基于网络的互动虚拟医学课程资源开发及应用研究

刘俊英，李光仲，王 东，薛海波，闫 鹏

(1.滨州医学院附属医院；2．滨州医学院基础学院，山东 滨州 256603)

在基础解剖、病理解剖、组织胚胎以及各临床课的网络课程中，有大量医学实体标本、医学场景、医疗仪器等需要展示，通常教学中只能展示这些内容的平面图片或录像，缺少立体感和真实性，且无互动功能，而互动虚拟课程资源则可以很好的解决以上问题。利用虚拟全景技术可以将在不同方位拍摄的物体或者空间的照片无缝的连接在一起，从而在视觉上形成对物体或空间的整体呈现，全面的向学生呈现相应内容的整体形态、真实结构以及颜色对比等，提高学生学习相应内容的兴趣，调动其学习积极性，更利于学生的自主学习[1]。

一、网络互动虚拟课程资源的应用优势

(一)可以实现实时准确的交互操作。

在网络互动虚拟课程资源中，学生可以自己掌握学习的进程和顺序，同时也可以通过鼠标和键盘对相应的标本、医学场景、医疗仪器等进行细节放大、整体缩小以及多角度观察等操作，加深对相应实体形状、基本结构和特征的了解，对相关内容进行全方位的观察和学习，克服了传统影视媒体只能按照一定的顺序播放，缺乏交互操作的不足[2]。

(二)能够真实的展示相关内容。

利用互动虚拟全景技术开发互动虚拟课程资源，可以应用照片、录像或者数字图象来创建虚拟标本、医学场景、医疗仪器等虚拟资源，展示的内容真实感更高、图像更丰富以及细节特征更鲜明；同时还可以将视频、音频利用各种链接加入，使演示具有强大的多场景交互功能，给学生带来身临其境的感觉。

(三)开发制作效率较高。

开发软件使用简单，教师比较容易掌握其使用方法，课程资源制作的周期较短，实用性较强，在医学类网络教学资源的开发中具有较大的优势，有较好的推广的应用价值。

二、互动虚拟课程资源在医学网络教育中的应用

(一)提高自主学习抽象知识效率。

利用基于网络的互动虚拟课程资源，学生可以在浏览器中对相关资源实现交互式操作，对具有立体结构的医学标本或阳性体征等教学资源进行充分的展示。在浏览器中，学生可以随意地旋转虚拟医学资源、放大其局部结构，已实现从各个角度进行观察和研究。特别是对于一些畸形标本，其形状非常不规则，为更好地满足教学要求，可以采用互动虚拟全景技术进行相关资源的设计，从而更加形象逼真地表达相关教学内容，便于学生直观的认识实体形状和结构[3]。

*通讯作者

(二)提高临床实践技能的学习效果。

网络互动虚拟课程资源能够在逼真的虚拟环境中以自然的方式进行交互，非常适合临床实践技能的学习，学生在接近真实的虚拟环境中更易于掌握相应的技能。如在传统的内窥镜诊疗教学中，只能通过讲解、图示或视频来介绍内窥镜在相应的检查部位环绕观察的情形，缺少相应的互动控制，学生无法自主控制学习进度和检查部位的观察视角。而利用网络互动虚拟课程资源能够虚拟出“真实的诊疗环境”，学生在虚拟的“诊疗环境”内可以任意选择观察的视角，交互地进行全方位的观察和学习，全面了解相关诊疗部位的实际形状、空间的位置分布、变形情况以及时序和颜色纹理等。通过在虚拟环境中进行有关的交互学习，提高相关技能的培训的效率[4]。

(三)精密仪器设备的认识与操控。

医疗设备系统和实验仪器可以利用网络互动虚拟课程资源逼真地展示出来，学生可以在浏览器中无风险地对虚拟仪器进行各种旋转和放大，从不同角度进行观察，详尽了解仪器设备的实体形状、结构和使用方法，更快地学习相关仪器设备的操控知识[5]。

在实验教学中，实物教学条件的不足完全可以通过互动虚拟课程资源加以弥补，而且真实感强、趣味性高的虚拟环境，可以使教学内容更加形象直观，学生主动学习的积极性会得到极大的提高[6]。

(四)强化对医疗设施整体空间的了解与认知。

对于重症监护室、高压氧治疗室、实验中心或精密仪器室等一些学生不能直接深入其中进行观察和体验的特殊情境，利用网络互动虚拟课程资源的虚拟场景可以容易的复现。通过虚拟全景图，学生可以对相关设施进行全方位的环视和学习，这是传统的文字、图片以及录像等展示方式所无法实现的。

三、课程资源制作范例及其应用

(一)课程资源的制作范例。

下面我们介绍一个医学标本展示范例的制作，根据教学设计及标本展示的要求，采用PixMaker虚拟全景制作软件制作此医学标本展示范例，可使其效果最为逼真，其制作的主要步骤包括：

1．静态图像的拍摄及后期处理。首先，使用数码照相机拍摄标本沿顺时针方向的环视照片。每拍摄一张照片，就将放置标本的转盘顺时针旋转一定的角度，相邻两张照片要有四分之一左右的重叠区域。然后，将按顺序编号的全部照片放在同一文件夹内，再应用图像软件对照片的对比度、亮度、色调、锐化等进行相应的处理，使全部照片的大小相同，整体视觉效果一致[7]。

2．图片导入。将后处理过的照片输入到PixMaker的处理窗口。全部照片导入后，使用影像编辑栏中的编辑工具，可对照片做次序、删除、旋转、复制等操作。

3．图片拼接。将导入的全部照片无缝地连接在一起，形成一个360°的“标本影视”全景图。完成拼接后，在PixMaker的显示区域即会出现一幅360°环绕的立体标本。我们可以用鼠标指针操纵图片，横向拖动鼠标可以左右移动图片，按住“Shift”键并上下移多鼠标指针可以放大和缩小“标本”的影像。用鼠标指针点击场景图片内任意位置，可停止场景的移动，操作方式非常灵活方便。

4．在标本影视上增加各种注释链接。在完成标本影视的制作后，可应用软件的热点编辑命令，在标本图片上增加各种注释性链，接指向另一资源的场景、网页、音频文件或视频文件等，从而对标本上相应部分进行更详细的介绍和说明。增加各种注释的点都会在标本图片上显示一个小图框，学习者可以点击该小图框进行互动。

5．标本影视的导出。PixMaker具有多种输出格式，可根据网络教学的实际需要选择相应的格式输出标本影视。基于网络的课程资源可以选择多种方式导出，如网页格式“web page(.html)”或可以单独播放的明信片格式“Postcard(.exe)”等[8]。

(二)课程资源在网络教学中的应用。

在相应的教学网页中嵌入上述发布的标本影视文件，并在网络课程中设计其链接，然后将相关网页和文件传至服务器的同一目录中。至此学生即可上网浏览该标本影视的内容，并可控制标本影视的转动、缩放以及移动等各种交互运动，以便仔细观察标本的各部位，实现如同直接观察标本一样的学习效果。

(三)应用分析。

对于整体形状极不规则的一些医学立体标本，不易采用基于几何模型的虚拟技术进行较全面的表达，而采用基于图像的互动虚拟技术则可非常逼真地表达这些教学内容。在网络资源开发过程和实施应用中，应切实结合影视图像质量与数据量及网络传输速度的关系，以确保影视图像的流式播放[9]。

四、结束语

通过网络互动虚拟课程资源的开发，可以使网络课程的教育性与技术性更加完善，更加符合学生的认知规律，从而构建一种全新的教学环境和教学手段。具有强大的交互性、沉浸度以及多感知等人性化特性的网络互动虚拟课程资源，为学生提供了一种可以进行交互操作、自主探索的学习环境和学习方法[10]，从而极大地改变传统的教学观念和思维方式，激发学生的学习积极性，提高医学教育质量。

[1]周树海.让虚拟全景技术进入网络课程[J].中国远程教育,2007(5):65-67.

[2]陈 敏,刘晓秋,伍胜男.QTVR技术及其在教育教学中的应用[J].中国现代教育装备,2006(11):36-38.

[3]李光仲,刘俊英,王云创，等.计算机模拟技术在医学物理学教学中的应用研究[J].中国医学物理学杂志,2009,26(4),1352-1360.

[4]范立冬,李曙光.虚拟现实技术在医学训练中的应用[J].创伤外科杂志,2008,10(6)：568-570.

[5]李光仲,刘俊英.基于静态图像的互动虚拟现实技术在医学物理学教学中的应用研究[J].中国医学物理学杂志，2010,27(5):2196-2200.

[6]余胜泉,古素梅.基于静态图像的虚拟现实技术及其在教育中的应用[J].现代教育技术,2000(3):47-51.

[7]刘俊英,李光仲.基于静态图像的互动虚拟全景技术在医学教育中的应用研究[J].中国医学教育技术,2011,25(6)：620-622.

[8]杨景武.基于平面图像的虚拟全景技术(PixMaker)在解剖实验教学中的应用[J].现代教育技术,2004,14(5):59-61.

[9]张 力.应用虚拟全景技术提高网络教学质量的研究[J].电化教育研究,2003,122(6):56-60.

[10]史志国,田秋艳,艾 婷.基于虚拟全景技术的教学应用研究[J].现代教育科学2008(1):127.