人体形态学虚拟仿真实验教学平台的建设与实践

王 丹，杨斯闵，董志恒，董 营，刘楠楠，张 适，于春艳

(北华大学医学院 病理学教研室,吉林 吉林132013)

虚拟仿真(Virtual Reality)技术是20世纪40年代伴随着计算机发展而形成的实验研究新技术。人体形态学虚拟仿真实验教学平台的建设，主要是借助计算机虚拟仿真软件、多媒体、数据库等多种现代化信息技术手段，建设丰富的实验教学资源，为学生提供更为全面的多学科资源。学生可以利用虚拟仿真实验教学平台，同时进行多学科的交叉学习，融会贯通所需掌握基础知识点。在建设虚拟仿真实验教学平台的实践中对提高教学质量做了探索。

1 人体形态学虚拟仿真实验教学平台的构建

随着信息技术的日新月异，学校根据自身发展的需要，采用先进的信息技术大力推行教学改革。近年来虚拟仿真技术凭借其直观性、可重复性、易操作性的优势极大的丰富了学生的感性认知，得到了极好的教学效果。教育部在2013年启动全国性质的国家级虚拟仿真实验教学中心建设[1]，各地区响应国家号召，结合自身特点，建立了各具特色的实验教学虚拟仿真教学平台。其中北华大学根据自己的办学定位，以及学科发展的统筹安排，整合了现有的人体形态学专业资源以及新引进的虚拟仿真资源，并借助了企业力量，进行了特色资源库的建设[2,3]。

2 我校医学人体形态学虚拟仿真网站建设和信息化管理

有效网址为，http://bhjcfz.beihua.edu.cn。学校建设云平台空间，在实验楼内自建服务器，充分共享校园内解剖学、形态学实验教学资源。建设开放式实验教学管理平台，平台实现以千兆速度访问上述数字教学资源，见图1，同时可以在实验前完成安全知识考核、知识点预习，实验课程结束后完成考核及相关信息发布等功能，见图2。

3 人体形态学虚拟仿真实验教学数字资源

3.1 购买山东易创公司“医学形态学数字化教学平台”产品

公司联合国内数十所著名医学院校的几十位专家教授，历时六年研发的“医学形态学数字化教学平台”产品，是形态学数字化教学的整体解决方案。

3.1.1解剖模块 数字虚拟人的构建和完善与真实人体数据一致。各系统、器官的三维立体模型，在真实断层人体的基础上构建而成。解剖学微课有大量解剖教学视频，其中系统解剖学微课视频13个，局部解剖学微课视频31个，断层解剖学微课33个。人体解剖结构的三维形态图像清晰，每个解剖结构都具有中英文双语的标注和解释，可以随多方位视角而进行相应的角度旋转、并可以同比例增大或者缩小。操作界面具有白板，加注画笔，解剖结构剥离、分离显示、随意组合以及透明等功能。

3.1.2组胚模块 组织学切片库按教学大纲章节分类，共有扫描切片330张，切片可以任意区域放大缩小，可以依据关键词迅速查找学习相关区域，组织学学习视频18个，组织学随片练习1670道，课件18个。

图1 医学院实验教学中心网络布局

图2 开放式实验教学管理平台和数据共享示意图

3.1.3病理模块 病理学切片库按教学大纲章节分类，共有扫描切片447张，切片可以自由放大缩小，可以依据关键词迅速查找病变区域，大体病理标本405个。病理学视频15个，病理学随片练习289道。课件34个。为方便学生总结归纳，一部分大体病理标本可以与之对应切片内容进行切换，在操作上更为简便。

3.2 与企业共同研发虚拟仿真实验教学项目

与企业合作自主研发实验部教学项目，自行制作动画、录制实验录像；建设学科实验教学案例库，丰富PBL实验教学资源。积极解决医学实验中不能通过现实完成的实验；高危性实验；高度消耗性实验；虚实结合，拓宽实验教学方法。学校提供理论方案及实际数据资源，在企业的技术支持下，建设虚拟仿真实验项目，教学中实现虚实结合，虚实互补。以学习心内膜炎为例，具体表现为：

3.2.1实物与虚拟结合 学生在学习过程中学习心脏实体标本，初步掌握心脏结构，并结合虚拟仿真3D影像进一步理解心脏立体结构，深入理解发生病变的位置及原因。

3.2.2操作与虚拟结合 采用虚拟动画形式，模拟不同致病因素下病变发生过程的异同，充分理解病变。

3.2.3治疗与虚拟结合 学生在治疗原则理论基础上，通过虚拟操作实现治疗效果呈现。

3.2.4考核与虚拟结合 实验后，学生结合课堂所学，应用考试模块评价学习效果。

3.3 自建项目

根据主要形态学科教学发展需要以及本学科的特点及难点，结合学生的学习兴趣，有系统的录制相关内容课件，丰富人体虚拟仿真教学平台内容。

4 人体虚拟仿真教学平台的使用

4.1 学(自主化学习)

在虚拟仿真环境中更加强调学习者的主体性，鼓励学生自己动手去查看丰富优质的教学资源，根据自身的情况对自己未掌握内容进行反复演示和观察，学习者主观能动性更大。学生可以通过留言、交流等方式与老师沟通，实时解决学习中发现的盲点，有效提高了学生学习的积极性，并且可以通过习题库有针对性的进行自主练习。使学生在预习、学习、复习的过程中都得到充分的学习资源保证。

4.2 教(数字化教学)

教师在虚拟仿真教学中主体性让位于学生，充分调动学生学习的积极性，教师利用软件资源进行数字化教学，更清晰、更全面、更高效。教师通过教学课件等辅助教学，在学习中以引导为主，加强学生学习的自主性。

4.3 管(系统化管理)

通过软件统计功能，可以查看学生的学习积分和教师利用频率等信息，并可根据利用情况掌握学生学习情况，针对学生学习的薄弱点调整教学重点。

4.4 考(过程考核及期末考试)

学生可以利用网络平台中的题库进行实验室安全考核，学习期间小考及期末考核等方式掌握考点。

5 总结

随着教育信息化的日益发展，高校在教学改革中也不断在推进信息化手段的进程。虚拟仿真技术在教学中的应用促进了教学理念和学习方法的变革。尤其是在医学实验教学中，改技术具有不可超越的优势[4]。它的具体操作模式是，依托计算机软件和硬件构建一个系统平台，虚拟实验环境和实验对象，这种虚拟的实验环境和对象，安全、经济、直观、形象，且具有交互性的学习特点[5]。

提高实验教学的效率，必须由原来的以“教”为中心，向以“学”为中心转化，实现学习的自主化[6]。通过虚拟仿真实验教学可以顺利实现学习的自主化。在虚拟仿真实验教学中，结合网络教育平台的使用。能进一步的补充实验教学中面临的不足。比如实验条件和场所的限制，实验成本高昂的问题。不断探索新的教育手段和方法，能大大提高实验教学的效果。而充分利用现实条件，有效整合虚拟仿真资源，探索校企共建的合作方式，优化虚拟仿真实验操作模式，进行仿真实验平台建设，将更有利于复合型创新型人才的培养[7]。