基于网络的虚拟仿真平台在基础医学远程教育中的应用

李军　袁艺标　吴晓燕　单鸣凤

摘要：作为一种新兴的教育模式，现代远程教育在医学教育领域中正不断深入和有序地推进。本文介绍了在计算机网络环境下，采用虚拟技术和开放式教育方式，结合多种辅助手段，搭建基础医学远程教育虚拟仿真实验平台。该平台强化了实验教学实训部分，提出了远程教育的新思路。

关键词：基础医学；虚拟仿真实验；远程教育

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）51-0063-02

一、基础医学远程教育的现状

远程教育作为面向未来的一种新的教育模式和体系，为“形成全民学习，终身学习的学习型社会”提供了多层次、多渠道、多样化的服务[1]。基础医学是一门实践性很强的学科，医学远程教育与常规远程教育不同，实践性教学环境对配合理论教学、完成培养目标、保证教学质量意义重大[2]。参加基础医学远程教育的，一般是在职在岗医学专科学校毕业的学生，他们不仅要提高理论水平和实践能力，而且迫切需要提高学历层次，以适应医院和个人职务升级的需要。网络教育可以满足学生对理论知识的学习，但难以进行实验操作及动手能力的锻炼。目前存在三大问题，一是学生因医院工作的特殊性难以“个别的”“自主的”调配时间到学校实验室完成系统的实验；二是受编制和资金条件的限制，缺乏基础医学远程教育相关实践课程的老师，如实验准备和管理人员几乎为零；三是基础医学远程教育主干课程较多，实验课内容也相对较多，实验室不够用，设备、试剂和器材购置要耗费大量资金。可见，实验教学已成为基础医学远程教育的“短腿”和“不足”，制约着远程教育教学质量的提升。因此，利用计算机网络向学习者提供仿真实验环境、构建虚拟实验教学平台成为现代教育技术应用的发展方向。

二、虚拟仿真实验教学平台构建

随着现代信息技术的迅猛发展，一种新型的医学教育模式——模拟医学教育（simulator）迅速兴起，它弥补了传统医学实验教学中的诸多不足，并与之相互补充、相互促进[3]。虚拟现实技术是用运用计算机硬件和软件，仿真各种现实境界，使用户接受环境中的各种刺激，与虚拟环境中的人及事物进行行为和思想的交流[4]。作为一种新型的教学媒体，其强大的沉浸性、交互性可以帮助学生理解和掌握知识点，有利于锻炼学生的实验技能，将成为基础医学远程教育的重要组成部分。

（一）仿真实验系统的设计与实现

仿真实验教学系统本质是一個基于网络的医学专业仿真软件，研究思路主要结合所涉及的医学专业特点，采用软件工程的理念进行构建，首先进行需求分析，明确系统将建成为基于网络的基础医学仿真实验教学系统，再对网络功能与基础医学仿真实验分别做进一步分析[5]。根据设计思路，分析子系统的详细需求，分模块功能实现。主程序由.Net平台开发，通过多媒体制作软件Director建立导航，运用Photoshop CS完成页面设计、图标制作和图片处理。三维部分通过Max建立，动画仿真综合MAX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++。制作从需求分析到脚本设计，再到功能分解、接口定义，再到功能制作。在虚拟实验设计时先制定稿本流程，再制作相关3D模型，制作分步动画，进行程序编写。最后系统整合测试运行，根据反馈对系统进行微调，直至发布。在网络功能上，仿真教学系统既可在校园网上独立运行，又可与学校E-Learning平台整合，融入课程学习，并且可以在校外公共网络上通过合法认证后登录学习。

（二）虚拟仿真实验平台的结构内容

仿真系统中引入了显微镜三维模型、实验室三维漫游、器械三维展示、虚拟训练实验，在展开某个实验环境时，“虚拟现实”可先展示外部环境，随着操作者“走进”，实验环境的透视由远及近，当对某一层面作“进入”操作时，深一层的景物视图生成，各部分的状态逐层呈现。虚拟仿真实验教学平台主要包含机能学自主学习平台、形态学数字仿真实验室和人体解剖学网络自主学习系统，涵盖了基础医学所有的实验教学内容。（1）机能学自主学习平台：包含虚拟实验项目42项、视听视频116个、自测题库3788题；经过近20年的建设与完善，现已成为机能实验学学习的重要辅助手段，多次获得省部级以上优秀多媒体竞赛一等奖。（2）形态学数字仿真实验室：包含视听视频36部，切片996张，知识点标注近万项；能模拟显微镜的虚拟操作、三维展示和虚拟读片等操作，在倍率与测量上突破了显微镜的功能限制，并可进行正常与病理组织切片的自测与考试。它分为学生端和管理端，学生端包括5个功能模块：视频点播、虚拟操作、虚拟读片、课堂自测和考试模块。管理端由七个功能模块组成：视频管理、虚拟操作、数码教学、片库管理、试卷管理、考试管理、试卷评阅。（3）人体解剖学网络自主学习系统：包括3000多个解剖标本结构辨认，6000多道单项、配伍和多项选择题。该系统的解剖标本量大、图像清晰，解剖结构采用区域参数改变的方式突出显示。配有“标本说明”“结构说明”“基本概念”和“知识拓展”等信息，有利于学生轻松自主学习。另外，3D人体能将人体以半透明方式显示，通过人体漫游帮助学习者进一步了解人体内部结构与体表投影关系。

三、完善医学远程教育体系的措施

（一）加大投入

学校应重视网络远程教育的重要性，每年划拨固定的虚拟仿真实验室建设经费，专款专用以推动教育公平。对平台建设相应的软硬件要定期更新，请经验丰富的实验技术人员制作一些优良的病理切片，以专业的水准拍摄实验教学录像等。

（二）提升课程质量

吸收医学和计算机相关专业人才，自主设计开发，针对不同的教育对象设计多层次多样性的教学内容，强调理论与临床实际相结合，注重科学严谨性和临床实用性。以人为本，定期培训，为学生提供支持帮助服务。

（三）完善管理机制

学校相关部门全力配合，共同推动虚拟仿真实验平台发展。学校派专职技术人员对学生进行虚拟仿真平台的培训及推广，能够通过远程在线加强教师对学生的指导和监督，对提出的问题给以及时的反馈，加强师生互动。

四、结语

《全国现代远程教育发展规划》中提出“要转变观念，逐步实现教育对象，教育时间空间，教育内容形式和教育手段的开放[6]。虚拟仿真实验平台教学资源丰富，包括机能实验学、形态实验学和人体结构学三门国家精品课程网站，可共享的资源相当多。虚拟实验避免了消耗大量的实验动物、实验材料、药品和试剂给环境造成的负面影响，学生在虚拟实验环境中完成各种实验任务，在一定程度上其实验结果是真实技能的反映。通过网络有针对性地对重要实验技术反复练习，为学生提供了远程自主学习平台。此外，教师还可对整个实验教学过程进行管理、辅导，学生的操作及结果系统可以自动测评。总之，构建虚拟仿真实验教学平台，弥补了过去基础医学远程教育理论强、实验弱的不足，开辟了远程教育的新思路。

参考文献：

[1]段亚清，曾思恩.发挥远程教育优势，推进医学继续教育发展[J].现代教育技术，2005，23（18）：55-56.

[2]袁艺标，高兴亚，周红，等.医学机能实验学规范化操作虚拟平台设计[J].实验室研究与探索，2016，35（12）：140-142.

[3]杜月林，黄刚，王峰，等.建设虚拟仿真实验平台，探索创新人才培养模式[J].实验技术与管理，2015，32（12）：26-29.

[4]姜姗，林燕，闫永红，等.基于虚拟仿真技术构建虚实结合的实践教学体系[J].中国中医药现代远程教育，2017，15（21）：20-22.

[5]于潇翔，彭月，黄心渊，等.基于Unity3D的道具系统研究与开发[J].成都理工大学学报（自然科学版），2014，41（4）：523-528.

[6]于增国，李雅杰，宋旦旨，等.综合性大学开办医学现代远程教育的实践与策略[J].中国高等医学教育，2012，（3）：23-25.