建设虚拟仿真实验平台的意义与内容初探※

吴若霞 刘慧萍 李 玲 刘 俐陈沙 曹 蓉 刘平安 张国民*

（1湖南中医药大学医学基础教学实验中心，长沙410208；2中医方证研究转化医学湖南省高校重点实验室，长沙410208）

建设虚拟仿真实验平台的意义与内容初探※

吴若霞1，2刘慧萍1，2李 玲1，2刘 俐1陈沙1曹 蓉1刘平安1张国民1*

（1湖南中医药大学医学基础教学实验中心，长沙410208；2中医方证研究转化医学湖南省高校重点实验室，长沙410208）

基于虚拟仿真技术强大的应用前景，和国家大力扶植中医药教育事业发展的契机，我校将重点建设虚拟仿真实验平台，其意义主要是丰富实验教学内容、增加师生互动、调动积极性、提高实验的安全性、节约实验成本、激发学生创新积极性、提高学生的临床技能、增加学生对前沿知识的了解，从而提升我校教学水平。

虚拟仿真；实验教学；中医药

虚拟仿真(Virtual Reality，VR)又称虚拟现实技术，是当今非常流行的新型教学媒体，是涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等的综合集成技术。虚拟仿真技术可以呈现可视化实验操作环境，通过操作虚拟实验仪器或者设备进行各种实验，达到与真实实验相一致的教学目的和要求，在教育领域中具有强大的应用前景，而在医学教育中更具有重大意义。

1 我校虚拟仿真实验平台建设情况

我校医学基础教学实验中心由医学类基础学科生理学、药理学、病理生理学、医学生物学、组织胚胎学、病理学、微生物与免疫学、生物化学与分子生物学八大类教学实验室和中医学类实验针灸学、方剂学、中医基础三大类教学实验室合并而组建，为建设多层次、学科交叉、按功能分类的教学实验平台，中心下设机能学实验室、显微形态学实验室、病原免疫学实验室、生化与分子生物学实验室共四大类实验室，教学内容涉及广泛[1]。实验教学是教学活动中的重要环节，是从理论走向实践的桥梁，实验条件决定着学生动手能力、创新精神和综合素质的水平[2]。近年来，随着信息化技术的不断发展和深入，党中央、国务院高度重视教育信息化工作，在《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》第十九章“加快教育信息化进程”中明确指出：“加强网络教学资源体系建设，引进国际优质数字化教学资源，开发网络学习课程，建立数字图书馆和虚拟实验室，建立开放灵活的教育资源公共服务平台，促进优质教育资源普及共享。[3]”我校将在现有的校园网和省级医学基础实验教学中心基础上，大力推进虚拟仿真实验平台的建设工作，致力于将模拟、仿真实验引入实验教学，为学生和教师提供“自主式”、“交互式”、“开放式”的实验环境，将对我校教学质量提高产生积极重要的作用。

2 开展虚拟仿真实验平台建设的意义

2.1 丰富实验教学内容医学教育重视直观、生动，但在教学过程中，许多内容无法直接展示。医学教育又非常重视实践，理论必须与实践相结合，让学生掌握一定数量的综合实验才具备一定的素质能力，是提高医学生操作技能的重要环节。虚拟仿真软件及虚拟课堂相结合，可以打破某些实验教学过程中的局限，为教师、学生提供一个直观的方式，让学生观察到普通教学中无法观察到的内容。比如失血过程中毛细血管网的改变、病毒或细菌的生长过程、细胞增殖或凋亡的详细过程等。

2.2 增加师生互动调动双方积极性在虚拟仿真实验条件下，课堂教学不再局限于有形的教室中，亦不再局限于单纯的教学平面图片或者是视频，教学活动的空间得到了扩展；同时，对于学生而言，对知识的掌握也不再仅仅局限于课堂，对于课堂上未能及时理解或者掌握的知识点及操作，可以在课余时间去学习，学生的学习时间也有了扩展，有助于加深知识的理解和掌握。另外，通过软件的设置，教师可以统计出学生学习的时间，并可以更直观地了解学生学习每个知识点的时间，从而更准确地判断学生在学习过程中的难点或是兴趣所在，提高教学质量。

2.3 提高实验的安全性有些微生物实验在操作过程中具有污染风险，对实验条件及实验操作者要求较高。因此，在教学过程中，可以利用虚拟仿真技术让学生先熟悉相关操作流程和注意事项，培养学生对医学仪器设备、器械的正确使用，及实验技术的规范化操作等，考核合格后再进行实物操作，有利于提高学生的操作技能，提高实验的安全性。

2.4 节约实验成本许多实验一直受到实验仪器和耗材昂贵、实验原材料匮乏、实验准备时间过长等条件的局限难以开展，且高校每年为处理实验废弃物、动物标本等需要支付大量资金，并存在一定的安全隐患。对于这些实验，可以用虚拟仿真实验代替。一方面，学生虽然无法进行实物操作，但是可以让学生通过虚拟仿真实验一步步观察、体会实验过程和实验内容，可以明确实验步骤的意义，获得身临其境的体验；另一方面，虚拟仿真实验可以替代这些成本高、废弃物难处理、污染风险大的实验，可长期、大范围、重复使用，避免对实验内容不够了解或者对仪器使用不够熟悉而造成的浪费，从而降低教学、实验成本。

2.5 激发学生创新积极性我校医学基础教学实验中心下设湖南省大学生创新性训练中心，目的是培养在校大学生的创新意识。若通过网络将虚拟仿真系统向学生开放，实验仪器、装置、实验对象与实验现场情况一致，将真实的实验场景展现在学生面前，学生可自选感兴趣的实验项目，学习实验指导，模拟实验仪器的使用和实验技术操作，并可模拟指标检测并导出相关数据进行分析，满足学生的不同需求，从而增强学生的学习兴趣、开拓学生视野、充分调动学生的创新积极性。

2.6 提高学生的临床技能医学生临床技能水平是高校教学质量的重要体现。随着高校的迅速扩招，许多高等医学院校面临着实践教学基地和临床带教老师相对减少的问题；面对现在的医患关系环境，以病人为主要训练对象的传统临床实践技能训练的机会大大减少。这些问题使医学院校在医学人才的培养的过程中面临严峻的挑战。虚拟仿真实验室可以将有代表性的临床资料通过虚拟仿真技术的转化，逼真地模拟临床接诊患者的过程。虚拟仿真技术可以构建中医四诊合参虚拟、构建中药种植产地重现、构建中医名方配伍规律、构建中医名医经验传承等[4]，学生可以模拟诊断、评估、治疗患者的过程。同时，还可以与老师和其他学生进行讨论和交流，这种交互式的学习体验，可以实现学生对于临床常见疾病诊断处理能力的熟悉和掌握，有利于学生临床思维和技能的培养，提高医学生的整体素质。

2.7 增加学生对前沿知识的了解医学行业的特殊性要求医生对医学领域前沿知识有一定认识。对于医学生而言，对于医学行业前沿知识的了解途径非常局限。而前沿技术所涉及的仪器、耗材等一般都比较昂贵。通过虚拟仿真实验技术，可以将这些技术进行转化，让学生通过虚拟操作建立一定的认识，也激发学生对新知识的学习热情。

3 我校虚拟仿真实验平台建设内容

我校拟建成虚拟仿真实验室建设内容主要包括优化虚拟仿真教学资源、规范平台管理、加强队伍建设三个方面。

3.1 优化虚拟仿真教学资源我校虚拟仿真实验平台拟构建微生物学和免疫学、分子生物学、机能学、中医诊断学、方剂学、中药学等多个模块，可完成30多个实验项目。每个实验项目都包括实验指导、虚拟实验、动手实验、考核四个部分。虽然课程门类繁多，但通过虚拟仿真实验平台，整合优化不同学科的资源，使不同学科的实验室相互交融、资源共享，减少不必要的重复开发和浪费，并在其中融入中医特色，也有助于学生在学习过程中触类旁通，掌握更多知识。

3.2 规范虚拟仿真实验平台管理虚拟仿真实验平台建设一方面要注重内容的完善与规范，所有课程的设置、课程表、教学大纲、教学计划、教学课件、实验预习、实验录像等内容都应规范和俱全。另一方面要注重管理制度的完善，中心主任、负责人等分工职责要明确；虚拟仿真平台的研究、开发、测试、评估、认证、维护、培训等环节的标准化制度要做好整体规划，建立健全相关标准。最终实现基于网络平台统一管理、统筹安排、优化组合、提高教学和科研效率。

3.3 加强队伍建设我校医学基础实验教学中心十分重视教师队伍建设，现规划从教师年龄结构、学历层次、学科分布入手，采用多种形式提高人员的业务素质，如参加学术会议、参与相关课题组交流会、设立实验室基金，在政策上倾斜以促进他们更新教学理念、丰富教学方法、增强研究能力与管理能力，鼓励青年教师和虚拟仿真技术研发教师加入，建设一支高水平、结构合理、专兼职结合、可持续发展的高水平实验教学队伍。

4 结语

基于虚拟仿真技术强大的应用前景，和国家大力扶植中医药教育事业发展的契机，我校将致力于搭建以学生为主体，“教学-科研-临床”相结合的现代化实验教学平台，克服传统实验教学方法的局限、提高学生的学习积极性和创新能力、培养学生的中医临床思维，提高学生的综合素质，培养高质量的中医人才；并进一步完善虚拟仿真实验教学管理共享平台，优化管理体系，提升队伍的素质，并提高平台信息化共享和服务水平。

[1]刘慧萍，葛金文，张国民，等.基础医学实验技能大赛对中医院校实验教学质量的影响[J].中国中医药现代远程教育，2015，13(1):75-76.

[2]谌新兴，龚兴牡，石慧娟，等.医学虚拟实验平台在实验教学中的应用[J].现代教育技术，2016，34(2):45-46.

[3]国家中长期教育改革和发展规划纲要工作小组办公室.国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年).2010.7．

[4]刘升长，章文春，谢斌，等.虚拟仿真实验教学中中医思维的虚拟重现[J].亚太传统医药，2015，11(21):142-143.

Discussion on the Significance and Con ten t of the Construction o f Virtual Sim ulation Experim en t Platfo rm

WURuoxia1,2,LIUHuiping1,2,LILing1,2,LIU Li1,CHEN Sha1,CAORong1,LIU Pingan1,ZHANGGuomin1*
(1.The ExperimentCenterof Basic M edicine Teaching,Hunan University of ChineseM edicine,Changsha 410208,China; 2.Key Laboratoryof Collegesand Universities,TraditionalChineseMedicine Prescription and Transformation ofMedical Laboratory, Changsha 410208,China)

Based on the strong application prospect of virtual simulation technology and the great support of the state in the development of TCM education,our university will focus on building a virtual simulation experiment platform,which will enrich the experimental teaching content,increase the enthusiasm of teachers and students and mobilize the enthusiasm,improve the safety of the experiment,save the cost of experiment,stimulate the enthusiasm of students,improve their clinical skills,and increase students' knowledge of frontier knowledge,so as to enhance our teaching level.

virtual simulation;experimental teaching;traditional Chinesemedicine

10.3969/j.issn.1672-2779.2017.05.021

1672-2779（2017）-05-0048-02

：李海燕本文校对：李玲

2016-11-08）

湖南省教育科学“十二五”规划课题【No：XJK014AGD012，XJK015AGD008】

*通讯作者：834095773@qq.com