医学领域虚拟仿真实验研究可视化分析＊

严 玲，高锦飚，祖 强,3

(1.南京中医药大学第一临床医学院，江苏 南京 210046；2.南京中医药大学教务处；3.南京中医药大学实验教学管理中心)

0 引言

随着新工科的建设发展，市场对人才的专业技能要求不断提升，考虑到传统教学在真实场景模拟方面的局限性，高校逐渐重视虚拟仿真实验的研究[1-2]，在虚拟环境中实现传统教学场景难以实现的教学功能。在医学领域，传统的教学方式难以让学生感触到医院真实的诊断场景，理论知识学习与临床实践分年级进行，影响学生的医学技能的掌握水平[3]。医学影像[4]设备较为昂贵，缺少实验设备的教学，效果会大打折扣。而虚拟仿真实验教学依托虚拟现实、3D 技术、人机交互、多媒体等新兴技术构建高仿真的虚拟实验环境，将理论教学与实践教学相结合，成本相对较低，效果较为良好[5]，这也是医学领域实验教学的发展方向之一。

1 数据来源及研究方法

1.1 数据来源

为绘制医学领域虚拟仿真实验研究知识图谱，以“医学虚拟仿真”为关键词检索中国知网，共检索近十年（2012 年1 月-2022 年2 月）共419 篇文献作为研究对象。

1.2 研究方法

研究方法采用文献计量学领域中的文献可视化分析方法，并将分析结果以知识图谱的形式展现出来。将纳入研究的419 篇文献导入到Citespace 软件中，设置年份、时间片、阈值差值组合等参数绘制医学领域虚拟仿真实验研究知识图谱，并调整节点大小、字体大小等参数得到可视化效果最好的知识图谱。医学领域虚拟仿真实验研究知识图谱由节点和连接线组成，节点大小代表关键词出来的频次，连接线的粗细代表两节点之间的关系强弱，从而分析出医学领域虚拟仿真实验研究热点及研究趋势。

2 医学领域虚拟仿真实验研究知识图谱分析

2.1 医学领域虚拟仿真实验研究关键词分析

关键词每两年一个时间片，（c,cc,ccv）值设定为((1,1,1)，(2,1,2)，(3,1,10))，共得到281 个点，398 条边，Density=0.0101。对绘制的医学领域虚拟仿真实验研究关键词知识图谱进行了聚类分析，见图1，医学领域虚拟仿真实验研究热点聚类为16类，并统计了频次较高的关键词，见表1。

图1 医学领域虚拟仿真实验研究热点知识图谱

表1 医学领域虚拟仿真实验研究关键词统计

2.2 医学领域虚拟仿真实验研究热点分析

经分析，2012年1月-2022年2月医学领域虚拟仿真实验研究热点主要集中在以下几个方面：

⑴不同医学方向虚拟仿真实验研究（#C1、#C2、#C3、#C4、#C5、#C6、#C7、#C8、#C9、#C10、#C11、#C12、#C13、#C14、#C15、#C16）

医学领域虚拟仿真实验研究主要包括预防医学、临床医学、动物医学、基础医学、康复医学、口腔医学、医学检验科学、病理学、医学微生物学、生物化学、生理学、医学机能学、医学免疫学、灾害医学、护理学、医学影像学（pacs 系统）、外科学（人体解剖学、外科手术（开颅手术、穿刺技术））、突发公共卫生事件、应急医学救援等。

姚小玲等[6]将医学影像技术专业的学生分为实验组和对照组，对比了虚拟仿真实验教学和传统教学的效果，研究发现，采用虚拟仿真实验教学的学生学习积极性和学习效果明显高于传统教学方法的学生。对口腔医学学生的研究发现[7]，虚拟仿真实验改变了传统的教学模式，为口腔医学专业的教学提供了机遇。李奇志等[8]以虚拟仿真实验为依托，结合实体用于医学细胞生物学的实验教学中，能够使学生更加快速的掌握实验知识。季林丹等[9]结合疫情期间医学遗传学实验的在线教学，阐述了虚拟仿真实验的必要性和可行性。曾嘉莹等[10]分析公共卫生与预防医学的26 个虚拟仿真项目，研究公共卫生与预防医学虚拟仿真项目的评价指标，以期提高其实验质量。

⑵医学虚拟仿真实验教学研究（#C1、#C2、#C4、#C5、#C6、#C7、#C8、#C9、#C11、#C12、#C13、#C14）

医学虚拟仿真实验教学主要研究教学方法、教学方式、教学过程、教学目标等几大方面，其中教学方法主要研究PBL 教学、混合式教学、翻转课堂；教学方式主要研究线上教学（虚拟仿真实验教学平台、mooc 慕课教学）、实验室开放、教学实训及培训，做到虚实结合，提升实践技能及创新能力；教学过程注重实训教学、实验教学、操作技能量化考核；教学目标旨在通过医学实验教学改革，应用虚拟系统开展教学，借助教育信息技术创新教学环境，从而提高教学质量，培养创新型人才。

林琼希等[11]将学生分为传统实验教学、虚拟仿真实验教学、混合式实验教学三组，对照分析医学微生物实验的教学效果，得出单纯的传统实验教学和虚拟仿真实验教学效果低于混合式实验教学，应结合传统教学及虚拟仿真教学的优势开展混合式教学。肖方竹等[12]构建了预防医学专业的综合虚拟仿真实验教学模式，通过一段时间的教学观察发现，虚拟仿真实验教学的线上教学模式不仅能激发学生学习的热情，也能让学生更好的理解知识。

⑶医学实验虚拟仿真技术研究（#C1、#C2、#C3、#C4、#C5、#C7、#C9、#C10、#C11、#C13、#C15）

医学实验虚拟仿真技术运用较多的有三维动画技术unity3D、数字仿真技术、远程通信、虚拟现实技术、网页技术、3D打印技术、模型建模。利用计算机辅助教学，通过虚拟仿真技术渲染实验场景给人以沉浸感，开发虚拟仿真系统及虚拟仿真设备（机器人、模拟人、仿真软件、虚拟仪器），以数字化模式实现医学可视化。

3 总结及讨论

本文通过绘制知识图谱分析医学领域虚拟仿真实验研究热点，浅析医学领域虚拟仿真实验研究的现状，在接下来的医学虚拟仿真实验研究中，还应作以下三方面的深入研究，从而培养实践能力强，契合市场需要的医学实践型人才。

⑴扩充医学虚拟仿真实验案例库，完善科学标准。

应大量增加医学虚拟仿真实验的案例库，全方位的为学生提供练习案例，使学生更深入的掌握医学技能实践知识。同时，医学虚拟仿真实验中需完善科学标准，实验所涉及的医学知识、医学场景等医学元素都应符合现实医疗规范，给学生以科学、严谨的练习，从而能更好地适应真实医疗场景。

⑵引入前沿信息技术，提高医学实验仿真效果。

现有的医学虚拟仿真实验，大多数还局限于医学知识的展现，未真正还原真实的医疗场景，仿真的程度还不够，需要完善。应引入前沿信息技术，在时间和空间上做到场景还原，增强直观性、真实性、趣味性和可操作性，提高医学实验仿真效果，从而提升虚拟仿真实验教学质量。

⑶打造医学虚拟仿真教学“金课”，培养实践型人才。

针对传统医学实验教学中枯燥的教学模式，虚拟仿真教学应辅助教师进行课堂实验演示，对复杂、危险、破坏性强、周期长、后果无法控制的实验，可采用更直观的方式。同时，重视医学虚拟仿真实验教学，打造医学虚拟仿真教学“金课”，以医学思维和实践能力培养为主线，以医学虚拟仿真平台为手段，不受时空限制培养实践型人才。