醫(yī)學(xué)領(lǐng)域虛擬仿真實驗研究可視化分析＊

嚴(yán) 玲，高錦飚，祖 強,3

(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，江蘇 南京 210046；2.南京中醫(yī)藥大學(xué)教務(wù)處；3.南京中醫(yī)藥大學(xué)實驗教學(xué)管理中心)

0 引言

隨著新工科的建設(shè)發(fā)展，市場對人才的專業(yè)技能要求不斷提升，考慮到傳統(tǒng)教學(xué)在真實場景模擬方面的局限性，高校逐漸重視虛擬仿真實驗的研究[1-2]，在虛擬環(huán)境中實現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)場景難以實現(xiàn)的教學(xué)功能。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，傳統(tǒng)的教學(xué)方式難以讓學(xué)生感觸到醫(yī)院真實的診斷場景，理論知識學(xué)習(xí)與臨床實踐分年級進行，影響學(xué)生的醫(yī)學(xué)技能的掌握水平[3]。醫(yī)學(xué)影像[4]設(shè)備較為昂貴，缺少實驗設(shè)備的教學(xué)，效果會大打折扣。而虛擬仿真實驗教學(xué)依托虛擬現(xiàn)實、3D 技術(shù)、人機交互、多媒體等新興技術(shù)構(gòu)建高仿真的虛擬實驗環(huán)境，將理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合，成本相對較低，效果較為良好[5]，這也是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)嶒灲虒W(xué)的發(fā)展方向之一。

1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

為繪制醫(yī)學(xué)領(lǐng)域虛擬仿真實驗研究知識圖譜，以“醫(yī)學(xué)虛擬仿真”為關(guān)鍵詞檢索中國知網(wǎng)，共檢索近十年（2012 年1 月-2022 年2 月）共419 篇文獻作為研究對象。

1.2 研究方法

研究方法采用文獻計量學(xué)領(lǐng)域中的文獻可視化分析方法，并將分析結(jié)果以知識圖譜的形式展現(xiàn)出來。將納入研究的419 篇文獻導(dǎo)入到Citespace 軟件中，設(shè)置年份、時間片、閾值差值組合等參數(shù)繪制醫(yī)學(xué)領(lǐng)域虛擬仿真實驗研究知識圖譜，并調(diào)整節(jié)點大小、字體大小等參數(shù)得到可視化效果最好的知識圖譜。醫(yī)學(xué)領(lǐng)域虛擬仿真實驗研究知識圖譜由節(jié)點和連接線組成，節(jié)點大小代表關(guān)鍵詞出來的頻次，連接線的粗細代表兩節(jié)點之間的關(guān)系強弱，從而分析出醫(yī)學(xué)領(lǐng)域虛擬仿真實驗研究熱點及研究趨勢。

2 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域虛擬仿真實驗研究知識圖譜分析

2.1 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域虛擬仿真實驗研究關(guān)鍵詞分析

關(guān)鍵詞每兩年一個時間片，（c,cc,ccv）值設(shè)定為((1,1,1)，(2,1,2)，(3,1,10))，共得到281 個點，398 條邊，Density=0.0101。對繪制的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域虛擬仿真實驗研究關(guān)鍵詞知識圖譜進行了聚類分析，見圖1，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域虛擬仿真實驗研究熱點聚類為16類，并統(tǒng)計了頻次較高的關(guān)鍵詞，見表1。

圖1 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域虛擬仿真實驗研究熱點知識圖譜

表1 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域虛擬仿真實驗研究關(guān)鍵詞統(tǒng)計

2.2 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域虛擬仿真實驗研究熱點分析

經(jīng)分析，2012年1月-2022年2月醫(yī)學(xué)領(lǐng)域虛擬仿真實驗研究熱點主要集中在以下幾個方面：

⑴不同醫(yī)學(xué)方向虛擬仿真實驗研究（#C1、#C2、#C3、#C4、#C5、#C6、#C7、#C8、#C9、#C10、#C11、#C12、#C13、#C14、#C15、#C16）

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域虛擬仿真實驗研究主要包括預(yù)防醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、動物醫(yī)學(xué)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)、口腔醫(yī)學(xué)、醫(yī)學(xué)檢驗科學(xué)、病理學(xué)、醫(yī)學(xué)微生物學(xué)、生物化學(xué)、生理學(xué)、醫(yī)學(xué)機能學(xué)、醫(yī)學(xué)免疫學(xué)、災(zāi)害醫(yī)學(xué)、護理學(xué)、醫(yī)學(xué)影像學(xué)（pacs 系統(tǒng)）、外科學(xué)（人體解剖學(xué)、外科手術(shù)（開顱手術(shù)、穿刺技術(shù)））、突發(fā)公共衛(wèi)生事件、應(yīng)急醫(yī)學(xué)救援等。

姚小玲等[6]將醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)的學(xué)生分為實驗組和對照組，對比了虛擬仿真實驗教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)的效果，研究發(fā)現(xiàn)，采用虛擬仿真實驗教學(xué)的學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果明顯高于傳統(tǒng)教學(xué)方法的學(xué)生。對口腔醫(yī)學(xué)學(xué)生的研究發(fā)現(xiàn)[7]，虛擬仿真實驗改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，為口腔醫(yī)學(xué)專業(yè)的教學(xué)提供了機遇。李奇志等[8]以虛擬仿真實驗為依托，結(jié)合實體用于醫(yī)學(xué)細胞生物學(xué)的實驗教學(xué)中，能夠使學(xué)生更加快速的掌握實驗知識。季林丹等[9]結(jié)合疫情期間醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)實驗的在線教學(xué)，闡述了虛擬仿真實驗的必要性和可行性。曾嘉瑩等[10]分析公共衛(wèi)生與預(yù)防醫(yī)學(xué)的26 個虛擬仿真項目，研究公共衛(wèi)生與預(yù)防醫(yī)學(xué)虛擬仿真項目的評價指標(biāo)，以期提高其實驗質(zhì)量。

⑵醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)研究（#C1、#C2、#C4、#C5、#C6、#C7、#C8、#C9、#C11、#C12、#C13、#C14）

醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)主要研究教學(xué)方法、教學(xué)方式、教學(xué)過程、教學(xué)目標(biāo)等幾大方面，其中教學(xué)方法主要研究PBL 教學(xué)、混合式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂；教學(xué)方式主要研究線上教學(xué)（虛擬仿真實驗教學(xué)平臺、mooc 慕課教學(xué)）、實驗室開放、教學(xué)實訓(xùn)及培訓(xùn)，做到虛實結(jié)合，提升實踐技能及創(chuàng)新能力；教學(xué)過程注重實訓(xùn)教學(xué)、實驗教學(xué)、操作技能量化考核；教學(xué)目標(biāo)旨在通過醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)改革，應(yīng)用虛擬系統(tǒng)開展教學(xué)，借助教育信息技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)環(huán)境，從而提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。

林瓊希等[11]將學(xué)生分為傳統(tǒng)實驗教學(xué)、虛擬仿真實驗教學(xué)、混合式實驗教學(xué)三組，對照分析醫(yī)學(xué)微生物實驗的教學(xué)效果，得出單純的傳統(tǒng)實驗教學(xué)和虛擬仿真實驗教學(xué)效果低于混合式實驗教學(xué)，應(yīng)結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)及虛擬仿真教學(xué)的優(yōu)勢開展混合式教學(xué)。肖方竹等[12]構(gòu)建了預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)的綜合虛擬仿真實驗教學(xué)模式，通過一段時間的教學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，虛擬仿真實驗教學(xué)的線上教學(xué)模式不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，也能讓學(xué)生更好的理解知識。

⑶醫(yī)學(xué)實驗虛擬仿真技術(shù)研究（#C1、#C2、#C3、#C4、#C5、#C7、#C9、#C10、#C11、#C13、#C15）

醫(yī)學(xué)實驗虛擬仿真技術(shù)運用較多的有三維動畫技術(shù)unity3D、數(shù)字仿真技術(shù)、遠程通信、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、網(wǎng)頁技術(shù)、3D打印技術(shù)、模型建模。利用計算機輔助教學(xué)，通過虛擬仿真技術(shù)渲染實驗場景給人以沉浸感，開發(fā)虛擬仿真系統(tǒng)及虛擬仿真設(shè)備（機器人、模擬人、仿真軟件、虛擬儀器），以數(shù)字化模式實現(xiàn)醫(yī)學(xué)可視化。

3 總結(jié)及討論

本文通過繪制知識圖譜分析醫(yī)學(xué)領(lǐng)域虛擬仿真實驗研究熱點，淺析醫(yī)學(xué)領(lǐng)域虛擬仿真實驗研究的現(xiàn)狀，在接下來的醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗研究中，還應(yīng)作以下三方面的深入研究，從而培養(yǎng)實踐能力強，契合市場需要的醫(yī)學(xué)實踐型人才。

⑴擴充醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗案例庫，完善科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)大量增加醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗的案例庫，全方位的為學(xué)生提供練習(xí)案例，使學(xué)生更深入的掌握醫(yī)學(xué)技能實踐知識。同時，醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗中需完善科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，實驗所涉及的醫(yī)學(xué)知識、醫(yī)學(xué)場景等醫(yī)學(xué)元素都應(yīng)符合現(xiàn)實醫(yī)療規(guī)范，給學(xué)生以科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木毩?xí)，從而能更好地適應(yīng)真實醫(yī)療場景。

⑵引入前沿信息技術(shù)，提高醫(yī)學(xué)實驗仿真效果。

現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗，大多數(shù)還局限于醫(yī)學(xué)知識的展現(xiàn)，未真正還原真實的醫(yī)療場景，仿真的程度還不夠，需要完善。應(yīng)引入前沿信息技術(shù)，在時間和空間上做到場景還原，增強直觀性、真實性、趣味性和可操作性，提高醫(yī)學(xué)實驗仿真效果，從而提升虛擬仿真實驗教學(xué)質(zhì)量。

⑶打造醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)“金課”，培養(yǎng)實踐型人才。

針對傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)中枯燥的教學(xué)模式，虛擬仿真教學(xué)應(yīng)輔助教師進行課堂實驗演示，對復(fù)雜、危險、破壞性強、周期長、后果無法控制的實驗，可采用更直觀的方式。同時，重視醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)，打造醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)“金課”，以醫(yī)學(xué)思維和實踐能力培養(yǎng)為主線，以醫(yī)學(xué)虛擬仿真平臺為手段，不受時空限制培養(yǎng)實踐型人才。