李忠玉, 劉良專, 梁　瑜, 周文化, 何戰(zhàn)勝, 陳　熙

(南華大學 醫(yī)學院, 湖南 衡陽　421001)

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多層次綜合性醫(yī)學虛擬仿真實驗教學中心的建設與成效分析

李忠玉, 劉良專, 梁瑜, 周文化, 何戰(zhàn)勝, 陳熙

(南華大學 醫(yī)學院, 湖南 衡陽421001)

虛擬仿真實驗教學在醫(yī)學教育中發(fā)揮著重要作用。建立開放、資源共享的綜合性醫(yī)學虛擬仿真實驗教學平臺,是培養(yǎng)醫(yī)學創(chuàng)新人才的主要途徑。南華大學醫(yī)學院通過建設醫(yī)學虛擬仿真實驗教學中心,開展了虛擬仿真實驗教學,促進了學生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng),提高了教學質(zhì)量。

醫(yī)學教育； 虛擬仿真實驗教學中心； 建設與成效

虛擬仿真實驗教學是高等教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要組成部分。教育部發(fā)布的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)》明確提出,要加強實踐教學,建設國家級虛擬仿真實訓基地,促進開放共享的虛擬仿真實踐教學環(huán)境建設,提示我國虛擬仿真實驗中心的建設進入了規(guī)?；藴驶涂沙掷m(xù)發(fā)展階段。我校以“科學規(guī)劃、共享資源、突出重點、提高效益、持續(xù)發(fā)展”為指導思想,以提高學生創(chuàng)新精神和實踐能力為宗旨,以建設信息化實驗教學資源為重點,積極推進醫(yī)學虛擬仿真實驗教學中心的建設,取得了明顯成效。

1　醫(yī)學虛擬仿真實驗教學中心建設的必要性

1.1緩解實驗室條件限制,彌補實驗教學資源不足

在醫(yī)學實驗教學中,有些實驗設備昂貴、實驗動物缺少、醫(yī)學生物類實驗試劑和耗材價格高[1-2],使一些應該開設的基本的教學實驗項目難以開展,不能滿足實驗教學的需要。醫(yī)學虛擬仿真實驗教學中心可通過發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)在實驗教學的優(yōu)勢,真實模擬昂貴的實驗設備和實驗場景,通過人機交互的方式使學生在虛擬的實驗設備和實驗場景中開展實驗,提供與實際操作相類似的實踐體驗,實現(xiàn)各種預定實驗項目,既彌補教學儀器的不足,節(jié)約教育資源,同時也實現(xiàn)了在現(xiàn)實條件下無法開展的實驗教學工作,達到教學互動、資源共享的實驗教學目的[3]。

1.2豐富教學內(nèi)容,擴展實驗教學時空

開展醫(yī)學虛擬仿真實驗,極大地豐富了實驗教學內(nèi)容。通過借助虛擬仿真技術(shù),對一些具有危險性的場景或者現(xiàn)實中難以實現(xiàn)的實驗進行虛擬仿真,如高致病性微生物實驗、劇毒類物質(zhì)實驗或放射性物質(zhì)實驗；有些實驗如心肺復蘇急救、穿刺、插管等臨床技能實驗操作項目不允許學生直接在病人身體上進行,但我們可依托虛擬現(xiàn)實構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象,使抽象知識具體化、形象化和現(xiàn)實化,使學生更好理解并掌握相關(guān)知識。

虛擬仿真實驗打破了傳統(tǒng)醫(yī)學教學在時間和空間的限制[4-6],學生在任何時間、任何場合都可以進行自主學習,并與教師進行交流互動,并且可在較短的時間內(nèi)呈現(xiàn)給學生需要較長時間才能觀察的某些變化過程。如微生物學的分離培養(yǎng)與鑒定、病毒的培養(yǎng)過程等,需要1周乃至數(shù)周的時間,而利用虛擬仿真技術(shù)在一堂課內(nèi)就可以實現(xiàn)[7]。尤其是對某些細微的、不常見的或難以直接觀察的變化,可以多方位、多維度、多層次地再現(xiàn)出來[8-9],吸引學生有意識觀察,培養(yǎng)學生良好的觀察能力。

1.3激發(fā)學生求知欲,增強學生的實踐創(chuàng)新能力

醫(yī)學虛擬仿真實驗教學平臺為學生提供全天候的開放式實驗環(huán)境,學生可隨時借助平臺,根據(jù)自己需求選擇實驗器材、實驗動物和試劑等進行虛擬實驗,使學生從灌輸式被動學習到積極靈活的主動學習[10],極大地激發(fā)了學生的求知欲,充分調(diào)動學習的積極性與主動性。同時醫(yī)學虛擬仿真實驗教學平臺提供了豐富多彩的立體化教學資源和形式多樣的實驗情境,能夠?qū)碗s變簡單,化抽象為具體,將宏觀或微觀的機體結(jié)構(gòu)、形態(tài)與機能、生理或病理現(xiàn)象及實驗過程表現(xiàn)得形象生動、逼真,通過人機交互,加強學生對知識的內(nèi)化和遷移,促進學生形象思維和直覺思維能力的發(fā)展[11-12]。通過臨床技能仿真訓練和臨床思維拓展實驗的實踐學習,增強了學生的實踐操作和臨床思維能力,激發(fā)學生的創(chuàng)新意識,培養(yǎng)實踐創(chuàng)新能力。

2　多層次綜合性醫(yī)學虛擬仿真實驗教學中心的建設

醫(yī)學虛擬仿真實驗教學中心下設形態(tài)學數(shù)字化、機能學、病原生物學與免疫學、臨床技能仿真訓練、臨床思維拓展五個虛擬仿真實驗教學平臺,開設虛擬仿真實驗項目共計111項,其中:形態(tài)學數(shù)字化虛擬仿真實驗24項,機能學虛擬仿真實驗25項,病原生物學和免疫學虛擬仿真綜合實驗26項,臨床技能仿真訓練平臺教學資源28項,臨床思維拓展平臺教學資源8項。學生可根據(jù)實驗項目的要求,通過實驗平臺提供的儀器設備進行配置、連接、調(diào)節(jié)和使用虛擬實驗儀器開展實驗。

2.1形態(tài)學數(shù)字化虛擬仿真實驗教學平臺

該實驗教學平臺融合數(shù)字圖像處理、計算機圖形學和多媒體技術(shù)等多種信息技術(shù),在終端顯示二維平面及三維立體真實可靠的人體正常結(jié)構(gòu)圖像和器官組織內(nèi)部結(jié)構(gòu),并可呈現(xiàn)三維動畫,學生可在三維空間里對人體中感興趣的結(jié)構(gòu)進行放大、任意旋轉(zhuǎn)和平移,使學生清楚地了解人體內(nèi)部復雜的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系。同時通過顯微數(shù)碼互動教學系統(tǒng)與數(shù)字切片進行實物和虛擬圖像對比學習,增強了學生的操作能力,培養(yǎng)了學生的學習興趣。

2.2機能學虛擬仿真實驗教學平臺

機能學虛擬仿真實驗教學平臺將生理學、病理生理學和藥理學有機整合,開設了大氣懸浮顆粒PM2.5-PM15對人體健康傷害、微循環(huán)灌流與血流動力學、膜片鉗應用等25項虛擬仿真實驗項目。每項實驗均包含實驗原理、實驗方法、實驗儀器和虛擬實驗操作等內(nèi)容,學生可選擇合適的實驗動物、儀器和藥物完成虛擬操作過程,虛擬實驗系統(tǒng)可根據(jù)實驗過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)實時記錄,并對實驗結(jié)果進行分析和評價。實驗項目充分應用了多媒體豐富直觀的表達形式、將仿真動畫、實驗錄像相結(jié)合,增強學生對實驗操作的理解和掌握。

2.3病原生物學與免疫學虛擬仿真實驗教學平臺

該虛擬仿真實驗教學平臺開設了分離培養(yǎng)模擬實驗、培養(yǎng)基的制備模擬實驗、鉤端螺旋體暗視野顯微凝集模擬實驗、陽性釘螺與尾蚴釋放觀察模擬實驗等一系列虛擬仿真實驗。同時根據(jù)課程特點,聯(lián)系生物安全相關(guān)知識,以不同的病原生物對象設為問題,讓學生選擇相應級別的生物安全實驗室進行虛擬操作,將生物安全知識靈活運用于實踐中[13],不僅能拓寬學生的知識領(lǐng)域,而且可以促進學生建立更為完善的生物安全相關(guān)知識體系。

2.4臨床技能虛擬仿真訓練實驗教學平臺

臨床技能虛擬仿真訓練包括心肺聽診訓練系統(tǒng)、腹部觸診訓練系統(tǒng)、外傷急救、胸腔穿刺、腰椎穿刺、腹腔穿刺等多種模型,學生可通過模型和計算機軟件實現(xiàn)心臟、胸肺部體格檢查中的擴聽示教、基礎聽診、鑒別聽診；腹部體格檢查中腹部聽診和觸診教學與考核等。軟件中有“心臟聽診病例”80例、“肺臟聽診病例”60例、“腹部觸診病例”43例,心電圖考核圖形約40幅,學生可以在虛擬環(huán)境中反復訓練和規(guī)范基本操作,實現(xiàn)了早臨床和多臨床實踐,提高了學生臨床技能和思維能力。

2.5臨床思維拓展虛擬仿真實驗教學平臺

該實驗教學平臺采取全方位、多途徑、多形式開放方式,支持學生開展綜合性和創(chuàng)新性實驗,特別是臨床應用、病例討論等實驗項目,加深學生對醫(yī)學知識的理解。同時該實驗教學平臺也增加了三維適形及調(diào)強放射治療仿真系統(tǒng),如肺癌放療中正向適形與逆向調(diào)強計劃設計、前列腺癌的適形和調(diào)強適形放療計劃設計和三維逆向調(diào)強適形放射治療計劃的設計和優(yōu)化等,該系統(tǒng)可根據(jù)腫瘤的具體形狀通過仿真模擬放療,最大限度地提高了腫瘤的照射劑量和減少周圍正常組織、器官的照射體積和劑量。

3　醫(yī)學虛擬仿真實驗教學中心建設過程與成效

1992年,我校在國內(nèi)率先將生理學、病理生理學、藥理學課程實驗有機整合成機能學實驗教學平臺,之后將人體解剖學、醫(yī)學微生物學等基礎課實驗課程整合形成形態(tài)學、病原生物學、臨床技能學等實驗教學平臺。2002年和2003年獲批為中央與地方共建基礎實驗室；2004—2008年分別被評為湖南省實驗教學示范中心；2008年和2010年臨床醫(yī)學專業(yè)實驗中心和臨床醫(yī)學專業(yè)基礎實驗中心獲批為中央與地方共建特色優(yōu)勢學科實驗室；2015年8月被批準為湖南省醫(yī)學類虛擬仿真實驗教學中心建設單位；2016年被批準為國家級醫(yī)學虛擬仿真實驗教學中心建設單位。

近3年,約有300名學生參與了實驗中心教師的科研項目,并在中心教師指導下積極參加國家級、省級、校級等各類科技創(chuàng)新活動,主持或參與大學生創(chuàng)新性科研項目40余項；撰寫完成SCI、CSCD收錄論文50余篇；參與完成專利設計或醫(yī)學儀器制作多項。2015年榮獲“第六屆全國高等醫(yī)學院校大學生臨床技能競賽”全國總決賽特等獎；2014年榮獲“第五屆全國高等醫(yī)學院校大學生臨床技能競賽”全國總決賽一等獎和“第五屆全國高等醫(yī)學院校大學生臨床技能競賽”華中賽區(qū)一等獎；2013年榮獲“第四屆全國高等醫(yī)學院校大學生臨床技能競賽”全國總決賽三等獎和“第四屆全國高等醫(yī)學院校大學生臨床技能競賽”華中賽區(qū)一等獎；2012年榮獲“第三屆全國高等醫(yī)學院校大學生臨床技能競賽”華中賽區(qū)一等獎；“衡陽市第五屆大學生科技創(chuàng)新大賽”二等獎和三等獎各1項。

4　結(jié)語

虛擬仿真實驗教學是學科專業(yè)與信息技術(shù)深度結(jié)合的現(xiàn)代產(chǎn)物,是推進高等教育信息化建設的重要組成部分。將虛擬仿真技術(shù)應用于醫(yī)學教育,突破了傳統(tǒng)的教學方法無法滿足現(xiàn)代醫(yī)學發(fā)展的需要,具有傳統(tǒng)實驗不可比擬的優(yōu)越性[12]。南華大學醫(yī)學虛擬仿真實驗教學中心秉承“名德博學,求是致遠”的校訓精神,積極探索,勇于創(chuàng)新,不斷完善實驗教學改革,為推動我國醫(yī)學高等教育事業(yè)不斷向前發(fā)展做出了積極的貢獻。

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Analysis on construction and achievement of multi-level comprehensive medical virtual simulation experimental teaching center

Li Zhongyu, Liu Liangzhuan, Liang Yu, Zhou Wenhua, He Zhansheng, Chen Xi

(School of Medicine,University of South China,Hengyang 421001,China)

Medical virtual simulation experimental teaching plays an important role in medical education. To establish an open and resources-sharing medical experiment teaching platform is the main way to cultivate innovative talents. Through the establishment of a virtual simulation experiment teaching center,School of Medicine at Nanhua University has well run a virtual simulation experiment teaching program,promoted the students’ practical and innovative ability and improved the quality of teaching.

medical education; virtual simulation experimental teaching center; construction and achievement

10.16791/j.cnki.sjg.2016.09.058

虛擬仿真實驗教學中心建設

2016-03-03修改日期：2016-05-05

國家級醫(yī)學虛擬仿真實驗教學中心項目(教高廳函[2016]6號)；湖南省教育科學“十三五”規(guī)劃項目(XJK016AGD005)

李忠玉(1972—),女,湖南郴州,博士,教授,主要研究方向為病原體致病機制

E-mail：lzhy1023@hotmail.com

陳熙(1964—),男,湖南邵陽,教授,南華大學醫(yī)學院院長,主要研究方向為高等教育管理.

E-mail：2241332533@qq.com

G451

A

1002-4956(2016)9-0220-03