基于Citrix虚拟化技术的医学实验课程移动学习的实现

汪 涛，谢 健

南京医科大学信息与网络中心，南京 210029

在医学教育领域，对创新人才培养的研究和探索日益受到普遍关注。由于医学人才的培养是长周期和系统工程，且受教育过程和方式、教育资源和条件等一系列因素的影响。因此，在创新教育中，医学院校应当从培养目标、教学大纲、课程设置、教学内容、教学方法以及学生的学习方法等方面全面体现创新教育的理念和内容，构建创新医学人才培养平台［1］。

南京医科大学是国内知名的医科院校，一直在进行“教”与“学”的创新性改革，现代教育技术中心教师作为主要成员参与到了教学内容与方法创新的研究中，其主要任务之一就是搭建医学课程的移动化自主学习平台，并对学习模式进行研究。

1 应用虚拟化与自主学习

1．1 Citrix与应用虚拟化

应用虚拟化［2］是虚拟化技术大家族中的一个层面的技术，用于提供对集中化应用资源的多用户远程访问，从而将应用作为一种服务交付给用户。传统的应用程序使用模式下，用户必须对软件和数据进行拷贝安装，并准备足够的计算和存储空间以运行软件和处理数据，并且在软件升级后不能及时更新。而应用虚拟化的基本原理是:基于应用/服务器计算A/S架构，分离应用程序的计算逻辑和显示逻辑，即界面抽象化，而不用在用户端安装软件。当用户访问虚拟化后的应用时，用户端计算机只需把用户端人机交互数据传送给服务器端，由服务器端为用户开设独立的会话来运行应用程序的计算逻辑，并把处理后的显示逻辑传送回用户端，从而使得用户获得如同在本地运行应用程序一样的体验感受。

2009年2月16日，全球领先的应用交付基础架构解决方案提供商Citrix(思杰)系统公司推出了针对Citrix XenDesktop和Citrix XenApp设计的Citrix HDX技术，向虚拟桌面和应用用户提供最好的“高清使用体验”。此外，HDX还采用了先进的“自适应协调”技术，可以感知数据中心、网络和设备的基础能力，并动态优化端到端交付系统的性能，以适应各种独特的用户场景。

1．2 移动环境下的自主学习

自主学习是与传统的接受学习相对应的一种现代化学习方式。顾名思义，自主学习是以学生作为学习的主体，通过学生独立地分析、探索、实践、质疑、创造等方法来实现学习目标。对学生学习习惯的培养，是教师引导学生自主学习活动中的主要行为方式。一经形成，好的学习习惯就有利于良好的教学方法的运用，能提高学生学习的效率;相反，则会有碍学生的进步，并且不易克服。

自主学习的条件是学生在学习目标、学习内容、学习方法、学习材料等方面进行自由选择的程度［3］。现在西方很多国家的各个教育层次都提倡建立自学中心。在自学中心，学生根据自己的学习需要选择材料、媒体和活动方式。随着移动终端的广泛使用，移动环境下自主学习也成为自主学习最常用的方式之一。移动学习除具备了数字化学习的所有特征之外，还有它独一无二的特性，即学生不再被限制在电脑桌前，可以自由自在、随时随地进行不同目的、不同方式的学习。学习环境是移动的，教师、研究人员、技术人员和学生都是移动的。

2 医学课程移动化自主学习模式的构建与实现

2．1 医学课程自主学习平台的设计与功能实现

医学基础实验对医学生具有重要意义。医学实验开放因涉及实验动物、实验器械、实验药品及实验教师，需要消耗大量的人力、物力，使得实验开放变得困难。自主学习平台的成功开发为开放实验提供非常好的辅助手段，为实验开放提供新的解决方案。

南京医科大学已经拥有一定数量、多种形式的医学学习资源。经过充分准备与组织，教学团队精心设计了机能学实验课程自主学习平台。主程序由．Net平台开发，通过多媒体制作软件Director建立导航，页面设计、图标制作、图片处理运用Photoshop CS完成，三维部分通过3DS Max建立，动画仿真综合3DSMAX和Flash等工具，插件开发、不同软件之间的接口建立与通信通过．Net平台完成。其中，运用的语言有Lingo、Javascript、C++，开发过程如图1所示。

图1 自主学习平台设计开发流程图

该平台是从教学目标、教学内容和教学策略等方面进行构建。内容包含实验室漫游、动物中心、药品试剂、器械仪器、手术操作、虚拟实验、在线考核等模块，极大地扩展了学生的学习内容与学习空间:

①实验室漫游模块运用3D技术建立三维场景，让学生了解实验室的分布设置、作用功能;

②动物中心模块下设实验动物、动物选择、性别鉴定、编号与分组、捉持与固定、动物麻醉等内容。实验动物在种类介绍方面除了实验常用的大鼠、小鼠、兔子、蟾蜍外，还拓展介绍了豚鼠、地鼠、犬、猕猴、猫、猪，等。介绍属性包含概述、生物学特点、解剖学特点、生理学特点、应用、品系，等，通过动物中心学习对实验动物相关知识有更加系统深刻的认识;

③药品试剂模块下设实验药物、麻醉药物、单位浓度换算、试剂配制等内容。试剂配制部分学生可以模拟练习配置实验药物;

④器械仪器模块下设蛙类器械、哺乳类器械、常用仪器、换能器等内容。器械和仪器除了常规的图片+文字的描述外，还增加了器材的三维展示，可以让学生直观感受到器械的样式;

⑤手术操作模块将常用的手术操作视频按照树形目录结构展现出来，并可以点播。视频格式采用网络流行的flv流媒体格式，便于学生播放学习;

⑥虚拟实验模块下设生理、药理、病生及其他四个内容。虚拟实验中可以进行练习虚拟手术过程、模拟各种药物对动物呼吸、血压、泌尿、张力的影响曲线;

⑦在线考核模块教师可以安排试卷考核，学生可以完成考核并进行成绩查询，考核模块可用于巩固测试学习课程学习情况。

2．2 自主学习平台应用服务虚拟化

应用虚拟化系统是医学课程自主学习平台移动化的基础架构。该应用虚拟化系统是基于以下条件建立的:

①操作系统支持:Windows Server 2008 R2和Windows Server 2008 R2 SP1(Enterprise、Standard、Datacenter以及Foundation);

②安装帐号:必须属于服务器本地管理员组;

③需要Citrix许可证服务器11．9版及以上;

④客户端支持:Citrix Receiver 3．0以上或者Citrix Online Plugin(Web版和完整版);

⑤服务器硬件:CPU Intel Pentium，64位架构采用Intel扩展内存64位技术的Xeon系列、AMD Opteron系列、AMD Athlon 64系列可兼容的处理器。内存:512 MB RAM(最低要求)，磁盘空间:高于3．2 GB;

⑥软件支持:NET Framework 3．5 SP1(此为Xen App服务器角色管理器的必备项;在选择从“自动运行”菜单添加XenApp服务器角色时自动部署);

Windows Server远程桌面服务角色;

Windows Application Server角色;

Microsoft Visual C++2008 SP1可再发行组件包(x64)。

该应用虚拟化服务器的构建步骤方面的资料较多，这里不再详述。其主要过程是XenApp服务器的基本安装;XenApp服务器的基本配置:License配置、XenApp Farm创建、Web Interface配置及应用程序的安装和发布。

2．3 课程移动化自主学习应用实例

南京医科大学学生目前主要移动终端设备包括笔记本电脑、IPad、手机(Android、IPhone OS)。为了方便学生使用移动化自主学习，信息技术部门在测试通过的基础上，给出了主要的终端设备配置与使用说明(如表1所示)。

表1 典型终端设备网络设置与客户端软件安装

在学习过程中，采用指导性自主学习;教师承担指导者的作用，引导学生形成自主学习的习惯，并开展以问题为基础学习(problem-based learning，PBL)的教学引导，将问题作为主要线索［4］，与自主学习平台内容相互联系，让学生在个人学习与小组讨论学习时，以移动终端方式进行针对主题的自主学习。

为了方便对学生的学习意愿进行监控干预，同时为移动化自主学习模式的改进获取数据支持。在虚拟化平台上增加了学习行为的采集功能。该功能与数字化校园统一身份认证平台(IDS)相结合，架构于虚拟化应用系统之上。学生在移动终端进入移动平台的过程中，会自动记录学生学号、学习时间、登录IP地址等信息。根据IP地址的校内分类可以基本确定学生是采用有线或者是无线连接;统计时忽略掉时间短暂(低于1分钟)的学习行为过程，因为可能学生因为无线信号等原因造成未能真正移动化自主学习。数据采集到后台mysql数据库中(如图2所示)。

图2 学习行为采集数据示例

2．4 应用效果

该平台投入应用后，学生反映平台各功能模块使用流畅，对于主题式知识点学习有很大的帮助。手术操作模块的视频点播需要较长时间的缓存。由于涉及知识产权等原因，该平台移动化使用局限于校内医学生的学习，校内无线信号稳定可靠，实验环境的展示效果生动。展示效果如图3所示。

图3 移动学习平台展示效果

通过对学生学习行为的数据分析，有92．8%的学生采用了移动终端登录自主学习平台，约63%的学生学习时间超过每天0．5小时。由于考虑到试卷的难度与其他客观因素，在实验考核环节中进行定性分析，可以确定的是移动化自主学习平台对于学生专题学习，尤其是实验环节的学习有较大的帮助。

移动化自主学习平台的构建对医学课程学习提供了新的思路，学生自主学习的意愿得到增强，对于实验环节的熟悉、动手能力的提高有现实意义。后续工作将增加学生网络专题讨论组开发，从而增加学生之间、学与教之间的沟通渠道。同时要进一步结合教学理论，邀请学科专家对学生的学习行为数据进行深度的挖掘，以总结出一种适合医学课程学习的教学方法。

［1］贺加．创新教育模式 构建创新型医学人才培养平台［J］．中国高等医学教育，2007(9):24-25

［2］应用虚拟化．云百科［EB/OL］．http://www．cloud12．cn/Cloud．asp?id=418，2013-05

［3］张永杰，顾振，李敏，等．人体解剖学“双语化自主学习”教学模式的构建［J］．中国高等医学教育，2012，(12):66-67

［4］刘欣，司炳月．高校网络依托型自主学习模式对学习意愿的干预效果［J］．辽宁师范大学学报:自然科学版，2013，36(1):49-53