基于網絡的虛擬仿真平臺在基礎醫學遠程教育中的應用

李軍　袁藝標　吳曉燕　單鳴鳳

摘要：作為一種新興的教育模式，現代遠程教育在醫學教育領域中正不斷深入和有序地推進。本文介紹了在計算機網絡環境下，采用虛擬技術和開放式教育方式，結合多種輔助手段，搭建基礎醫學遠程教育虛擬仿真實驗平臺。該平臺強化了實驗教學實訓部分，提出了遠程教育的新思路。

關鍵詞：基礎醫學；虛擬仿真實驗；遠程教育

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）51-0063-02

一、基礎醫學遠程教育的現狀

遠程教育作為面向未來的一種新的教育模式和體系，為“形成全民學習，終身學習的學習型社會”提供了多層次、多渠道、多樣化的服務[1]。基礎醫學是一門實踐性很強的學科，醫學遠程教育與常規遠程教育不同，實踐性教學環境對配合理論教學、完成培養目標、保證教學質量意義重大[2]。參加基礎醫學遠程教育的，一般是在職在崗醫學專科學校畢業的學生，他們不僅要提高理論水平和實踐能力，而且迫切需要提高學歷層次，以適應醫院和個人職務升級的需要。網絡教育可以滿足學生對理論知識的學習，但難以進行實驗操作及動手能力的鍛煉。目前存在三大問題，一是學生因醫院工作的特殊性難以“個別的”“自主的”調配時間到學校實驗室完成系統的實驗；二是受編制和資金條件的限制，缺乏基礎醫學遠程教育相關實踐課程的老師，如實驗準備和管理人員幾乎為零；三是基礎醫學遠程教育主干課程較多，實驗課內容也相對較多，實驗室不夠用，設備、試劑和器材購置要耗費大量資金。可見，實驗教學已成為基礎醫學遠程教育的“短腿”和“不足”，制約著遠程教育教學質量的提升。因此，利用計算機網絡向學習者提供仿真實驗環境、構建虛擬實驗教學平臺成為現代教育技術應用的發展方向。

二、虛擬仿真實驗教學平臺構建

隨著現代信息技術的迅猛發展，一種新型的醫學教育模式——模擬醫學教育（simulator）迅速興起，它彌補了傳統醫學實驗教學中的諸多不足，并與之相互補充、相互促進[3]。虛擬現實技術是用運用計算機硬件和軟件，仿真各種現實境界，使用戶接受環境中的各種刺激，與虛擬環境中的人及事物進行行為和思想的交流[4]。作為一種新型的教學媒體，其強大的沉浸性、交互性可以幫助學生理解和掌握知識點，有利于鍛煉學生的實驗技能，將成為基礎醫學遠程教育的重要組成部分。

（一）仿真實驗系統的設計與實現

仿真實驗教學系統本質是一個基于網絡的醫學專業仿真軟件，研究思路主要結合所涉及的醫學專業特點，采用軟件工程的理念進行構建，首先進行需求分析，明確系統將建成為基于網絡的基礎醫學仿真實驗教學系統，再對網絡功能與基礎醫學仿真實驗分別做進一步分析[5]。根據設計思路，分析子系統的詳細需求，分模塊功能實現。主程序由.Net平臺開發，通過多媒體制作軟件Director建立導航，運用Photoshop CS完成頁面設計、圖標制作和圖片處理。三維部分通過Max建立，動畫仿真綜合MAX和Flash等工具，插件開發、不同軟件之間的接口建立與通信通過.NET平臺完成，其中運用的語言有Lingo、Javascript、C++。制作從需求分析到腳本設計，再到功能分解、接口定義，再到功能制作。在虛擬實驗設計時先制定稿本流程，再制作相關3D模型，制作分步動畫，進行程序編寫。最后系統整合測試運行，根據反饋對系統進行微調，直至發布。在網絡功能上，仿真教學系統既可在校園網上獨立運行，又可與學校E-Learning平臺整合，融入課程學習，并且可以在校外公共網絡上通過合法認證后登錄學習。

（二）虛擬仿真實驗平臺的結構內容

仿真系統中引入了顯微鏡三維模型、實驗室三維漫游、器械三維展示、虛擬訓練實驗，在展開某個實驗環境時，“虛擬現實”可先展示外部環境，隨著操作者“走進”，實驗環境的透視由遠及近，當對某一層面作“進入”操作時，深一層的景物視圖生成，各部分的狀態逐層呈現。虛擬仿真實驗教學平臺主要包含機能學自主學習平臺、形態學數字仿真實驗室和人體解剖學網絡自主學習系統，涵蓋了基礎醫學所有的實驗教學內容。（1）機能學自主學習平臺：包含虛擬實驗項目42項、視聽視頻116個、自測題庫3788題；經過近20年的建設與完善，現已成為機能實驗學學習的重要輔助手段，多次獲得省部級以上優秀多媒體競賽一等獎。（2）形態學數字仿真實驗室：包含視聽視頻36部，切片996張，知識點標注近萬項；能模擬顯微鏡的虛擬操作、三維展示和虛擬讀片等操作，在倍率與測量上突破了顯微鏡的功能限制，并可進行正常與病理組織切片的自測與考試。它分為學生端和管理端，學生端包括5個功能模塊：視頻點播、虛擬操作、虛擬讀片、課堂自測和考試模塊。管理端由七個功能模塊組成：視頻管理、虛擬操作、數碼教學、片庫管理、試卷管理、考試管理、試卷評閱。（3）人體解剖學網絡自主學習系統：包括3000多個解剖標本結構辨認，6000多道單項、配伍和多項選擇題。該系統的解剖標本量大、圖像清晰，解剖結構采用區域參數改變的方式突出顯示。配有“標本說明”“結構說明”“基本概念”和“知識拓展”等信息，有利于學生輕松自主學習。另外，3D人體能將人體以半透明方式顯示，通過人體漫游幫助學習者進一步了解人體內部結構與體表投影關系。

三、完善醫學遠程教育體系的措施

（一）加大投入

學校應重視網絡遠程教育的重要性，每年劃撥固定的虛擬仿真實驗室建設經費，專款專用以推動教育公平。對平臺建設相應的軟硬件要定期更新，請經驗豐富的實驗技術人員制作一些優良的病理切片，以專業的水準拍攝實驗教學錄像等。

（二）提升課程質量

吸收醫學和計算機相關專業人才，自主設計開發，針對不同的教育對象設計多層次多樣性的教學內容，強調理論與臨床實際相結合，注重科學嚴謹性和臨床實用性。以人為本，定期培訓，為學生提供支持幫助服務。

（三）完善管理機制

學校相關部門全力配合，共同推動虛擬仿真實驗平臺發展。學校派專職技術人員對學生進行虛擬仿真平臺的培訓及推廣，能夠通過遠程在線加強教師對學生的指導和監督，對提出的問題給以及時的反饋，加強師生互動。

四、結語

《全國現代遠程教育發展規劃》中提出“要轉變觀念，逐步實現教育對象，教育時間空間，教育內容形式和教育手段的開放[6]。虛擬仿真實驗平臺教學資源豐富，包括機能實驗學、形態實驗學和人體結構學三門國家精品課程網站，可共享的資源相當多。虛擬實驗避免了消耗大量的實驗動物、實驗材料、藥品和試劑給環境造成的負面影響，學生在虛擬實驗環境中完成各種實驗任務，在一定程度上其實驗結果是真實技能的反映。通過網絡有針對性地對重要實驗技術反復練習，為學生提供了遠程自主學習平臺。此外，教師還可對整個實驗教學過程進行管理、輔導，學生的操作及結果系統可以自動測評。總之，構建虛擬仿真實驗教學平臺，彌補了過去基礎醫學遠程教育理論強、實驗弱的不足，開辟了遠程教育的新思路。

參考文獻：

[1]段亞清，曾思恩.發揮遠程教育優勢，推進醫學繼續教育發展[J].現代教育技術，2005，23（18）：55-56.

[2]袁藝標，高興亞，周紅，等.醫學機能實驗學規范化操作虛擬平臺設計[J].實驗室研究與探索，2016，35（12）：140-142.

[3]杜月林，黃剛，王峰，等.建設虛擬仿真實驗平臺，探索創新人才培養模式[J].實驗技術與管理，2015，32（12）：26-29.

[4]姜姍，林燕，閆永紅，等.基于虛擬仿真技術構建虛實結合的實踐教學體系[J].中國中醫藥現代遠程教育，2017，15（21）：20-22.

[5]于瀟翔，彭月，黃心淵，等.基于Unity3D的道具系統研究與開發[J].成都理工大學學報（自然科學版），2014，41（4）：523-528.

[6]于增國，李雅杰，宋旦旨，等.綜合性大學開辦醫學現代遠程教育的實踐與策略[J].中國高等醫學教育，2012，（3）：23-25.