李忠玉, 劉良專, 梁　瑜, 周文化, 何戰(zhàn)勝, 陳　熙

(南華大學(xué) 醫(yī)學(xué)院, 湖南 衡陽　421001)

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多層次綜合性醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)與成效分析

李忠玉, 劉良專, 梁瑜, 周文化, 何戰(zhàn)勝, 陳熙

(南華大學(xué) 醫(yī)學(xué)院, 湖南 衡陽421001)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在醫(yī)學(xué)教育中發(fā)揮著重要作用。建立開放、資源共享的綜合性醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),是培養(yǎng)醫(yī)學(xué)創(chuàng)新人才的主要途徑。南華大學(xué)醫(yī)學(xué)院通過建設(shè)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,開展了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué),促進(jìn)了學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng),提高了教學(xué)質(zhì)量。

醫(yī)學(xué)教育； 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心； 建設(shè)與成效

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要組成部分。教育部發(fā)布的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)》明確提出,要加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué),建設(shè)國家級虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地,促進(jìn)開放共享的虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)環(huán)境建設(shè),提示我國虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)進(jìn)入了規(guī)模化、標(biāo)準(zhǔn)化和可持續(xù)發(fā)展階段。我校以“科學(xué)規(guī)劃、共享資源、突出重點(diǎn)、提高效益、持續(xù)發(fā)展”為指導(dǎo)思想,以提高學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為宗旨,以建設(shè)信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為重點(diǎn),積極推進(jìn)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè),取得了明顯成效。

1　醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的必要性

1.1緩解實(shí)驗(yàn)室條件限制,彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源不足

在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,有些實(shí)驗(yàn)設(shè)備昂貴、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物缺少、醫(yī)學(xué)生物類實(shí)驗(yàn)試劑和耗材價(jià)格高[1-2],使一些應(yīng)該開設(shè)的基本的教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目難以開展,不能滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心可通過發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢,真實(shí)模擬昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)場景,通過人機(jī)交互的方式使學(xué)生在虛擬的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)場景中開展實(shí)驗(yàn),提供與實(shí)際操作相類似的實(shí)踐體驗(yàn),實(shí)現(xiàn)各種預(yù)定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,既彌補(bǔ)教學(xué)儀器的不足,節(jié)約教育資源,同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了在現(xiàn)實(shí)條件下無法開展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作,達(dá)到教學(xué)互動(dòng)、資源共享的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的[3]。

1.2豐富教學(xué)內(nèi)容,擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)空

開展醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn),極大地豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。通過借助虛擬仿真技術(shù),對一些具有危險(xiǎn)性的場景或者現(xiàn)實(shí)中難以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行虛擬仿真,如高致病性微生物實(shí)驗(yàn)、劇毒類物質(zhì)實(shí)驗(yàn)或放射性物質(zhì)實(shí)驗(yàn)；有些實(shí)驗(yàn)如心肺復(fù)蘇急救、穿刺、插管等臨床技能實(shí)驗(yàn)操作項(xiàng)目不允許學(xué)生直接在病人身體上進(jìn)行,但我們可依托虛擬現(xiàn)實(shí)構(gòu)建高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對象,使抽象知識具體化、形象化和現(xiàn)實(shí)化,使學(xué)生更好理解并掌握相關(guān)知識。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)打破了傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教學(xué)在時(shí)間和空間的限制[4-6],學(xué)生在任何時(shí)間、任何場合都可以進(jìn)行自主學(xué)習(xí),并與教師進(jìn)行交流互動(dòng),并且可在較短的時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生需要較長時(shí)間才能觀察的某些變化過程。如微生物學(xué)的分離培養(yǎng)與鑒定、病毒的培養(yǎng)過程等,需要1周乃至數(shù)周的時(shí)間,而利用虛擬仿真技術(shù)在一堂課內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)[7]。尤其是對某些細(xì)微的、不常見的或難以直接觀察的變化,可以多方位、多維度、多層次地再現(xiàn)出來[8-9],吸引學(xué)生有意識觀察,培養(yǎng)學(xué)生良好的觀察能力。

1.3激發(fā)學(xué)生求知欲,增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力

醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)為學(xué)生提供全天候的開放式實(shí)驗(yàn)環(huán)境,學(xué)生可隨時(shí)借助平臺(tái),根據(jù)自己需求選擇實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和試劑等進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn),使學(xué)生從灌輸式被動(dòng)學(xué)習(xí)到積極靈活的主動(dòng)學(xué)習(xí)[10],極大地激發(fā)了學(xué)生的求知欲,充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性。同時(shí)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)提供了豐富多彩的立體化教學(xué)資源和形式多樣的實(shí)驗(yàn)情境,能夠?qū)?fù)雜變簡單,化抽象為具體,將宏觀或微觀的機(jī)體結(jié)構(gòu)、形態(tài)與機(jī)能、生理或病理現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)過程表現(xiàn)得形象生動(dòng)、逼真,通過人機(jī)交互,加強(qiáng)學(xué)生對知識的內(nèi)化和遷移,促進(jìn)學(xué)生形象思維和直覺思維能力的發(fā)展[11-12]。通過臨床技能仿真訓(xùn)練和臨床思維拓展實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐學(xué)習(xí),增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐操作和臨床思維能力,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識,培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新能力。

2　多層次綜合性醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)

醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心下設(shè)形態(tài)學(xué)數(shù)字化、機(jī)能學(xué)、病原生物學(xué)與免疫學(xué)、臨床技能仿真訓(xùn)練、臨床思維拓展五個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),開設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目共計(jì)111項(xiàng),其中:形態(tài)學(xué)數(shù)字化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)24項(xiàng),機(jī)能學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)25項(xiàng),病原生物學(xué)和免疫學(xué)虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)26項(xiàng),臨床技能仿真訓(xùn)練平臺(tái)教學(xué)資源28項(xiàng),臨床思維拓展平臺(tái)教學(xué)資源8項(xiàng)。學(xué)生可根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的要求,通過實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的儀器設(shè)備進(jìn)行配置、連接、調(diào)節(jié)和使用虛擬實(shí)驗(yàn)儀器開展實(shí)驗(yàn)。

2.1形態(tài)學(xué)數(shù)字化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

該實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)融合數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和多媒體技術(shù)等多種信息技術(shù),在終端顯示二維平面及三維立體真實(shí)可靠的人體正常結(jié)構(gòu)圖像和器官組織內(nèi)部結(jié)構(gòu),并可呈現(xiàn)三維動(dòng)畫,學(xué)生可在三維空間里對人體中感興趣的結(jié)構(gòu)進(jìn)行放大、任意旋轉(zhuǎn)和平移,使學(xué)生清楚地了解人體內(nèi)部復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系。同時(shí)通過顯微數(shù)碼互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)與數(shù)字切片進(jìn)行實(shí)物和虛擬圖像對比學(xué)習(xí),增強(qiáng)了學(xué)生的操作能力,培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.2機(jī)能學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

機(jī)能學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)將生理學(xué)、病理生理學(xué)和藥理學(xué)有機(jī)整合,開設(shè)了大氣懸浮顆粒PM2.5-PM15對人體健康傷害、微循環(huán)灌流與血流動(dòng)力學(xué)、膜片鉗應(yīng)用等25項(xiàng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)均包含實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)儀器和虛擬實(shí)驗(yàn)操作等內(nèi)容,學(xué)生可選擇合適的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、儀器和藥物完成虛擬操作過程,虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄,并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和評價(jià)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目充分應(yīng)用了多媒體豐富直觀的表達(dá)形式、將仿真動(dòng)畫、實(shí)驗(yàn)錄像相結(jié)合,增強(qiáng)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)操作的理解和掌握。

2.3病原生物學(xué)與免疫學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)開設(shè)了分離培養(yǎng)模擬實(shí)驗(yàn)、培養(yǎng)基的制備模擬實(shí)驗(yàn)、鉤端螺旋體暗視野顯微凝集模擬實(shí)驗(yàn)、陽性釘螺與尾蚴釋放觀察模擬實(shí)驗(yàn)等一系列虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。同時(shí)根據(jù)課程特點(diǎn),聯(lián)系生物安全相關(guān)知識,以不同的病原生物對象設(shè)為問題,讓學(xué)生選擇相應(yīng)級別的生物安全實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行虛擬操作,將生物安全知識靈活運(yùn)用于實(shí)踐中[13],不僅能拓寬學(xué)生的知識領(lǐng)域,而且可以促進(jìn)學(xué)生建立更為完善的生物安全相關(guān)知識體系。

2.4臨床技能虛擬仿真訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

臨床技能虛擬仿真訓(xùn)練包括心肺聽診訓(xùn)練系統(tǒng)、腹部觸診訓(xùn)練系統(tǒng)、外傷急救、胸腔穿刺、腰椎穿刺、腹腔穿刺等多種模型,學(xué)生可通過模型和計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)心臟、胸肺部體格檢查中的擴(kuò)聽示教、基礎(chǔ)聽診、鑒別聽診；腹部體格檢查中腹部聽診和觸診教學(xué)與考核等。軟件中有“心臟聽診病例”80例、“肺臟聽診病例”60例、“腹部觸診病例”43例,心電圖考核圖形約40幅,學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中反復(fù)訓(xùn)練和規(guī)范基本操作,實(shí)現(xiàn)了早臨床和多臨床實(shí)踐,提高了學(xué)生臨床技能和思維能力。

2.5臨床思維拓展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

該實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)采取全方位、多途徑、多形式開放方式,支持學(xué)生開展綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn),特別是臨床應(yīng)用、病例討論等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,加深學(xué)生對醫(yī)學(xué)知識的理解。同時(shí)該實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)也增加了三維適形及調(diào)強(qiáng)放射治療仿真系統(tǒng),如肺癌放療中正向適形與逆向調(diào)強(qiáng)計(jì)劃設(shè)計(jì)、前列腺癌的適形和調(diào)強(qiáng)適形放療計(jì)劃設(shè)計(jì)和三維逆向調(diào)強(qiáng)適形放射治療計(jì)劃的設(shè)計(jì)和優(yōu)化等,該系統(tǒng)可根據(jù)腫瘤的具體形狀通過仿真模擬放療,最大限度地提高了腫瘤的照射劑量和減少周圍正常組織、器官的照射體積和劑量。

3　醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)過程與成效

1992年,我校在國內(nèi)率先將生理學(xué)、病理生理學(xué)、藥理學(xué)課程實(shí)驗(yàn)有機(jī)整合成機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),之后將人體解剖學(xué)、醫(yī)學(xué)微生物學(xué)等基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)課程整合形成形態(tài)學(xué)、病原生物學(xué)、臨床技能學(xué)等實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。2002年和2003年獲批為中央與地方共建基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室；2004—2008年分別被評為湖南省實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心；2008年和2010年臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)中心和臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心獲批為中央與地方共建特色優(yōu)勢學(xué)科實(shí)驗(yàn)室；2015年8月被批準(zhǔn)為湖南省醫(yī)學(xué)類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)單位；2016年被批準(zhǔn)為國家級醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)單位。

近3年,約有300名學(xué)生參與了實(shí)驗(yàn)中心教師的科研項(xiàng)目,并在中心教師指導(dǎo)下積極參加國家級、省級、校級等各類科技創(chuàng)新活動(dòng),主持或參與大學(xué)生創(chuàng)新性科研項(xiàng)目40余項(xiàng)；撰寫完成SCI、CSCD收錄論文50余篇；參與完成專利設(shè)計(jì)或醫(yī)學(xué)儀器制作多項(xiàng)。2015年榮獲“第六屆全國高等醫(yī)學(xué)院校大學(xué)生臨床技能競賽”全國總決賽特等獎(jiǎng)；2014年榮獲“第五屆全國高等醫(yī)學(xué)院校大學(xué)生臨床技能競賽”全國總決賽一等獎(jiǎng)和“第五屆全國高等醫(yī)學(xué)院校大學(xué)生臨床技能競賽”華中賽區(qū)一等獎(jiǎng)；2013年榮獲“第四屆全國高等醫(yī)學(xué)院校大學(xué)生臨床技能競賽”全國總決賽三等獎(jiǎng)和“第四屆全國高等醫(yī)學(xué)院校大學(xué)生臨床技能競賽”華中賽區(qū)一等獎(jiǎng)；2012年榮獲“第三屆全國高等醫(yī)學(xué)院校大學(xué)生臨床技能競賽”華中賽區(qū)一等獎(jiǎng)；“衡陽市第五屆大學(xué)生科技創(chuàng)新大賽”二等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)各1項(xiàng)。

4　結(jié)語

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度結(jié)合的現(xiàn)代產(chǎn)物,是推進(jìn)高等教育信息化建設(shè)的重要組成部分。將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育,突破了傳統(tǒng)的教學(xué)方法無法滿足現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展的需要,具有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不可比擬的優(yōu)越性[12]。南華大學(xué)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心秉承“名德博學(xué),求是致遠(yuǎn)”的校訓(xùn)精神,積極探索,勇于創(chuàng)新,不斷完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革,為推動(dòng)我國醫(yī)學(xué)高等教育事業(yè)不斷向前發(fā)展做出了積極的貢獻(xiàn)。

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Analysis on construction and achievement of multi-level comprehensive medical virtual simulation experimental teaching center

Li Zhongyu, Liu Liangzhuan, Liang Yu, Zhou Wenhua, He Zhansheng, Chen Xi

(School of Medicine,University of South China,Hengyang 421001,China)

Medical virtual simulation experimental teaching plays an important role in medical education. To establish an open and resources-sharing medical experiment teaching platform is the main way to cultivate innovative talents. Through the establishment of a virtual simulation experiment teaching center,School of Medicine at Nanhua University has well run a virtual simulation experiment teaching program,promoted the students’ practical and innovative ability and improved the quality of teaching.

medical education; virtual simulation experimental teaching center; construction and achievement

10.16791/j.cnki.sjg.2016.09.058

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)

2016-03-03修改日期：2016-05-05

國家級醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心項(xiàng)目(教高廳函[2016]6號)；湖南省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃項(xiàng)目(XJK016AGD005)

李忠玉(1972—),女,湖南郴州,博士,教授,主要研究方向?yàn)椴≡w致病機(jī)制

E-mail：lzhy1023@hotmail.com

陳熙(1964—),男,湖南邵陽,教授,南華大學(xué)醫(yī)學(xué)院院長,主要研究方向?yàn)楦叩冉逃芾?

E-mail：2241332533@qq.com

G451

A

1002-4956(2016)9-0220-03