人體形態學虛擬仿真實驗教學平臺的建設與實踐

王 丹，楊斯閔，董志恒，董 營，劉楠楠，張 適，于春艷

(北華大學醫學院 病理學教研室,吉林 吉林132013)

虛擬仿真(Virtual Reality)技術是20世紀40年代伴隨著計算機發展而形成的實驗研究新技術。人體形態學虛擬仿真實驗教學平臺的建設，主要是借助計算機虛擬仿真軟件、多媒體、數據庫等多種現代化信息技術手段，建設豐富的實驗教學資源，為學生提供更為全面的多學科資源。學生可以利用虛擬仿真實驗教學平臺，同時進行多學科的交叉學習，融會貫通所需掌握基礎知識點。在建設虛擬仿真實驗教學平臺的實踐中對提高教學質量做了探索。

1 人體形態學虛擬仿真實驗教學平臺的構建

隨著信息技術的日新月異，學校根據自身發展的需要，采用先進的信息技術大力推行教學改革。近年來虛擬仿真技術憑借其直觀性、可重復性、易操作性的優勢極大的豐富了學生的感性認知，得到了極好的教學效果。教育部在2013年啟動全國性質的國家級虛擬仿真實驗教學中心建設[1]，各地區響應國家號召，結合自身特點，建立了各具特色的實驗教學虛擬仿真教學平臺。其中北華大學根據自己的辦學定位，以及學科發展的統籌安排，整合了現有的人體形態學專業資源以及新引進的虛擬仿真資源，并借助了企業力量，進行了特色資源庫的建設[2,3]。

2 我校醫學人體形態學虛擬仿真網站建設和信息化管理

有效網址為，http://bhjcfz.beihua.edu.cn。學校建設云平臺空間，在實驗樓內自建服務器，充分共享校園內解剖學、形態學實驗教學資源。建設開放式實驗教學管理平臺，平臺實現以千兆速度訪問上述數字教學資源，見圖1，同時可以在實驗前完成安全知識考核、知識點預習，實驗課程結束后完成考核及相關信息發布等功能，見圖2。

3 人體形態學虛擬仿真實驗教學數字資源

3.1 購買山東易創公司“醫學形態學數字化教學平臺”產品

公司聯合國內數十所著名醫學院校的幾十位專家教授，歷時六年研發的“醫學形態學數字化教學平臺”產品，是形態學數字化教學的整體解決方案。

3.1.1解剖模塊 數字虛擬人的構建和完善與真實人體數據一致。各系統、器官的三維立體模型，在真實斷層人體的基礎上構建而成。解剖學微課有大量解剖教學視頻，其中系統解剖學微課視頻13個，局部解剖學微課視頻31個，斷層解剖學微課33個。人體解剖結構的三維形態圖像清晰，每個解剖結構都具有中英文雙語的標注和解釋，可以隨多方位視角而進行相應的角度旋轉、并可以同比例增大或者縮小。操作界面具有白板，加注畫筆，解剖結構剝離、分離顯示、隨意組合以及透明等功能。

3.1.2組胚模塊 組織學切片庫按教學大綱章節分類，共有掃描切片330張，切片可以任意區域放大縮小，可以依據關鍵詞迅速查找學習相關區域，組織學學習視頻18個，組織學隨片練習1670道，課件18個。

圖1 醫學院實驗教學中心網絡布局

圖2 開放式實驗教學管理平臺和數據共享示意圖

3.1.3病理模塊 病理學切片庫按教學大綱章節分類，共有掃描切片447張，切片可以自由放大縮小，可以依據關鍵詞迅速查找病變區域，大體病理標本405個。病理學視頻15個，病理學隨片練習289道。課件34個。為方便學生總結歸納，一部分大體病理標本可以與之對應切片內容進行切換，在操作上更為簡便。

3.2 與企業共同研發虛擬仿真實驗教學項目

與企業合作自主研發實驗部教學項目，自行制作動畫、錄制實驗錄像；建設學科實驗教學案例庫，豐富PBL實驗教學資源。積極解決醫學實驗中不能通過現實完成的實驗；高危性實驗；高度消耗性實驗；虛實結合，拓寬實驗教學方法。學校提供理論方案及實際數據資源，在企業的技術支持下，建設虛擬仿真實驗項目，教學中實現虛實結合，虛實互補。以學習心內膜炎為例，具體表現為：

3.2.1實物與虛擬結合 學生在學習過程中學習心臟實體標本，初步掌握心臟結構，并結合虛擬仿真3D影像進一步理解心臟立體結構，深入理解發生病變的位置及原因。

3.2.2操作與虛擬結合 采用虛擬動畫形式，模擬不同致病因素下病變發生過程的異同，充分理解病變。

3.2.3治療與虛擬結合 學生在治療原則理論基礎上，通過虛擬操作實現治療效果呈現。

3.2.4考核與虛擬結合 實驗后，學生結合課堂所學，應用考試模塊評價學習效果。

3.3 自建項目

根據主要形態學科教學發展需要以及本學科的特點及難點，結合學生的學習興趣，有系統的錄制相關內容課件，豐富人體虛擬仿真教學平臺內容。

4 人體虛擬仿真教學平臺的使用

4.1 學(自主化學習)

在虛擬仿真環境中更加強調學習者的主體性，鼓勵學生自己動手去查看豐富優質的教學資源，根據自身的情況對自己未掌握內容進行反復演示和觀察，學習者主觀能動性更大。學生可以通過留言、交流等方式與老師溝通，實時解決學習中發現的盲點，有效提高了學生學習的積極性，并且可以通過習題庫有針對性的進行自主練習。使學生在預習、學習、復習的過程中都得到充分的學習資源保證。

4.2 教(數字化教學)

教師在虛擬仿真教學中主體性讓位于學生，充分調動學生學習的積極性，教師利用軟件資源進行數字化教學，更清晰、更全面、更高效。教師通過教學課件等輔助教學，在學習中以引導為主，加強學生學習的自主性。

4.3 管(系統化管理)

通過軟件統計功能，可以查看學生的學習積分和教師利用頻率等信息，并可根據利用情況掌握學生學習情況，針對學生學習的薄弱點調整教學重點。

4.4 考(過程考核及期末考試)

學生可以利用網絡平臺中的題庫進行實驗室安全考核，學習期間小考及期末考核等方式掌握考點。

5 總結

隨著教育信息化的日益發展，高校在教學改革中也不斷在推進信息化手段的進程。虛擬仿真技術在教學中的應用促進了教學理念和學習方法的變革。尤其是在醫學實驗教學中，改技術具有不可超越的優勢[4]。它的具體操作模式是，依托計算機軟件和硬件構建一個系統平臺，虛擬實驗環境和實驗對象，這種虛擬的實驗環境和對象，安全、經濟、直觀、形象，且具有交互性的學習特點[5]。

提高實驗教學的效率，必須由原來的以“教”為中心，向以“學”為中心轉化，實現學習的自主化[6]。通過虛擬仿真實驗教學可以順利實現學習的自主化。在虛擬仿真實驗教學中，結合網絡教育平臺的使用。能進一步的補充實驗教學中面臨的不足。比如實驗條件和場所的限制，實驗成本高昂的問題。不斷探索新的教育手段和方法，能大大提高實驗教學的效果。而充分利用現實條件，有效整合虛擬仿真資源，探索校企共建的合作方式，優化虛擬仿真實驗操作模式，進行仿真實驗平臺建設，將更有利于復合型創新型人才的培養[7]。