醫學領域虛擬仿真實驗研究可視化分析＊

嚴 玲，高錦飚，祖 強,3

(1.南京中醫藥大學第一臨床醫學院，江蘇 南京 210046；2.南京中醫藥大學教務處；3.南京中醫藥大學實驗教學管理中心)

0 引言

隨著新工科的建設發展，市場對人才的專業技能要求不斷提升，考慮到傳統教學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]，在虛擬環境中實現傳統教學場景難以實現的教學功能。在醫學領域，傳統的教學方式難以讓學生感觸到醫院真實的診斷場景，理論知識學習與臨床實踐分年級進行，影響學生的醫學技能的掌握水平[3]。醫學影像[4]設備較為昂貴，缺少實驗設備的教學，效果會大打折扣。而虛擬仿真實驗教學依托虛擬現實、3D 技術、人機交互、多媒體等新興技術構建高仿真的虛擬實驗環境，將理論教學與實踐教學相結合，成本相對較低，效果較為良好[5]，這也是醫學領域實驗教學的發展方向之一。

1 數據來源及研究方法

1.1 數據來源

為繪制醫學領域虛擬仿真實驗研究知識圖譜，以“醫學虛擬仿真”為關鍵詞檢索中國知網，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領域中的文獻可視化分析方法，并將分析結果以知識圖譜的形式展現出來。將納入研究的419 篇文獻導入到Citespace 軟件中，設置年份、時間片、閾值差值組合等參數繪制醫學領域虛擬仿真實驗研究知識圖譜，并調整節點大小、字體大小等參數得到可視化效果最好的知識圖譜。醫學領域虛擬仿真實驗研究知識圖譜由節點和連接線組成，節點大小代表關鍵詞出來的頻次，連接線的粗細代表兩節點之間的關系強弱，從而分析出醫學領域虛擬仿真實驗研究熱點及研究趨勢。

2 醫學領域虛擬仿真實驗研究知識圖譜分析

2.1 醫學領域虛擬仿真實驗研究關鍵詞分析

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

圖1 醫學領域虛擬仿真實驗研究熱點知識圖譜

表1 醫學領域虛擬仿真實驗研究關鍵詞統計

2.2 醫學領域虛擬仿真實驗研究熱點分析

經分析，2012年1月-2022年2月醫學領域虛擬仿真實驗研究熱點主要集中在以下幾個方面：

⑴不同醫學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）

醫學領域虛擬仿真實驗研究主要包括預防醫學、臨床醫學、動物醫學、基礎醫學、康復醫學、口腔醫學、醫學檢驗科學、病理學、醫學微生物學、生物化學、生理學、醫學機能學、醫學免疫學、災害醫學、護理學、醫學影像學（pacs 系統）、外科學（人體解剖學、外科手術（開顱手術、穿刺技術））、突發公共衛生事件、應急醫學救援等。

姚小玲等[6]將醫學影像技術專業的學生分為實驗組和對照組，對比了虛擬仿真實驗教學和傳統教學的效果，研究發現，采用虛擬仿真實驗教學的學生學習積極性和學習效果明顯高于傳統教學方法的學生。對口腔醫學學生的研究發現[7]，虛擬仿真實驗改變了傳統的教學模式，為口腔醫學專業的教學提供了機遇。李奇志等[8]以虛擬仿真實驗為依托，結合實體用于醫學細胞生物學的實驗教學中，能夠使學生更加快速的掌握實驗知識。季林丹等[9]結合疫情期間醫學遺傳學實驗的在線教學，闡述了虛擬仿真實驗的必要性和可行性。曾嘉瑩等[10]分析公共衛生與預防醫學的26 個虛擬仿真項目，研究公共衛生與預防醫學虛擬仿真項目的評價指標，以期提高其實驗質量。

⑵醫學虛擬仿真實驗教學研究（#C1、#C2、#C4、#C5、#C6、#C7、#C8、#C9、#C11、#C12、#C13、#C14）

醫學虛擬仿真實驗教學主要研究教學方法、教學方式、教學過程、教學目標等幾大方面，其中教學方法主要研究PBL 教學、混合式教學、翻轉課堂；教學方式主要研究線上教學（虛擬仿真實驗教學平臺、mooc 慕課教學）、實驗室開放、教學實訓及培訓，做到虛實結合，提升實踐技能及創新能力；教學過程注重實訓教學、實驗教學、操作技能量化考核；教學目標旨在通過醫學實驗教學改革，應用虛擬系統開展教學，借助教育信息技術創新教學環境，從而提高教學質量，培養創新型人才。

林瓊希等[11]將學生分為傳統實驗教學、虛擬仿真實驗教學、混合式實驗教學三組，對照分析醫學微生物實驗的教學效果，得出單純的傳統實驗教學和虛擬仿真實驗教學效果低于混合式實驗教學，應結合傳統教學及虛擬仿真教學的優勢開展混合式教學。肖方竹等[12]構建了預防醫學專業的綜合虛擬仿真實驗教學模式，通過一段時間的教學觀察發現，虛擬仿真實驗教學的線上教學模式不僅能激發學生學習的熱情，也能讓學生更好的理解知識。

⑶醫學實驗虛擬仿真技術研究（#C1、#C2、#C3、#C4、#C5、#C7、#C9、#C10、#C11、#C13、#C15）

醫學實驗虛擬仿真技術運用較多的有三維動畫技術unity3D、數字仿真技術、遠程通信、虛擬現實技術、網頁技術、3D打印技術、模型建模。利用計算機輔助教學，通過虛擬仿真技術渲染實驗場景給人以沉浸感，開發虛擬仿真系統及虛擬仿真設備（機器人、模擬人、仿真軟件、虛擬儀器），以數字化模式實現醫學可視化。

3 總結及討論

本文通過繪制知識圖譜分析醫學領域虛擬仿真實驗研究熱點，淺析醫學領域虛擬仿真實驗研究的現狀，在接下來的醫學虛擬仿真實驗研究中，還應作以下三方面的深入研究，從而培養實踐能力強，契合市場需要的醫學實踐型人才。

⑴擴充醫學虛擬仿真實驗案例庫，完善科學標準。

應大量增加醫學虛擬仿真實驗的案例庫，全方位的為學生提供練習案例，使學生更深入的掌握醫學技能實踐知識。同時，醫學虛擬仿真實驗中需完善科學標準，實驗所涉及的醫學知識、醫學場景等醫學元素都應符合現實醫療規范，給學生以科學、嚴謹的練習，從而能更好地適應真實醫療場景。

⑵引入前沿信息技術，提高醫學實驗仿真效果。

現有的醫學虛擬仿真實驗，大多數還局限于醫學知識的展現，未真正還原真實的醫療場景，仿真的程度還不夠，需要完善。應引入前沿信息技術，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，提高醫學實驗仿真效果，從而提升虛擬仿真實驗教學質量。

⑶打造醫學虛擬仿真教學“金課”，培養實踐型人才。

針對傳統醫學實驗教學中枯燥的教學模式，虛擬仿真教學應輔助教師進行課堂實驗演示，對復雜、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，重視醫學虛擬仿真實驗教學，打造醫學虛擬仿真教學“金課”，以醫學思維和實踐能力培養為主線，以醫學虛擬仿真平臺為手段，不受時空限制培養實踐型人才。