更符合時代要求的實驗手段。虛擬儀器技術即在計算機技術、數據庫技術與網絡技術等支撐下，架構支持真實實驗環境的虛擬實驗平臺。虛擬實驗平臺形成了一個虛擬環境，在這種環境中進行操作、控制、分析、觀察和實驗，同時控制真實的實驗環境。這一技術有許多的優點，如交互性很靈活、對硬件資源要求不復雜，更簡易，因此在實驗教學中廣泛應用，成為解決可視化知識學習的又一重要媒體技術。而信息技術與學科整合，正是立足于時代的高度。虛擬儀器技術與課程整合，與傳統的教學模式不同，在豐富學科知識、優化學生認知、優化課堂教學結構等方面影響比較大。[1]

近年來，在醫學類高職院校實驗實踐教學中，非常強調學生的實際操作和動手能力，所以基于虛擬儀器的實驗教學更突出了其優勢，因而該技術在醫學高職院校的實驗教學中得到了進一步發展和完善。

二、醫學影像技術傳統教學的缺陷

板書教學是醫學影像傳統教學模式，學生在實驗室動手操作實驗。醫學影像實驗教學在學生獲取專業知識時具有極大的重要性。它在使學生深入理解理論知識、形成職業崗位能力等方面起到許多積極的作用。傳統的實驗教學并不完善，還有不少的不足。由于大型影像設備昂貴，驗耗材較多，綜合性實驗和開放性實驗無法或很少實現。實驗資源有限，不能做到人手一機，分組過大，難以反復訓練，造成實驗教學難以達到預期效果，嚴重阻礙了學生能動性和實踐能力的培養。

三、醫學影像虛擬實驗的設計和優勢

醫學影像技術專業要求學生能夠操作大型的影像設備，如ct、mri等，這些設備價格昂貴，體積龐大，操作使用復雜，需要學生長時間練習操作。一般院校很難滿足這些大型設備的教學使用需要，而虛擬儀器技術可以解決和克服這一難題。由北方民族大學和寧夏人民醫院實行的院校合作，在學校建立醫學影像學技術專業實驗室，引進DR仿真操作系統和教學PACS系統，利用計算機仿真、數據庫、圖像處理、虛擬實現和三維重建等編程技術對現有的影像設備實驗教學進行改革，利用仿真操作訓練系統，和實驗室自身的小型主機系統，仿真當今主流DR、CT掃描工作站的常規操作檢查流程，利用模擬設備，形成相應的仿真工作站，模仿真實ct、mri掃描工作站的操作流程；從而實現不需要投入大型設備，就能做到學生人手一機進行操作訓練，滿足學生學習和掌握大型醫療設備掃描操作基本技術的需求。

1.虛擬實驗的設計理念 在現代信息技術的協助下，將其與傳統教學手段結合起來，創建一個模擬的、開放的學習環境，逐步添加新的學習內容。讓學生能夠自主開放地學習影像技術，可自由選擇實驗內容，反復操作演練，將個性化學習體現的淋漓盡致。醫學影像虛擬實驗在解決難以反復訓練的困難中發揮了重要的作用。

2.虛擬實驗的設計思路 利用計算機技術、數據庫、圖像處理、虛擬現實和三維重建技術，采用dreamweaver、f l ash、.asp， sql server完成影像設備醫工綜合學習網站的設計，形成大型醫療設備仿真訓練系統。如仿真ct掃描工作站的常規操作，做到全真模擬當今主流ct掃描工作站的工作流程，定位圖像的掃描采用動態出現的方式，與真實ct模式相似，掃描圖像與ct機掃描出現方式一樣，使用戶如同使用真實ct。同時具有強大的圖像顯示與處理的功能，圖像源于ct，界面設計采用與真實ct界面同樣的方式，使用戶身臨其境，在真實ct與本系統之間轉換變化感覺不大。[2]

3.虛擬實驗的優勢

（1）切實降低實驗室投入 現今，影像設備的價格動輒就是幾萬到幾百萬，而且在科技與經濟高速發展的今天，這些設備功能型號更新較快，對其進行日常維護的人力和財力都比較大。因為受限于教育經費投入，通常這些實驗需要都得不到滿足。教學附屬醫院雖然購置，但學生能夠實踐動手操作練習的機會也不多。虛擬儀器技術在價格上比真實儀器設備的價格更低，相對來講，更具優勢。而且不難隨時根據先進設備進行升級，不必擔心大型設備的更新換代和新技術的發展。

（2）拓寬學科知識面，提高感性認識 在醫學影像實驗教學中，包含的信息技術因素非常多，通過教師的開發和整合，在引起學生對影像技術的興趣的同時，還能使學生的信息意識更強，使學生的知識面更廣闊，使學生能對學科知識進行進一步的理解、記憶和應用。信息技術與課程整合，讓學生更主動熱情的去學習學科知識，讓他們的求知欲望更強烈，提高學生探索未知的主動性。

（3）提供仿真教學情境，營造實踐氛圍 虛擬儀器技術與實驗課程整合，可以創設良好的課堂教學情境，仿真實際工作站的教學內容，從而讓學生更積極主動的去動手，使教、學與做的有效性得到明顯提高，讓學生能在一種輕松活潑的環境下，運用豐富的想象、牢固的記憶和靈活的思維成功的完成實踐操作。虛擬實驗室中的圖片非常多，視頻、音頻素材也很多，此外，實時軟件包以及人機對話方式種類繁多，為學生構造了一個仿真的實驗環境。實驗模擬非常生動，妙趣橫生，再加上與真實情景很相像的操作，讓學生產生了濃厚的興趣，讓學生更積極主動地去進行模擬實驗，使他們動手、動腦的能力不斷加強。

（4）增強實驗交互性，加強學習自主性 虛擬實驗可以交互控制實現雙向交流，虛擬實驗沒有一些不良因素的干擾，學生能夠在一個可控制的環境下進行實驗，學生可按自己的節奏，不管在什么時間、什么地點都能夠自主地開始基于計算機的虛擬實驗，而且能重復不少回；進行虛擬實驗時，計算機能很快反饋實驗進展，如果學生的操作違規了，就會自動出現一個提示信息。提示程序中缺少了某個必須的步驟，學生就能及時改正，進而正確地完成實驗。虛擬實驗結合了計算機技術、網絡技術等信息技術。虛擬實驗室既可用于實驗課堂教學，也可以用于學生自學，能增強學生自主學習的積極性。

（5）優化教學結構，啟發學生創新能力 在虛擬技術中，可以實現設計性實驗。在軟件中，能夠儲存的正常與不正常圖片非常多，能夠達到上萬張，甚至更多，教師能指導學生討論研究在實驗途徑不一樣的情況下，出線的種種不一樣的實驗結果，直到實驗結論不一樣。慢慢的學生就會逐漸在臨床實踐中進行分析、思考。此外，一些不太容易的實驗習題能在虛擬軟件中自行設計，讓學生在探索中設計實驗方案并付諸實施，這樣在提高學生思維能力的同時，心理素質，操作技能等都有一個全面的提高，還能培養學生的創新能力。

四、虛擬實驗課程評價

為了探討基于虛擬儀器技術開發的 醫學影像技術實驗課程的教學效果，本研究以本系2013—2015級醫學影像技術專業的學生為實驗對象，隨機分為實驗組和對照組，兩組各30人，兩組醫學基礎成績經統計學分析，無顯著性差異。比較評價內容包括有相關知識背景、學習興趣、實際操作感受、交互性、控制性以及學習態度等。對各項結果進行統計學處理分析表明學生認為虛擬實驗課程效果良好。

結果表明經過仿真操作系統學習的學生的實踐動手能力和理論知識的鞏固率明顯高于傳統理論學習方法的學生，說明虛擬儀器技術在實驗課程中的應用后，學生能夠熟練掌握影像技術方面的知識和操作技巧，這種模擬接近醫院實踐，使得實習前學生能夠熟練地掌握影像技術的整個檢查過程和操作流程，同時大大提高了學生的實踐興趣。

結語

把虛擬儀器技術引入實驗教學，更能滿足學校實驗儀器的使用，而且使學生的創新思維不斷提高，能有效激發學生的學習動機，加強學生的參與性和自主性，使學生的動手能力不斷增強。虛擬儀器技術的進一步發展成熟，相關研究資料和開發工具越來越多，使得虛擬儀器技術在醫學實驗教學中的應用實踐將日益增加。它在醫學教育領域中具有廣闊的應用前景，是醫學實驗教學中一個新的發展方向。