基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的理實(shí)一體化教學(xué)改革研究
——以“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”課程為例

黃秀英 耿喬磊

（廣東江門(mén)中醫(yī)藥職業(yè)學(xué)院，廣東 江門(mén) 529000）

《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》提出，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)改進(jìn)教學(xué)方式方法，推進(jìn)虛擬工廠等網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間建設(shè)和普遍應(yīng)用［1］，將虛擬仿真技術(shù)運(yùn)用于實(shí)訓(xùn)教學(xué)已成為職業(yè)教育領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)［2］。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可解決實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地安排困難、實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足、實(shí)訓(xùn)過(guò)程危險(xiǎn)、實(shí)訓(xùn)周期過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題。在高職百萬(wàn)擴(kuò)招和新冠疫情期間大規(guī)模線上教學(xué)的背景下，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)于培養(yǎng)技術(shù)合格的實(shí)用型人才具有重要意義。“教、學(xué)、做”理實(shí)一體化是一種理論和實(shí)踐、直觀和抽象交替進(jìn)行的職業(yè)院校新型教學(xué)模式，可將“教師的‘教’”“學(xué)生的‘學(xué)’與‘做’”融為一體［3］，提高學(xué)生的認(rèn)知能力和職業(yè)素養(yǎng)。本研究以“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”課程為例，使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行理實(shí)一體化教學(xué)模式的課程改革研究。通過(guò)將課程知識(shí)點(diǎn)重新梳理整合為多個(gè)項(xiàng)目，并結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)施“教、學(xué)、做”理實(shí)一體化教學(xué)，解決理論教學(xué)與實(shí)踐脫節(jié)的問(wèn)題，幫助學(xué)生更好地理解理論知識(shí)、掌握影像設(shè)備的工作原理，使學(xué)生能夠動(dòng)手實(shí)踐、獨(dú)立思考，達(dá)到培養(yǎng)實(shí)用型人才的目標(biāo)［4］。

1 “醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”課程教學(xué)存在的問(wèn)題

“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”是醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)具有醫(yī)工結(jié)合性質(zhì)的重要基礎(chǔ)課程。學(xué)習(xí)影像設(shè)備對(duì)于加強(qiáng)學(xué)科的交叉性、實(shí)用性與綜合性，培養(yǎng)醫(yī)工融合的跨時(shí)代復(fù)合型人才，落實(shí)健康中國(guó)戰(zhàn)略具有重要意義。現(xiàn)階段，“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”課程教學(xué)以傳統(tǒng)的課件教學(xué)為主，與真實(shí)影像設(shè)備緊密結(jié)合的實(shí)踐環(huán)節(jié)較少，且實(shí)踐環(huán)節(jié)主要采用“圍觀教學(xué)”“視頻觀看”等方式，大多是教師一邊帶領(lǐng)學(xué)生操作一邊為學(xué)生講解，而學(xué)生作為旁觀者無(wú)法參與實(shí)踐。因此，學(xué)生常反映該門(mén)課具有難入門(mén)、概念抽象、理論復(fù)雜的特點(diǎn)。另外，影像實(shí)訓(xùn)設(shè)備通常較為昂貴，資源稀少，必須放在放射屏蔽作用合格的機(jī)房中才能使用，因此，學(xué)校很難給學(xué)生提供真實(shí)設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作［4］。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中動(dòng)手機(jī)會(huì)的缺失導(dǎo)致其學(xué)習(xí)興趣低下、學(xué)習(xí)積極性不高、跟進(jìn)學(xué)科前沿較慢，難以滿(mǎn)足醫(yī)學(xué)影像技術(shù)人才的培養(yǎng)要求。通過(guò)理實(shí)一體化教學(xué)，改變實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，突出以學(xué)生為中心、以成果為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)的理念，有望激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的動(dòng)力，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐能力的提高。

2 醫(yī)學(xué)影像設(shè)備虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

廣東江門(mén)中醫(yī)藥職業(yè)學(xué)院的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是基于放射科真實(shí)工作環(huán)境設(shè)計(jì)的，可用于醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專(zhuān)業(yè)多門(mén)課程的實(shí)踐教學(xué)。教學(xué)在一體化教室中進(jìn)行，教學(xué)設(shè)備滿(mǎn)足人數(shù)要求及相關(guān)的教學(xué)目標(biāo)要求。任課教師可自由管理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的教學(xué)內(nèi)容，在實(shí)際教學(xué)中能夠監(jiān)測(cè)到每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況與特點(diǎn)改進(jìn)教學(xué)方案與教學(xué)策略，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)改革的完善性、高效性與科學(xué)性。

2.1 平臺(tái)內(nèi)容設(shè)計(jì)

醫(yī)學(xué)影像設(shè)備虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括放射科漫游、計(jì)算機(jī)體層攝影（CT）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學(xué)實(shí)訓(xùn)、磁共振成像（MRI）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學(xué)實(shí)訓(xùn)、數(shù)字X線成像（DR）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教學(xué)實(shí)訓(xùn)、醫(yī)學(xué)影像設(shè)備應(yīng)用維護(hù)與原理、DR/CT/MRI模擬操作等模塊，每個(gè)模塊可以細(xì)分為多個(gè)項(xiàng)目，基本涵蓋了課程所需的典型實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。

2.2 平臺(tái)功能

平臺(tái)具備教師管理、教師操作演示、學(xué)生練習(xí)和學(xué)生考核的功能。教師備課時(shí)，可對(duì)仿真軟件的知識(shí)點(diǎn)、情景對(duì)話(huà)、案例和試題等內(nèi)容進(jìn)行添加、刪除或修改，靈活變更實(shí)驗(yàn)設(shè)置和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。上課前，平臺(tái)的漫游模式、自動(dòng)練習(xí)模式和語(yǔ)音提示功能能夠?yàn)閷W(xué)生提供初步認(rèn)知的途徑。上課過(guò)程中，一體化教室可實(shí)現(xiàn)教師操作演示和學(xué)生觀看。學(xué)生在有了練習(xí)的基礎(chǔ)后，可使用考核功能進(jìn)行操作和題目練習(xí)，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果。同時(shí)，教師可查看每個(gè)仿真項(xiàng)目的考核情況和學(xué)生操作日志。

2.3 平臺(tái)系統(tǒng)特點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)界面美觀、簡(jiǎn)潔，人機(jī)交互便捷，按照1∶1的比例3D建模還原了真實(shí)設(shè)備，支持對(duì)整體或部件的任意放大、縮小和旋轉(zhuǎn)，觀察視角可以360°調(diào)整。教師在后臺(tái)可為每個(gè)部件配置知識(shí)點(diǎn)，當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)該部件時(shí)，會(huì)彈出相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，包括圖片、文檔、視頻等。整個(gè)虛擬仿真的操作只需使用鼠標(biāo)操作即可完成軟件的所有交互過(guò)程，不需要鍵盤(pán)操作，并支持使用觸摸屏等現(xiàn)代教學(xué)設(shè)備。

3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”理實(shí)一體化教學(xué)中運(yùn)用的優(yōu)勢(shì)

在“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”課程中引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可增加課堂的趣味性，提升學(xué)生的課堂參與度，在很大程度上解決“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”教學(xué)過(guò)程中的一系列問(wèn)題。

3.1 解決課程學(xué)習(xí)中實(shí)訓(xùn)難的問(wèn)題

“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”是一門(mén)實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，要求學(xué)生掌握各類(lèi)X線設(shè)備、CT設(shè)備、MRI設(shè)備、超聲設(shè)備以及核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的工作原理、基本結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。在以往的教學(xué)過(guò)程中，由于實(shí)訓(xùn)所用的設(shè)備價(jià)格昂貴、數(shù)量少，學(xué)生很少有機(jī)會(huì)去拆卸設(shè)備，從而真正掌握設(shè)備的結(jié)構(gòu)。使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行理實(shí)一體化教學(xué)，可以讓每一位學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)動(dòng)手實(shí)踐。

3.2 解決課程偏理論、學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的問(wèn)題

“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”的理論知識(shí)具有抽象、難以理解記憶的特點(diǎn)，且不同影像設(shè)備的特征、應(yīng)用和異同難以把握。使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行理實(shí)一體化教學(xué)，可將教材中抽象的理論知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^的三維圖像。借助平臺(tái)的練習(xí)和考核模式，學(xué)生可以體驗(yàn)影像設(shè)備實(shí)際的拆裝、維護(hù)過(guò)程，更加積極主動(dòng)地參與課堂學(xué)習(xí)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)仿真程度極高，學(xué)生可以通過(guò)其不斷探索和互動(dòng)學(xué)習(xí)，極大地提高自身的學(xué)習(xí)興趣。通過(guò)將一體化實(shí)訓(xùn)室的服務(wù)器聯(lián)網(wǎng)，學(xué)生在課下能自由訪問(wèn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，預(yù)習(xí)課程內(nèi)容，使其在參加課堂理論教學(xué)時(shí)更容易理解相關(guān)知識(shí)。在課后，學(xué)生可以在自己的電腦上重復(fù)使用仿真軟件，反復(fù)做實(shí)驗(yàn)，從而加深知識(shí)點(diǎn)的理解和記憶，變“填鴨式”學(xué)習(xí)為主動(dòng)式學(xué)習(xí)，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。

3.3 解決新形勢(shì)下培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才的問(wèn)題

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能化成像設(shè)備逐漸代替舊設(shè)備，為影像技術(shù)提供了新的發(fā)展方向［5］，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)人員需具備較高的綜合能力才能適應(yīng)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的革新。這要求影像技術(shù)人員不僅要會(huì)操作設(shè)備，還需要掌握成像原理以及設(shè)備結(jié)構(gòu)知識(shí)，具備排除簡(jiǎn)單故障的基本技能和維護(hù)、管理各種醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的能力，以充分發(fā)揮設(shè)備的潛能。目前，教師主導(dǎo)的實(shí)踐教學(xué)模式是最常見(jiàn)的，這種方式不利于培養(yǎng)學(xué)生自主思考、分析和解決問(wèn)題的能力。為落實(shí)人才培養(yǎng)目標(biāo)，使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)“課余時(shí)間做實(shí)驗(yàn)”“網(wǎng)上做實(shí)驗(yàn)”“虛擬做實(shí)驗(yàn)”，可彌補(bǔ)實(shí)踐教學(xué)中的短板，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

4 基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”課程內(nèi)容體系

在理實(shí)一體化教學(xué)模式建設(shè)時(shí)，教師應(yīng)充分發(fā)揮課程項(xiàng)目的引導(dǎo)作用，從實(shí)際工作入手，選擇課程中有代表性的實(shí)踐項(xiàng)目，并將其與基礎(chǔ)知識(shí)、重難點(diǎn)知識(shí)及拓展知識(shí)進(jìn)行結(jié)合。本課程以充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能與實(shí)踐探究能力為目標(biāo)，以真實(shí)的工作任務(wù)為載體設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，將“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”課程內(nèi)容整理為具有4個(gè)模塊和17個(gè)項(xiàng)目的體系，如表1所示。

表1 基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”理實(shí)一體化課程內(nèi)容體系

5 基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的理實(shí)一體化教學(xué)實(shí)施

5.1 教學(xué)過(guò)程

本研究以X線管的結(jié)構(gòu)認(rèn)知與拆裝項(xiàng)目為例，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)用到課前自主學(xué)習(xí)、課中內(nèi)化實(shí)踐和課后拓展運(yùn)用3個(gè)階段，進(jìn)行“教、學(xué)、做”理實(shí)一體化教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)，過(guò)程如圖1所示。

圖1 基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的“教、學(xué)、做”理實(shí)一體化教學(xué)流程示意

課前自主學(xué)習(xí)階段。教師進(jìn)入管理后臺(tái)進(jìn)行學(xué)生賬號(hào)設(shè)置和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置，將本節(jié)課設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)書(shū)通過(guò)平臺(tái)下達(dá)給學(xué)生，督促學(xué)生提前進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以練習(xí)模式觀看實(shí)踐操作并對(duì)每個(gè)部件彈出的圖片、文檔、視頻等資源進(jìn)行學(xué)習(xí)，通過(guò)平臺(tái)記錄并分析學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，制定教學(xué)策略。通過(guò)虛擬仿真平臺(tái)拓展學(xué)習(xí)時(shí)間與空間，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、差異化的學(xué)習(xí)。

課中內(nèi)化實(shí)踐階段。教師針對(duì)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況做出及時(shí)的反饋評(píng)價(jià)。利用虛擬仿真一體化實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行X線管的知識(shí)點(diǎn)講解、重難點(diǎn)突破和疑問(wèn)解答，使用虛擬仿真軟件對(duì)X線管的靶盤(pán)、陰極、放射窗口、高壓插座等17個(gè)結(jié)構(gòu)的拆裝進(jìn)行操作演示和講解。學(xué)生觀看后進(jìn)行練習(xí)并以考核模式進(jìn)行操作考核和知識(shí)點(diǎn)考核，在考核中明確不足，并針對(duì)該階段的學(xué)習(xí)情況交流心得。同時(shí)，教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況做出評(píng)價(jià)。

課后拓展運(yùn)用階段。教師解決學(xué)生的疑問(wèn)，督促學(xué)生利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)X線管拆裝過(guò)程進(jìn)行練習(xí)。教師可以進(jìn)入教師管理端查看每個(gè)學(xué)生的成績(jī)、仿真項(xiàng)目的練習(xí)情況、操作過(guò)程名稱(chēng)、操作情況、得分、操作時(shí)間等信息并進(jìn)行分析。

5.2 評(píng)價(jià)體系

課程教學(xué)評(píng)價(jià)打破了以往理論成績(jī)占較大比重的情況，將課程平時(shí)成績(jī)占比提高至60%，采用課前—課中—課后全過(guò)程和平臺(tái)—教師—學(xué)生多方位的評(píng)價(jià)體系。平時(shí)成績(jī)包括考勤、平臺(tái)測(cè)試成績(jī)、課前預(yù)習(xí)情況、課中任務(wù)完成情況和課后練習(xí)成績(jī)。采用知識(shí)、技能、情感態(tài)度等多維度的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)和自評(píng)、互評(píng)、教師評(píng)相結(jié)合的評(píng)價(jià)方式，主要考查學(xué)生在實(shí)踐任務(wù)中的參與度和任務(wù)完成情況，旨在使學(xué)生找到盲點(diǎn)誤區(qū)，調(diào)整學(xué)習(xí)方法。

6 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”理實(shí)一體化教學(xué)中的運(yùn)用效果分析

6.1 學(xué)生課堂學(xué)習(xí)成效

未使用虛擬仿真軟件時(shí)，學(xué)生普遍反映理論內(nèi)容枯燥且抽象，學(xué)習(xí)難度大。引入虛擬仿真軟件的理實(shí)一體化教學(xué)把抽象的學(xué)習(xí)內(nèi)容變得形象化，使學(xué)生更易接受理論知識(shí)。虛擬仿真軟件真實(shí)的動(dòng)態(tài)演示激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，使教學(xué)質(zhì)量明顯提高。學(xué)生的獨(dú)立操作能力、學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造力都得到了充分發(fā)揮。

6.2 學(xué)生考核情況

以往的“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”課程教學(xué)一般是先理論后實(shí)踐，單獨(dú)講授理論知識(shí)，學(xué)生難以理解，容易對(duì)課程產(chǎn)生抵觸情緒，等到實(shí)驗(yàn)課時(shí)或已將理論知識(shí)遺忘，難以達(dá)到良好的教學(xué)效果，課程考核卷面成績(jī)不理想。而理實(shí)一體化教學(xué)將“教師的‘教’”“學(xué)生的‘學(xué)’和‘做’”融為一體，比例一致。教師先使用虛擬仿真軟件使學(xué)生對(duì)影像設(shè)備的結(jié)構(gòu)有了直觀印象，再對(duì)難點(diǎn)進(jìn)行攻克，教學(xué)過(guò)程由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由形象到抽象，更符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。學(xué)生對(duì)不明白的理論知識(shí)可以立刻通過(guò)虛擬仿真軟件進(jìn)行實(shí)操加強(qiáng)理解。最后通過(guò)軟件的學(xué)習(xí)效果考核和課余時(shí)間加強(qiáng)練習(xí)，大部分學(xué)生學(xué)習(xí)效果良好，對(duì)“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”這門(mén)課程的學(xué)習(xí)興趣更濃厚。

7 結(jié)語(yǔ)

由于傳統(tǒng)理念和教學(xué)條件的局限，實(shí)踐教學(xué)一直以來(lái)都是“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”課程的短板。在實(shí)踐課程中，學(xué)生只有發(fā)揮主觀能動(dòng)性，手腦并用，并且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行創(chuàng)新，才可以在未來(lái)的學(xué)習(xí)與就業(yè)當(dāng)中充分運(yùn)用自己的能力。通過(guò)使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”理實(shí)一體化教學(xué)改革，證明教學(xué)方式的改變與學(xué)生的學(xué)習(xí)效果提升有很大關(guān)系。對(duì)于“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”這類(lèi)理論知識(shí)較抽象、實(shí)踐難的課程來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)過(guò)程是不適用的，而使用虛擬仿真軟件進(jìn)行一體化教學(xué)提升了教學(xué)效果，營(yíng)造了良好的教學(xué)氛圍。下一步，教師應(yīng)加強(qiáng)軟件后臺(tái)管理，添加更多的視頻、習(xí)題資源，凝練知識(shí)點(diǎn)，優(yōu)化學(xué)生體驗(yàn)，進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”課程的整體效果。