虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用探究

（滄州醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校，河北滄州，061001）

虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用探究

楊曉暉，金玉忠，邵路才，劉 穎

（滄州醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校，河北滄州，061001）

計(jì)算機(jī)已成為人們生活及工作中不可缺少的工具，影響著人們的生活、娛樂(lè)、工作、溝通及學(xué)習(xí)等，給人類社會(huì)帶來(lái)了翻天覆地的變化。虛擬仿真技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的，其通過(guò)模擬并仿真現(xiàn)實(shí)世界可為用戶創(chuàng)造一個(gè)類似于現(xiàn)實(shí)社會(huì)的環(huán)境，以讓用戶能夠切身感受現(xiàn)實(shí)世界。文章從虛擬仿真技術(shù)的基本概念出發(fā)，分析了虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，表明其在醫(yī)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景還是非常廣闊的。

虛擬仿真技術(shù)；醫(yī)學(xué)教學(xué)；應(yīng)用

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)教育領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用多種新技術(shù)，使教學(xué)效率得以提高。可以說(shuō)，新技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上影響了現(xiàn)代教育模式的改革及發(fā)展。目前在醫(yī)學(xué)教學(xué)中，多媒體及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用讓我們?cè)趯?shí)踐中看到了教學(xué)效率得到了真真正正的提高。而虛擬仿真技術(shù)是一種在利用計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界模擬仿真的技術(shù)，讓用戶有一種身臨其境的感覺，從而能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)習(xí)的情景化以及與自然世界的交互，現(xiàn)“虛擬仿真”的教育模式正被慢慢推廣。

1 虛擬仿真技術(shù)

虛擬仿真技術(shù)簡(jiǎn)稱VR，即“Virtual Reality”，其是一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)是指利用多媒體技術(shù)結(jié)合仿真技術(shù)而創(chuàng)造一個(gè)集視覺、聽覺、觸覺及嗅覺等為一體的虛擬現(xiàn)實(shí)世界，使用戶有身臨其境的感覺，讓用戶可以自然地感受到虛擬空間中的客體，同時(shí)也可與虛擬空間中的客體進(jìn)行互動(dòng)的技術(shù)，利用虛擬仿真技術(shù)不但可加快用戶接受客觀知識(shí)的速度，而且還可提高用戶吸收客觀知識(shí)的效率。虛擬仿真技術(shù)是一門交叉學(xué)科，其不僅涉及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、人工智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而且還結(jié)合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理以及模式識(shí)別等，是對(duì)現(xiàn)代仿真技術(shù)的一種發(fā)展與延伸。虛擬仿真技術(shù)最為突出的特點(diǎn)是可使用戶沉浸，以讓用戶產(chǎn)生構(gòu)想，與虛擬空間的客體進(jìn)行交互。虛擬實(shí)驗(yàn)是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)合虛擬仿真技術(shù)來(lái)創(chuàng)造用戶所需的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)人員可在虛擬的空間當(dāng)中進(jìn)行如現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境一樣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，相比于在真實(shí)環(huán)境當(dāng)中，在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境當(dāng)中所獲得的學(xué)習(xí)效果明顯更優(yōu)。這不但可以培養(yǎng)學(xué)生的真實(shí)感受，而且還可有效提高學(xué)生的創(chuàng)新及實(shí)踐能力。據(jù)教育專家研究，虛擬實(shí)驗(yàn)在下個(gè)世紀(jì)將會(huì)成為利用虛擬仿真技術(shù)最為重要也最為熱點(diǎn)的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。

2 虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)教學(xué)方式主要是課堂教學(xué)，依靠的是教師的口頭講授以及相關(guān)板書進(jìn)行演示，同時(shí)以手勢(shì)、圖片、醫(yī)學(xué)模型、標(biāo)本或是真實(shí)人體等工具進(jìn)行輔助教學(xué)，有些學(xué)校為使學(xué)生的理解能夠更深刻、動(dòng)手能力能更強(qiáng)，還會(huì)進(jìn)行高費(fèi)用的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)或是尸體解剖。而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在不久的將來(lái)，虛擬仿真技術(shù)將會(huì)成為醫(yī)學(xué)教學(xué)的主流輔助教學(xué)方式。醫(yī)學(xué)領(lǐng)域與整個(gè)人類的關(guān)系可謂是非常密切、重要且特殊的。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)主要是將人體及人體器官進(jìn)行模擬仿真，以創(chuàng)建醫(yī)學(xué)立體模型，同時(shí)其還可擬建現(xiàn)實(shí)世界的醫(yī)療器械，結(jié)合多媒體技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可為用戶提供更多醫(yī)學(xué)資源和交互性更強(qiáng)的學(xué)習(xí)環(huán)境。就目前而言，虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域主要體現(xiàn)在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床教學(xué)和遠(yuǎn)程教育等可視性較強(qiáng)的醫(yī)學(xué)教學(xué)當(dāng)中。

在醫(yī)學(xué)教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾方面：

第一，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用可彌補(bǔ)現(xiàn)在教學(xué)條件的許多不足之處。進(jìn)行醫(yī)學(xué)教學(xué)時(shí)會(huì)用到諸多實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)用動(dòng)物或尸體、必要的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)等，而這些往往就會(huì)成為教學(xué)實(shí)驗(yàn)順利開展的阻礙。比如解剖課程的教學(xué)，其是醫(yī)學(xué)教學(xué)中最基本也是最重要的基礎(chǔ)課程，為使學(xué)生能夠更深刻理解人體結(jié)構(gòu)就需要實(shí)施尸體解剖。近些年來(lái)醫(yī)學(xué)院校不斷擴(kuò)招，學(xué)生越來(lái)越多，然而供學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的尸體卻越來(lái)越少。然而利用虛擬仿真技術(shù)則可彌補(bǔ)這一不足之處。在虛擬的解剖室中，學(xué)生可利用虛擬的“尸體”進(jìn)行解剖實(shí)踐，同時(shí)可將“臟器”取下，還可真切體驗(yàn)整個(gè)外科病理的檢驗(yàn)工作。這樣不但解決了尸源少的問(wèn)題，而且也鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。

第二，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用可調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。利用虛擬仿真技術(shù)可讓學(xué)生置入虛擬的現(xiàn)實(shí)環(huán)境當(dāng)中，同時(shí)還可讓學(xué)生與虛擬空間中的客體進(jìn)行直接性地交流，從而提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)教學(xué)知識(shí)的理解。虛擬仿真技術(shù)集聲音、圖像及圖形演示功能于一體，既豐富了教學(xué)過(guò)程，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又可將抽象變得具體，使教師的表達(dá)更形象，所傳授的知識(shí)也更容易被理解及接受，提高了教學(xué)效率。比如講授細(xì)胞膜的章節(jié)時(shí)，以往大多是利用靜態(tài)的圖片 (如圖1)來(lái)向?qū)W生展示，然而通過(guò)虛擬仿真技術(shù)可建立仿真立體的結(jié)構(gòu)(如圖2)，學(xué)生不但可以觀看細(xì)胞膜的構(gòu)成，而且還可將細(xì)胞膜進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以從多層面、多角度、全方位立體地觀察，使學(xué)生更易理解細(xì)胞膜的超微結(jié)構(gòu)。

圖1 細(xì)胞膜超微結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 虛擬仿真細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)圖

第三，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用不受時(shí)間及空間的作用。利用虛擬仿真技術(shù)，可打破傳統(tǒng)教學(xué)的時(shí)間及空間限制，學(xué)生可轉(zhuǎn)身于物體內(nèi)部進(jìn)行細(xì)致和動(dòng)態(tài)的觀察。比如要了解藥物的分子結(jié)構(gòu)或是產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)，傳統(tǒng)的口頭授課是難以讓學(xué)生理解的，而利用虛擬仿真技術(shù)創(chuàng)造虛擬的分子結(jié)構(gòu)環(huán)境之后，學(xué)生就能在藥物的分子內(nèi)部進(jìn)行細(xì)致的觀察，以讓學(xué)生能夠迅速理解和掌握相關(guān)知識(shí)。另外一些需要經(jīng)過(guò)數(shù)月或是數(shù)年才能看到的變化，利用虛擬仿真技術(shù)則可在短時(shí)間內(nèi)將所有變化都呈現(xiàn)在學(xué)生面前。比如生物的遺傳定律，做動(dòng)物實(shí)驗(yàn)是需要幾個(gè)月才能看到變化的，而利用虛擬仿真技術(shù)則可在課堂上直接呈現(xiàn)給學(xué)生。

第四，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用可有效避免現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)及操作中存在的危險(xiǎn)。現(xiàn)實(shí)的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)往往都帶有一定的危險(xiǎn)性或是存在對(duì)人體健康產(chǎn)生危害的因素，比如傳染性疾病，以往若要學(xué)習(xí)其臨床癥狀通常都是通過(guò)電視錄像來(lái)讓學(xué)生獲取相應(yīng)知識(shí)，而學(xué)生并不能直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以通過(guò)切身感受來(lái)獲取感性認(rèn)識(shí)。然而利用虛擬仿真技術(shù)則可不必考慮這種危險(xiǎn)性。學(xué)生置身虛擬的傳染性疾病空間，其可大膽地去做各種危險(xiǎn)或是對(duì)人體有危害的實(shí)驗(yàn)而不用擔(dān)心會(huì)被傳染。

第五，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用可有效積累學(xué)生臨床經(jīng)驗(yàn)。學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)專業(yè)的人員不僅僅需要深厚的理論知識(shí)，其更重要的是臨床經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)諸多的臨床經(jīng)驗(yàn)才可發(fā)現(xiàn)理論知識(shí)外的很多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，才能解決更多醫(yī)學(xué)問(wèn)題，應(yīng)對(duì)更多緊急的醫(yī)學(xué)狀況，傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教學(xué)方式是很難做到這一點(diǎn)的。然而利用虛擬仿真則可通過(guò)構(gòu)建各種虛擬環(huán)境讓學(xué)生置身于不同的疾病系統(tǒng)當(dāng)中，讓學(xué)生直觀地看到不同疾病的病癥及其解決方法，從而使學(xué)生的診斷及治療水平得以提高，有效地積累了學(xué)生的臨床經(jīng)驗(yàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析可以看出，醫(yī)學(xué)教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)有著諸多的優(yōu)勢(shì)，且不可否認(rèn)的是，虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教學(xué)中確實(shí)使得醫(yī)學(xué)教學(xué)的效率得到了提高，同時(shí)也使學(xué)生對(duì)于醫(yī)學(xué)知識(shí)的理解更加深刻，然而在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，其還是存在很多制約因素的，如計(jì)算機(jī)處理器或是硬件發(fā)展水平還未能達(dá)到醫(yī)學(xué)模擬仿真所需、實(shí)現(xiàn)與客體的交互還存在很多復(fù)雜性的問(wèn)題、可供借鑒的案例太少、應(yīng)用過(guò)程中所需要摸索的東西還很多、教師與相關(guān)制作人員之間的交流較少等等，都使得虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用腳步不斷放慢。因此對(duì)于虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用還需進(jìn)行進(jìn)一步及深入的研究。

[1] 王文軍,李冰,安川林.虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用初探[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)教育技術(shù).2009(03)

[2] 寧波宏泉.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用[J].齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào).2009(08)

[3] 董路,何曉艷,陳連慶.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用[J].網(wǎng)絡(luò)財(cái)富.2009(16)

Research on the application of virtual simulation technology in medical education

Yang Xiaohui，Jin Yuzhong，Shao Lucai，Liu Ying
(Cangzhou Medical College，Hebei Cangzhou，061001)

The computer has become the people living and working in an indispensable tool,affecting people's life,work,entertainment,communication and learning,has brought changes to the human society to turn the world upside down.The virtual simulation technology is based on the development of computer technology,the simulation and Simulation of real world can be for the user to create a similar to the real social environment,to let the user can feel the real world.This article from the basic concept of virtual simulation technology,analyzes the application advantages of virtual simulation technology in medical education,the medical teaching application prospect is very broad.

virtual simulation technology;medical education;application