吳若霞 劉慧萍 李 玲 劉 俐陳沙 曹 蓉 劉平安 張國民*

（1湖南中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，長沙410208；2中醫(yī)方證研究轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)湖南省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙410208）

建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的意義與內(nèi)容初探※

吳若霞1，2劉慧萍1，2李 玲1，2劉 俐1陳沙1曹 蓉1劉平安1張國民1*

（1湖南中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，長沙410208；2中醫(yī)方證研究轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)湖南省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙410208）

基于虛擬仿真技術(shù)強(qiáng)大的應(yīng)用前景，和國家大力扶植中醫(yī)藥教育事業(yè)發(fā)展的契機(jī)，我校將重點(diǎn)建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其意義主要是豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、增加師生互動(dòng)、調(diào)動(dòng)積極性、提高實(shí)驗(yàn)的安全性、節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本、激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新積極性、提高學(xué)生的臨床技能、增加學(xué)生對前沿知識(shí)的了解，從而提升我校教學(xué)水平。

虛擬仿真；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；中醫(yī)藥

虛擬仿真(Virtual Reality，VR)又稱虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是當(dāng)今非常流行的新型教學(xué)媒體，是涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等的綜合集成技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)可以呈現(xiàn)可視化實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境，通過操作虛擬實(shí)驗(yàn)儀器或者設(shè)備進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)，達(dá)到與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相一致的教學(xué)目的和要求，在教育領(lǐng)域中具有強(qiáng)大的應(yīng)用前景，而在醫(yī)學(xué)教育中更具有重大意義。

1 我校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)情況

我校醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心由醫(yī)學(xué)類基礎(chǔ)學(xué)科生理學(xué)、藥理學(xué)、病理生理學(xué)、醫(yī)學(xué)生物學(xué)、組織胚胎學(xué)、病理學(xué)、微生物與免疫學(xué)、生物化學(xué)與分子生物學(xué)八大類教學(xué)實(shí)驗(yàn)室和中醫(yī)學(xué)類實(shí)驗(yàn)針灸學(xué)、方劑學(xué)、中醫(yī)基礎(chǔ)三大類教學(xué)實(shí)驗(yàn)室合并而組建，為建設(shè)多層次、學(xué)科交叉、按功能分類的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，中心下設(shè)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)室、顯微形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)室、病原免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)室、生化與分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室共四大類實(shí)驗(yàn)室，教學(xué)內(nèi)容涉及廣泛[1]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教學(xué)活動(dòng)中的重要環(huán)節(jié)，是從理論走向?qū)嵺`的橋梁，實(shí)驗(yàn)條件決定著學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新精神和綜合素質(zhì)的水平[2]。近年來，隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展和深入，黨中央、國務(wù)院高度重視教育信息化工作，在《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》第十九章“加快教育信息化進(jìn)程”中明確指出：“加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源體系建設(shè)，引進(jìn)國際優(yōu)質(zhì)數(shù)字化教學(xué)資源，開發(fā)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)課程，建立數(shù)字圖書館和虛擬實(shí)驗(yàn)室，建立開放靈活的教育資源公共服務(wù)平臺(tái)，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源普及共享。[3]”我校將在現(xiàn)有的校園網(wǎng)和省級醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心基礎(chǔ)上，大力推進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)工作，致力于將模擬、仿真實(shí)驗(yàn)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為學(xué)生和教師提供“自主式”、“交互式”、“開放式”的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，將對我校教學(xué)質(zhì)量提高產(chǎn)生積極重要的作用。

2 開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)的意義

2.1 豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容醫(yī)學(xué)教育重視直觀、生動(dòng)，但在教學(xué)過程中，許多內(nèi)容無法直接展示。醫(yī)學(xué)教育又非常重視實(shí)踐，理論必須與實(shí)踐相結(jié)合，讓學(xué)生掌握一定數(shù)量的綜合實(shí)驗(yàn)才具備一定的素質(zhì)能力，是提高醫(yī)學(xué)生操作技能的重要環(huán)節(jié)。虛擬仿真軟件及虛擬課堂相結(jié)合，可以打破某些實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的局限，為教師、學(xué)生提供一個(gè)直觀的方式，讓學(xué)生觀察到普通教學(xué)中無法觀察到的內(nèi)容。比如失血過程中毛細(xì)血管網(wǎng)的改變、病毒或細(xì)菌的生長過程、細(xì)胞增殖或凋亡的詳細(xì)過程等。

2.2 增加師生互動(dòng)調(diào)動(dòng)雙方積極性在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)條件下，課堂教學(xué)不再局限于有形的教室中，亦不再局限于單純的教學(xué)平面圖片或者是視頻，教學(xué)活動(dòng)的空間得到了擴(kuò)展；同時(shí)，對于學(xué)生而言，對知識(shí)的掌握也不再僅僅局限于課堂，對于課堂上未能及時(shí)理解或者掌握的知識(shí)點(diǎn)及操作，可以在課余時(shí)間去學(xué)習(xí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間也有了擴(kuò)展，有助于加深知識(shí)的理解和掌握。另外，通過軟件的設(shè)置，教師可以統(tǒng)計(jì)出學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)間，并可以更直觀地了解學(xué)生學(xué)習(xí)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的時(shí)間，從而更準(zhǔn)確地判斷學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的難點(diǎn)或是興趣所在，提高教學(xué)質(zhì)量。

2.3 提高實(shí)驗(yàn)的安全性有些微生物實(shí)驗(yàn)在操作過程中具有污染風(fēng)險(xiǎn)，對實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)操作者要求較高。因此，在教學(xué)過程中，可以利用虛擬仿真技術(shù)讓學(xué)生先熟悉相關(guān)操作流程和注意事項(xiàng)，培養(yǎng)學(xué)生對醫(yī)學(xué)儀器設(shè)備、器械的正確使用，及實(shí)驗(yàn)技術(shù)的規(guī)范化操作等，考核合格后再進(jìn)行實(shí)物操作，有利于提高學(xué)生的操作技能，提高實(shí)驗(yàn)的安全性。

2.4 節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本許多實(shí)驗(yàn)一直受到實(shí)驗(yàn)儀器和耗材昂貴、實(shí)驗(yàn)原材料匱乏、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間過長等條件的局限難以開展，且高校每年為處理實(shí)驗(yàn)廢棄物、動(dòng)物標(biāo)本等需要支付大量資金，并存在一定的安全隱患。對于這些實(shí)驗(yàn)，可以用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)代替。一方面，學(xué)生雖然無法進(jìn)行實(shí)物操作，但是可以讓學(xué)生通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)一步步觀察、體會(huì)實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可以明確實(shí)驗(yàn)步驟的意義，獲得身臨其境的體驗(yàn)；另一方面，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以替代這些成本高、廢棄物難處理、污染風(fēng)險(xiǎn)大的實(shí)驗(yàn)，可長期、大范圍、重復(fù)使用，避免對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不夠了解或者對儀器使用不夠熟悉而造成的浪費(fèi)，從而降低教學(xué)、實(shí)驗(yàn)成本。

2.5 激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新積極性我校醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心下設(shè)湖南省大學(xué)生創(chuàng)新性訓(xùn)練中心，目的是培養(yǎng)在校大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。若通過網(wǎng)絡(luò)將虛擬仿真系統(tǒng)向?qū)W生開放，實(shí)驗(yàn)儀器、裝置、實(shí)驗(yàn)對象與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場情況一致，將真實(shí)的實(shí)驗(yàn)場景展現(xiàn)在學(xué)生面前，學(xué)生可自選感興趣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，模擬實(shí)驗(yàn)儀器的使用和實(shí)驗(yàn)技術(shù)操作，并可模擬指標(biāo)檢測并導(dǎo)出相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，滿足學(xué)生的不同需求，從而增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、開拓學(xué)生視野、充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的創(chuàng)新積極性。

2.6 提高學(xué)生的臨床技能醫(yī)學(xué)生臨床技能水平是高校教學(xué)質(zhì)量的重要體現(xiàn)。隨著高校的迅速擴(kuò)招，許多高等醫(yī)學(xué)院校面臨著實(shí)踐教學(xué)基地和臨床帶教老師相對減少的問題；面對現(xiàn)在的醫(yī)患關(guān)系環(huán)境，以病人為主要訓(xùn)練對象的傳統(tǒng)臨床實(shí)踐技能訓(xùn)練的機(jī)會(huì)大大減少。這些問題使醫(yī)學(xué)院校在醫(yī)學(xué)人才的培養(yǎng)的過程中面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室可以將有代表性的臨床資料通過虛擬仿真技術(shù)的轉(zhuǎn)化，逼真地模擬臨床接診患者的過程。虛擬仿真技術(shù)可以構(gòu)建中醫(yī)四診合參虛擬、構(gòu)建中藥種植產(chǎn)地重現(xiàn)、構(gòu)建中醫(yī)名方配伍規(guī)律、構(gòu)建中醫(yī)名醫(yī)經(jīng)驗(yàn)傳承等[4]，學(xué)生可以模擬診斷、評估、治療患者的過程。同時(shí)，還可以與老師和其他學(xué)生進(jìn)行討論和交流，這種交互式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生對于臨床常見疾病診斷處理能力的熟悉和掌握，有利于學(xué)生臨床思維和技能的培養(yǎng)，提高醫(yī)學(xué)生的整體素質(zhì)。

2.7 增加學(xué)生對前沿知識(shí)的了解醫(yī)學(xué)行業(yè)的特殊性要求醫(yī)生對醫(yī)學(xué)領(lǐng)域前沿知識(shí)有一定認(rèn)識(shí)。對于醫(yī)學(xué)生而言，對于醫(yī)學(xué)行業(yè)前沿知識(shí)的了解途徑非常局限。而前沿技術(shù)所涉及的儀器、耗材等一般都比較昂貴。通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)，可以將這些技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，讓學(xué)生通過虛擬操作建立一定的認(rèn)識(shí)，也激發(fā)學(xué)生對新知識(shí)的學(xué)習(xí)熱情。

3 我校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)內(nèi)容

我校擬建成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)內(nèi)容主要包括優(yōu)化虛擬仿真教學(xué)資源、規(guī)范平臺(tái)管理、加強(qiáng)隊(duì)伍建設(shè)三個(gè)方面。

3.1 優(yōu)化虛擬仿真教學(xué)資源我校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)擬構(gòu)建微生物學(xué)和免疫學(xué)、分子生物學(xué)、機(jī)能學(xué)、中醫(yī)診斷學(xué)、方劑學(xué)、中藥學(xué)等多個(gè)模塊，可完成30多個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都包括實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、虛擬實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、考核四個(gè)部分。雖然課程門類繁多，但通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，整合優(yōu)化不同學(xué)科的資源，使不同學(xué)科的實(shí)驗(yàn)室相互交融、資源共享，減少不必要的重復(fù)開發(fā)和浪費(fèi)，并在其中融入中醫(yī)特色，也有助于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中觸類旁通，掌握更多知識(shí)。

3.2 規(guī)范虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)管理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)一方面要注重內(nèi)容的完善與規(guī)范，所有課程的設(shè)置、課程表、教學(xué)大綱、教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)課件、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)錄像等內(nèi)容都應(yīng)規(guī)范和俱全。另一方面要注重管理制度的完善，中心主任、負(fù)責(zé)人等分工職責(zé)要明確；虛擬仿真平臺(tái)的研究、開發(fā)、測試、評估、認(rèn)證、維護(hù)、培訓(xùn)等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化制度要做好整體規(guī)劃，建立健全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。最終實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)統(tǒng)一管理、統(tǒng)籌安排、優(yōu)化組合、提高教學(xué)和科研效率。

3.3 加強(qiáng)隊(duì)伍建設(shè)我校醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心十分重視教師隊(duì)伍建設(shè)，現(xiàn)規(guī)劃從教師年齡結(jié)構(gòu)、學(xué)歷層次、學(xué)科分布入手，采用多種形式提高人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)，如參加學(xué)術(shù)會(huì)議、參與相關(guān)課題組交流會(huì)、設(shè)立實(shí)驗(yàn)室基金，在政策上傾斜以促進(jìn)他們更新教學(xué)理念、豐富教學(xué)方法、增強(qiáng)研究能力與管理能力，鼓勵(lì)青年教師和虛擬仿真技術(shù)研發(fā)教師加入，建設(shè)一支高水平、結(jié)構(gòu)合理、專兼職結(jié)合、可持續(xù)發(fā)展的高水平實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍。

4 結(jié)語

基于虛擬仿真技術(shù)強(qiáng)大的應(yīng)用前景，和國家大力扶植中醫(yī)藥教育事業(yè)發(fā)展的契機(jī)，我校將致力于搭建以學(xué)生為主體，“教學(xué)-科研-臨床”相結(jié)合的現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的局限、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新能力、培養(yǎng)學(xué)生的中醫(yī)臨床思維，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)高質(zhì)量的中醫(yī)人才；并進(jìn)一步完善虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理共享平臺(tái)，優(yōu)化管理體系，提升隊(duì)伍的素質(zhì)，并提高平臺(tái)信息化共享和服務(wù)水平。

[1]劉慧萍，葛金文，張國民，等.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)技能大賽對中醫(yī)院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的影響[J].中國中醫(yī)藥現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育，2015，13(1):75-76.

[2]諶新興，龔興牡，石慧娟，等.醫(yī)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2016，34(2):45-46.

[3]國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要工作小組辦公室.國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年).2010.7．

[4]劉升長，章文春，謝斌，等.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中中醫(yī)思維的虛擬重現(xiàn)[J].亞太傳統(tǒng)醫(yī)藥，2015，11(21):142-143.

Discussion on the Significance and Con ten t of the Construction o f Virtual Sim ulation Experim en t Platfo rm

WURuoxia1,2,LIUHuiping1,2,LILing1,2,LIU Li1,CHEN Sha1,CAORong1,LIU Pingan1,ZHANGGuomin1*
(1.The ExperimentCenterof Basic M edicine Teaching,Hunan University of ChineseM edicine,Changsha 410208,China; 2.Key Laboratoryof Collegesand Universities,TraditionalChineseMedicine Prescription and Transformation ofMedical Laboratory, Changsha 410208,China)

Based on the strong application prospect of virtual simulation technology and the great support of the state in the development of TCM education,our university will focus on building a virtual simulation experiment platform,which will enrich the experimental teaching content,increase the enthusiasm of teachers and students and mobilize the enthusiasm,improve the safety of the experiment,save the cost of experiment,stimulate the enthusiasm of students,improve their clinical skills,and increase students' knowledge of frontier knowledge,so as to enhance our teaching level.

virtual simulation;experimental teaching;traditional Chinesemedicine

10.3969/j.issn.1672-2779.2017.05.021

1672-2779（2017）-05-0048-02

：李海燕本文校對：李玲

2016-11-08）

湖南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題【No：XJK014AGD012，XJK015AGD008】

*通訊作者：834095773@qq.com