基础医学虚拟仿真实验教学现状分析与展望

樊守艳 王继浩

摘 要：文章分析基础医学虚拟仿真实验的现状与发展前景，为虚拟实验教学与基础理论教学提供思路与方向。通过对国家政策的解读，对开展基础医学虚拟仿真实验教学的必要性和现有技术手段分析阐述开展虚拟实验教学的可行性。通过虚拟仿真实验未来发展预测，分析虚拟仿真实验教学的可发展性。基础医学虚拟仿真实验可借助于现代信息技术手段，更好的为基础医学教育提供助力。

关键词：基础医学；虚拟仿真；实验教学

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2018）02-0088-02

基础医学课程如生理学、药理学等，是连接基础课程如生物化学、解剖学等与临床医学学习的桥梁，在理论学习的同时应加强实践练习，许多医学院校因此提出“多实践，早临床”的教学理念。传统教学方式是在理论学习的同時加入相应的实验教学，随着学生人数的增加，设备和教学场地的限制，很多高校把所有基础医学实验综合在一起，成立机能实验课程，即学生的理论学习和实验操作不再同步进行，而是分学期完成。然而，教学的规律性决定理论知识的学习需要通过实验教学来加强知识要点的把握，理论与实验分开的教学模式不利于学生观察问题、解决问题和创新性思维的培养。

虚拟仿真实验是在计算机的支持下，在虚拟实验界面模拟实验流程的实验方法，在这种实验过程中不需要实验动物、实验试剂、实验器械的准备，也不局限于实验场所的选择，同时迎合了现代学生学习模式的计算机化、网络化的特点。基础医学虚拟仿真实验教学可成为常态化的教学方式。

一、基础医学虚拟仿真实验教学的现状分析

1.教育部为开展医学虚拟仿真实验提供了政策支持

教育部发出通知，要求有关高校要高度重视实验教学与信息化的深度融合，支持虚拟仿真实验教学中心建设工作，并且鼓励不同学校、不同地区甚至更广泛的实验教学资源共享。2015年教育部批准建设了100个国家级虚拟仿真实验教学中心[1]，其中基础医学虚拟仿真实验中心有3所，分别设在广州医科大学、安徽医科大学和南京医科大学。基础医学相关虚拟仿真实验中心有7所，分别设在第四军医大学、第二军医大学、广西医科大学、南方医科大学、武汉大学、潍坊医学院和南昌大学。其他各高校也根据实际情况，从校情出发，大力建设虚拟仿真实验教学。如浙江大学基础医学部，开展基础医学仿真实验教学，形成完整的一套教学秩序，包括专门的虚拟仿真实验室、相关教材、教学大纲、专题讨论等内容。长沙医学院、山东大学、厦门大学等也都在积极开展基础医学虚拟仿真实验教学。良好的政策支持及导向，势必会使虚拟仿真实验教学快速发展，更加完善。

2.医学教育的发展使开展基础医学虚拟仿真实验教学成为必然

医学院校教学规模扩大，招生人数大幅提高，不可避免地存在实验场地面积和实验设备的相对不足。同时由于学生课程增多，基础医学实验教学的时间和空间安排受到限制，导致教学秩序矛盾频发。另外，教学设备的更新随着技术的发展加快了节奏，然而经费的短缺使得实验设备老化的矛盾日益突出。这些矛盾短时间无法解决。与传统实验教学相比，虚拟仿真实验教学可以降低实验室改造、建设和维护的资金，节省时间和空间成本。

传统基础医学实验受到研究条件的限制，把实验按器官系统分为独立的实验，单次实验只能接触某个单独器官组织的部分内容，而虚拟实验把不同器官系统的实验放在一起，有助于学生对有机整体的把握，解决了传统教学模式无法解决的认知片面性问题，推进了医学教学整体化的进程。

3.以学生为主体的教育理念推动基础医学虚拟仿真实验的发展

信息时代的学生接触信息量大，思维活跃，需要更多的手段和渠道来获取知识。随着多种技术相融合的新型软件的开发[2]，加上客户端的开发，使学生在手机上就能完成操作，便于随时随地学习，充分调动其学习积极性。

基础医学学习内容丰富，知识点琐碎，学习起来比较枯燥，虚拟仿真实验可以构建生动逼真的实验环境，并日趋精细化，极大的激发了学生的学习兴趣。在兴趣学习的推动下，也促使学生从课程内容的单一接受者向创造者和设计者转变，培养学生的创新性。

4.信息技术学的发展，为开展虚拟仿真实验提供了技术手段

随着信息技术的发展，虚拟现实技术得到迅速发展。第二代Web语言VRML2.0 的开发应用，使得虚拟境况从静态3D进化到动态、交互性和具有链接功能的高级展现，为基础医学虚拟实验的进一步开发提供了技术支持。Java这种面向对象编程语言的产生，把复杂的编程简单化，可以大大提高虚拟实验的智能化，使得基础医学虚拟实验更接近实体实验的操作。在虚拟实境技术上，Quicktime VR可以把收集到的图像动态化，实验者可以通过键盘和鼠标进入虚拟空间，而不再局限于特制的眼镜。Cult3D 因其文件体积小，跨平台性能好，软硬件要求低而得到迅速发展。逼真的画质，复杂的动画，为物体添加交互性创造了条件，近来被广泛应用于虚拟仿真系统的开发[3]。

在制作软件方面，Maya 软件具有 3D 建模、动画、特效和高效的渲染功能，可以细腻地构建基础医学虚拟实验中所需的各种模型，创建逼真的三维影像。Photoshop 可以对已有图像进行编辑加工处理，还可运用一些特殊效果使图片设计符合自己的构思创意与视觉创意[4]。Flash系列软件的开发，为制作质量优良的动画提供了成熟的手段，在基础医学虚拟实验的开发中发挥着重要作用。Virtools软件是一种新型的人机交互系统，可以给参与者一种身临其境的感觉，使参与者生成视觉、听觉、触觉、味觉等各种感官信息，其应用于基础医学虚拟实验的开发，无疑会使得实验真实性大大提高。王春波等[5]采用Authorware 6.5 作为开发工具，使用了Flash 8.0制作片头动画效果和文字效果，采用Web Xtra控件把PPT嵌入软件中，平面设计采用Photoshop 7.0，开发了系列机能学虚拟实验项目。

二、基础医学虚拟仿真实验教学的未来进展

基础医学虚拟仿真实验在空间、时间上给学习者带来了方便，在视觉、操作中激发了学生的学习兴趣，但目前还存在诸多问题，未来虚拟实验应完善下列需求：

1.较强的个体操作差异

基础医学的实验学习，最终是为临床实际操作做准备，应有实验者与被实验者的个体差异。目前虚拟实验不论操作规范与否，得到的结果都是一样的，例如在生理学虚拟仿真实验“尿生成的影响因素”操作中，给虚拟实验大鼠进行呋塞米滴注，只要点击该药物进行静脉滴注，都会使大鼠尿量从 0.8mL/min 增加至 6mL/min ，没有量的差异。目前虚拟仿真实验项目的开发侧重实验场景的逼真，但由于医学实验的特殊性，未来实验应该精确化，不同药物的剂量、不同操作的手法乃至不同操作的顺序，应出现不同的结果，且能及时反馈信息，这样更贴近实际操作情况，便于学生对实验结果进行准确的讨论分析从而掌握相关知识点。

2.提高操作人员的可合作性

目前虚拟实验，打开界面后，都是单独操作即可完成，缺少实际实验操作中成员之间的合作与交流，未来虚拟实验应朝着加强各操作成员的合作性方向发展，这样，可以加强组内合作与组间合作，有助于成员之间的学习交流，提高学习能动性。

3.构建基础医学虚拟仿真实验教学一体化平台

目前基础医学虚拟仿真实验教学只局限于在实验课中分解出来的小部分学时，所占比重较少，缺乏必要的实验指导手册、相关学习教材，学生的自学也难以反馈和进行评价。未来，应在网络平台的支持下，学校教学改革的推动下，形成教学大纲、教材、理论与实验融合的教学安排、学生学习与教师评价、学生实验创新一体化的教学模式，充分发挥基础医学虚拟仿真实验的优势。

参考文献：

[1]教高厅函[2015]24号.教育部办公厅关于开展2015年国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知[Z].

[2]王卫国，胡今鸿，刘宏.国外高校虚拟仿真实验教学现状与发展[J].实验室研究与探索，2015，34（5）：214-219.

[3]郭静，朱学江，袁艺标. Unity3D在基础医学虚拟仿真实验教学中的运用[J].科技视界， 2016（24）：48-49.

[4]金俭，范杨慧.应用型本科高校计算机基础课程教学改革探討[J].计算机时代，2016（3）：72-74.

[5]王春波，韩彦弢，夏蕴秋等.医学技能学虚拟实验系统的建设与应用[J].中国药理学通讯，2012，29（4）：22-23.

（编辑：鲁利瑞）