仿真操作系统在教学改革中的应用研究*

郭玉峰 万 佳

（1.宁夏人民医院医学影像中心 宁夏银川 750011；2.北方民族大学医学影像技术系 宁夏银川 750021）

一、概述

随着现代医学实验课程的不断发展，传统的医学仪器实验由于场地、维护费用等现实条件的限制，大部分医学院校的实验教学资源都比较匮乏，使得医学实验教学不得不寻求更新的更符合时代要求的实验手段。虚拟仪器技术即在计算机技术、数据库技术与网络技术等支撑下，架构支持真实实验环境的虚拟实验平台。虚拟实验平台形成了一个虚拟环境，在这种环境中进行操作、控制、分析、观察和实验，同时控制真实的实验环境。这一技术有许多的优点，如交互性很灵活、对硬件资源要求不复杂，更简易，因此在实验教学中广泛应用，成为解决可视化知识学习的又一重要媒体技术。而信息技术与学科整合，正是立足于时代的高度。虚拟仪器技术与课程整合，与传统的教学模式不同，在丰富学科知识、优化学生认知、优化课堂教学结构等方面影响比较大。[1]

近年来，在医学类高职院校实验实践教学中，非常强调学生的实际操作和动手能力，所以基于虚拟仪器的实验教学更突出了其优势，因而该技术在医学高职院校的实验教学中得到了进一步发展和完善。

二、医学影像技术传统教学的缺陷

板书教学是医学影像传统教学模式，学生在实验室动手操作实验。医学影像实验教学在学生获取专业知识时具有极大的重要性。它在使学生深入理解理论知识、形成职业岗位能力等方面起到许多积极的作用。传统的实验教学并不完善，还有不少的不足。由于大型影像设备昂贵，验耗材较多，综合性实验和开放性实验无法或很少实现。实验资源有限，不能做到人手一机，分组过大，难以反复训练，造成实验教学难以达到预期效果，严重阻碍了学生能动性和实践能力的培养。

三、医学影像虚拟实验的设计和优势

医学影像技术专业要求学生能够操作大型的影像设备，如ct、mri等，这些设备价格昂贵，体积庞大，操作使用复杂，需要学生长时间练习操作。一般院校很难满足这些大型设备的教学使用需要，而虚拟仪器技术可以解决和克服这一难题。由北方民族大学和宁夏人民医院实行的院校合作，在学校建立医学影像学技术专业实验室，引进DR仿真操作系统和教学PACS系统，利用计算机仿真、数据库、图像处理、虚拟实现和三维重建等编程技术对现有的影像设备实验教学进行改革，利用仿真操作训练系统，和实验室自身的小型主机系统，仿真当今主流DR、CT扫描工作站的常规操作检查流程，利用模拟设备，形成相应的仿真工作站，模仿真实ct、mri扫描工作站的操作流程；从而实现不需要投入大型设备，就能做到学生人手一机进行操作训练，满足学生学习和掌握大型医疗设备扫描操作基本技术的需求。

1.虚拟实验的设计理念 在现代信息技术的协助下，将其与传统教学手段结合起来，创建一个模拟的、开放的学习环境，逐步添加新的学习内容。让学生能够自主开放地学习影像技术，可自由选择实验内容，反复操作演练，将个性化学习体现的淋漓尽致。医学影像虚拟实验在解决难以反复训练的困难中发挥了重要的作用。

2.虚拟实验的设计思路 利用计算机技术、数据库、图像处理、虚拟现实和三维重建技术，采用dreamweaver、f l ash、.asp， sql server完成影像设备医工综合学习网站的设计，形成大型医疗设备仿真训练系统。如仿真ct扫描工作站的常规操作，做到全真模拟当今主流ct扫描工作站的工作流程，定位图像的扫描采用动态出现的方式，与真实ct模式相似，扫描图像与ct机扫描出现方式一样，使用户如同使用真实ct。同时具有强大的图像显示与处理的功能，图像源于ct，界面设计采用与真实ct界面同样的方式，使用户身临其境，在真实ct与本系统之间转换变化感觉不大。[2]

3.虚拟实验的优势

（1）切实降低实验室投入 现今，影像设备的价格动辄就是几万到几百万，而且在科技与经济高速发展的今天，这些设备功能型号更新较快，对其进行日常维护的人力和财力都比较大。因为受限于教育经费投入，通常这些实验需要都得不到满足。教学附属医院虽然购置，但学生能够实践动手操作练习的机会也不多。虚拟仪器技术在价格上比真实仪器设备的价格更低，相对来讲，更具优势。而且不难随时根据先进设备进行升级，不必担心大型设备的更新换代和新技术的发展。

（2）拓宽学科知识面，提高感性认识 在医学影像实验教学中，包含的信息技术因素非常多，通过教师的开发和整合，在引起学生对影像技术的兴趣的同时，还能使学生的信息意识更强，使学生的知识面更广阔，使学生能对学科知识进行进一步的理解、记忆和应用。信息技术与课程整合，让学生更主动热情的去学习学科知识，让他们的求知欲望更强烈，提高学生探索未知的主动性。

（3）提供仿真教学情境，营造实践氛围 虚拟仪器技术与实验课程整合，可以创设良好的课堂教学情境，仿真实际工作站的教学内容，从而让学生更积极主动的去动手，使教、学与做的有效性得到明显提高，让学生能在一种轻松活泼的环境下，运用丰富的想象、牢固的记忆和灵活的思维成功的完成实践操作。虚拟实验室中的图片非常多，视频、音频素材也很多，此外，实时软件包以及人机对话方式种类繁多，为学生构造了一个仿真的实验环境。实验模拟非常生动，妙趣横生，再加上与真实情景很相像的操作，让学生产生了浓厚的兴趣，让学生更积极主动地去进行模拟实验，使他们动手、动脑的能力不断加强。

（4）增强实验交互性，加强学习自主性 虚拟实验可以交互控制实现双向交流，虚拟实验没有一些不良因素的干扰，学生能够在一个可控制的环境下进行实验，学生可按自己的节奏，不管在什么时间、什么地点都能够自主地开始基于计算机的虚拟实验，而且能重复不少回；进行虚拟实验时，计算机能很快反馈实验进展，如果学生的操作违规了，就会自动出现一个提示信息。提示程序中缺少了某个必须的步骤，学生就能及时改正，进而正确地完成实验。虚拟实验结合了计算机技术、网络技术等信息技术。虚拟实验室既可用于实验课堂教学，也可以用于学生自学，能增强学生自主学习的积极性。

（5）优化教学结构，启发学生创新能力 在虚拟技术中，可以实现设计性实验。在软件中，能够储存的正常与不正常图片非常多，能够达到上万张，甚至更多，教师能指导学生讨论研究在实验途径不一样的情况下，出线的种种不一样的实验结果，直到实验结论不一样。慢慢的学生就会逐渐在临床实践中进行分析、思考。此外，一些不太容易的实验习题能在虚拟软件中自行设计，让学生在探索中设计实验方案并付诸实施，这样在提高学生思维能力的同时，心理素质，操作技能等都有一个全面的提高，还能培养学生的创新能力。

四、虚拟实验课程评价

为了探讨基于虚拟仪器技术开发的 医学影像技术实验课程的教学效果，本研究以本系2013—2015级医学影像技术专业的学生为实验对象，随机分为实验组和对照组，两组各30人，两组医学基础成绩经统计学分析，无显著性差异。比较评价内容包括有相关知识背景、学习兴趣、实际操作感受、交互性、控制性以及学习态度等。对各项结果进行统计学处理分析表明学生认为虚拟实验课程效果良好。

结果表明经过仿真操作系统学习的学生的实践动手能力和理论知识的巩固率明显高于传统理论学习方法的学生，说明虚拟仪器技术在实验课程中的应用后，学生能够熟练掌握影像技术方面的知识和操作技巧，这种模拟接近医院实践，使得实习前学生能够熟练地掌握影像技术的整个检查过程和操作流程，同时大大提高了学生的实践兴趣。

结语

把虚拟仪器技术引入实验教学，更能满足学校实验仪器的使用，而且使学生的创新思维不断提高，能有效激发学生的学习动机，加强学生的参与性和自主性，使学生的动手能力不断增强。虚拟仪器技术的进一步发展成熟，相关研究资料和开发工具越来越多，使得虚拟仪器技术在医学实验教学中的应用实践将日益增加。它在医学教育领域中具有广阔的应用前景，是医学实验教学中一个新的发展方向。