潘 晉 顧 園 秦嘯峰 王 珂 陳 輝

（首都醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，北京 100069）

醫(yī)學(xué)是實踐性很強(qiáng)的學(xué)科，醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)是醫(yī)學(xué)生掌握醫(yī)學(xué)知識的重要途徑。近年來，在醫(yī)學(xué)教育中整合技術(shù)資源、提升醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的教學(xué)模式受到了極大關(guān)注。虛擬仿真實驗教學(xué)利用人工智能手段，依托數(shù)字化及網(wǎng)絡(luò)信息等技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，使學(xué)生沉浸在聲音、圖像、文字、視頻和三維動畫為一體的虛擬現(xiàn)實世界中自主進(jìn)行交互式學(xué)習(xí)，是一種有利于實現(xiàn)資源共享、全新開放和信息化的教學(xué)模式［1-2］。將虛擬仿真實驗引入醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)，可以彌補(bǔ)如實驗周期長、材料不足、教學(xué)趣味性和互動性不足、教學(xué)內(nèi)容更新緩慢、基礎(chǔ)知識與臨床思維結(jié)合程度不足等傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式存在的欠缺，能夠促進(jìn)教學(xué)方式多樣化、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并且打破時間和空間的限制，從而拓展學(xué)生知識面，真正實現(xiàn)理論教學(xué)與實驗教學(xué)的融合，實現(xiàn)實驗室開放。目前，虛擬仿真實驗系統(tǒng)已經(jīng)在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用并獲得認(rèn)可［3］。

由于虛擬仿真實驗項目制作過程復(fù)雜，通常由校方創(chuàng)作團(tuán)隊與校外技術(shù)團(tuán)隊以合作方式進(jìn)行制作。而技術(shù)團(tuán)隊中的軟件工程師往往對醫(yī)學(xué)知識不熟悉，如果只將實驗教程、圖片、錄像交于技術(shù)團(tuán)隊，不僅會使開發(fā)周期變長，更會降低專業(yè)知識的傳遞效率，從而影響教學(xué)效果。因此，高校應(yīng)組建師生協(xié)作的教案設(shè)計與腳本撰寫創(chuàng)作團(tuán)隊。團(tuán)隊成員既包括具有豐富教學(xué)經(jīng)驗的專業(yè)教師，也包括具有豐富臨床經(jīng)驗的醫(yī)生、研究人員。整個創(chuàng)作過程為專業(yè)知識的高效信息化提供實踐思路和高質(zhì)量素材。

如果把制作虛擬仿真實驗比作拍攝一部電影，設(shè)計實驗教案和編寫腳本就好比撰寫劇本，是制作電影的第一步。虛擬仿真實驗項目教案和腳本不僅是軟件開發(fā)制作的依據(jù)，更是項目質(zhì)量把控的第一關(guān)，它關(guān)乎虛擬仿真實驗教學(xué)的科學(xué)性與有效性。教案設(shè)計貫穿整個實驗過程，是決定虛擬仿真實驗教學(xué)效果的根本；腳本撰寫在串聯(lián)教案設(shè)計的同時把控實驗細(xì)節(jié)，決定虛擬仿真實驗教學(xué)效果的上限高度，因此，教案設(shè)計與腳本撰寫在虛擬仿真實驗項目制作過程中尤為重要。

1 虛擬仿真實驗的教案設(shè)計

為了使虛擬仿真實驗項目達(dá)到“推進(jìn)信息技術(shù)與實驗教學(xué)內(nèi)容深度融合，拓展實驗教學(xué)內(nèi)容的深度與廣度，延伸實驗教學(xué)的時間與空間，提升實驗教學(xué)質(zhì)量與水平”的總體要求，虛擬仿真實驗的教案應(yīng)從教學(xué)目標(biāo)、實驗內(nèi)容、實驗方案、實驗環(huán)境、執(zhí)行邏輯、教學(xué)互動與反饋、教學(xué)效果評價等多方面進(jìn)行設(shè)計。

1.1 根據(jù)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計

設(shè)定明確的教學(xué)目標(biāo)，使實驗項目有的放矢，是虛擬仿真實驗教案設(shè)計的第一步。根據(jù)不同的教學(xué)目標(biāo)，選擇適當(dāng)?shù)奶摂M場景與仿真素材，設(shè)計不同的實驗項目，延伸實驗教學(xué)的空間和時間。以病毒感染相關(guān)虛擬仿真項目為例，以基礎(chǔ)階段高年級醫(yī)學(xué)生早臨床、多臨床、培養(yǎng)臨床思維為目標(biāo)，可通過選擇感染性疾病病例、虛擬患者、模擬就醫(yī)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計，呈現(xiàn)就診、醫(yī)患交流全過程；而以提高醫(yī)學(xué)檢驗專業(yè)學(xué)生實踐技能為目標(biāo)的項目，則選擇高仿的實驗環(huán)境和實操視頻等進(jìn)行設(shè)計，在多維度呈現(xiàn)的操作細(xì)節(jié)、實驗結(jié)果判斷等知識點(diǎn)設(shè)置交互內(nèi)容。

1.2 實驗內(nèi)容設(shè)計

實驗內(nèi)容設(shè)計是指將理論知識和實驗?zāi)康?、原理、方法、重點(diǎn)操作步驟、注意事項、實驗結(jié)果、分析與討論等實驗所涉及的知識點(diǎn)，在設(shè)計教案之初便梳理清晰。在實驗內(nèi)容設(shè)計過程中，創(chuàng)作團(tuán)隊需要考慮：如何將更多實驗相關(guān)知識點(diǎn)引入實驗項目；如何將理論知識點(diǎn)與實驗課程知識點(diǎn)系統(tǒng)串聯(lián)；如何將學(xué)科內(nèi)分散的知識點(diǎn)縱向串聯(lián)；如何適當(dāng)延伸課程內(nèi)容、將不同學(xué)科間的知識點(diǎn)進(jìn)行橫向串聯(lián)等問題。如設(shè)計血吸蟲綜合性虛擬仿真實驗時，可以通過血吸蟲感染動物、動物模型各臟器的形態(tài)學(xué)觀察及免疫學(xué)檢查等實驗全過程，將醫(yī)學(xué)寄生蟲、免疫學(xué)及病理生理學(xué)等課程知識點(diǎn)串聯(lián)在一起，做到多學(xué)科相互融合。另外，創(chuàng)作團(tuán)隊?wèi)?yīng)嘗試從學(xué)生學(xué)習(xí)的視角出發(fā)，通過還原現(xiàn)實場景、設(shè)置互動任務(wù)等方式，將實驗內(nèi)容表述得淺顯易懂、生動有趣［4］。實驗內(nèi)容設(shè)計水平關(guān)系到虛擬仿真實驗是否有實質(zhì)內(nèi)容及利用信息技術(shù)傳遞知識的容量，是防止虛擬仿真實驗“空心化”的根本立足點(diǎn)。

1.3 實驗方案設(shè)計

實驗方案設(shè)計是指設(shè)計不同于傳統(tǒng)實驗課程的、虛擬仿真實驗特有的個性化方案。其根據(jù)教學(xué)大綱、培養(yǎng)計劃、信息技術(shù)展現(xiàn)形式以及學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣和興趣點(diǎn)，設(shè)計比傳統(tǒng)實驗方案更加完整、綜合、創(chuàng)新的虛擬仿真實驗方案［5］；可在保留經(jīng)典驗證性實驗項目的基礎(chǔ)上，增加綜合性及設(shè)計性實驗，拓展實驗教學(xué)內(nèi)容廣度和深度。如引進(jìn)較成熟的新技術(shù)，引用虛擬患者、模擬就醫(yī)環(huán)境等新方式，設(shè)計并創(chuàng)作與時俱進(jìn)的虛擬仿真實驗項目。在能夠滿足醫(yī)學(xué)生的素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育基本要求的同時，推進(jìn)新技術(shù)與實驗項目的深度融合，為提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實驗技能以及臨床思維意識發(fā)揮重要作用［6］。

1.4 實驗環(huán)境設(shè)計

實驗環(huán)境設(shè)計包括實驗環(huán)境、實驗對象以及環(huán)境導(dǎo)覽的設(shè)計等。根據(jù)實驗效果需求，設(shè)計平面或立體動畫模型，還原真實的實驗室或診室環(huán)境；并通過程序設(shè)計以虛擬現(xiàn)實技術(shù)導(dǎo)覽的方式呈現(xiàn)虛擬環(huán)境，為學(xué)生建立自主學(xué)習(xí)情境；通過模擬真實的操作過程，使抽象的知識變得形象易于接受。

利用虛擬仿真技術(shù)設(shè)計一間實驗室。在虛擬環(huán)境中，學(xué)生以第一視角進(jìn)入實驗室，實驗室內(nèi)常用的設(shè)施、儀器一應(yīng)俱全，向不同位置點(diǎn)擊鼠標(biāo)，系統(tǒng)則呈現(xiàn)相關(guān)設(shè)施、儀器的使用方法；走近實驗臺，與實物外觀和尺寸等比例還原的試劑耗材仿佛真實地擺放在實驗臺上。學(xué)生在虛擬環(huán)境中，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊桌面上的實驗材料即可完成實驗。此設(shè)計可幫助學(xué)生快速了解和熟悉該場景內(nèi)的實驗環(huán)境和實驗對象。

1.5 執(zhí)行邏輯設(shè)計

執(zhí)行邏輯設(shè)計是指對實驗內(nèi)容、方案、環(huán)境等內(nèi)容的執(zhí)行方式和順序加以設(shè)計，利用虛擬仿真實驗的特性，達(dá)到更好的教學(xué)效果?；A(chǔ)實驗執(zhí)行簡單的正序邏輯，有助于學(xué)生對基礎(chǔ)知識、實驗步驟的掌握［7］；綜合性實驗執(zhí)行條件循環(huán)邏輯，確保學(xué)生完成正確選取實驗材料、實驗操作無誤等條件后，方可進(jìn)行后續(xù)實驗流程。這種邏輯設(shè)計可以鍛煉學(xué)生思考能力，有利于學(xué)生掌握實驗細(xì)節(jié)、加強(qiáng)知識融會貫通。

1.6 教學(xué)互動與反饋設(shè)計

教學(xué)互動設(shè)計是為了保持虛擬仿真實驗不受時間、空間、人數(shù)及設(shè)備限制等優(yōu)勢的同時［8］，使學(xué)生獲得與教師“面對面”般的學(xué)習(xí)體驗而設(shè)計的內(nèi)容。創(chuàng)作團(tuán)隊?wèi)?yīng)充分考慮學(xué)生在實驗各個環(huán)節(jié)可能遇到的困難，預(yù)見性地插入互動提示，并對重點(diǎn)實驗步驟、注意事項以及易錯點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致講解，將有益的學(xué)習(xí)經(jīng)驗及時傳授給學(xué)生。如設(shè)計病原學(xué)糞便直接涂片法虛擬仿真實驗時，在學(xué)生完成糞便涂片步驟時，對涂片適宜厚度的判斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行互動提示設(shè)計，可以達(dá)到更好的教學(xué)效果。另外，創(chuàng)作團(tuán)隊可以在重要場景界面設(shè)置測試題目，進(jìn)行教學(xué)互動，只有正確答題才可繼續(xù)實驗進(jìn)程，從而激勵學(xué)生在交互過程中不斷思考、總結(jié)，直至正確答題。學(xué)生像“游戲闖關(guān)”一般參與其中，充分激發(fā)學(xué)習(xí)自主性［9］。此環(huán)節(jié)是教師傳授經(jīng)驗的重要途徑，可以提高學(xué)生對實驗技能的掌握程度，全面提升教學(xué)質(zhì)量。

教學(xué)反饋設(shè)計是不斷提高虛擬仿真實驗教學(xué)質(zhì)量的直接方式。由于學(xué)生在不同的時間和地點(diǎn)自主完成虛擬仿真實驗，遇到問題時，教師往往不在身邊。因此，在設(shè)計教案時應(yīng)充分考慮如何及時有效地答疑解惑。學(xué)生完成實驗后，提交在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題及對實驗項目在互動性、趣味性、自由操作和發(fā)揮空間等方面的反饋意見；系統(tǒng)將反饋內(nèi)容通過數(shù)字化方式自動發(fā)送給教師；教師收到反饋后及時回復(fù)，幫助學(xué)生解決問題。同時通過系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，教師可以分析學(xué)生在實驗中存在的共性問題，利用在線答疑或線下實驗課進(jìn)行統(tǒng)一講解，并根據(jù)反饋內(nèi)容對實驗設(shè)計進(jìn)行完善，以達(dá)到更好的教學(xué)效果。

1.7 教學(xué)效果評價設(shè)計

虛擬仿真實驗的應(yīng)用前景取決于其在實際應(yīng)用中的效果，因此，教學(xué)效果評估對實驗項目的后期應(yīng)用起指導(dǎo)性作用。教師可以通過設(shè)置測試題目，對實驗知識點(diǎn)進(jìn)行考察、評分，并在后臺對學(xué)生學(xué)習(xí)時長、成績和題目正確率進(jìn)行統(tǒng)計分析，及時了解學(xué)生對知識的掌握情況［10］；還可以將學(xué)生隨機(jī)分組，設(shè)置虛擬仿真試驗組和非虛擬仿真試驗組，并設(shè)計各種指標(biāo)對比分析，進(jìn)行學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力與實驗?zāi)芰υu價以及實驗項目教學(xué)效果評價［11］。

2 虛擬仿真實驗的腳本撰寫

虛擬仿真實驗?zāi)_本是上述教案設(shè)計邏輯性呈現(xiàn)的重要藍(lán)本，是連接教學(xué)設(shè)計團(tuán)隊和開發(fā)制作團(tuán)隊的重要紐帶。如何將教學(xué)設(shè)計規(guī)劃付諸實施，腳本的撰寫至關(guān)重要。教師以完整的教案設(shè)計作為骨架支撐，進(jìn)一步填充豐富的教學(xué)素材，將教案設(shè)計的各個環(huán)節(jié)合理整合，以適當(dāng)?shù)姆绞角逦憩F(xiàn)，完成腳本撰寫工作。腳本撰寫得準(zhǔn)確詳實、表達(dá)得當(dāng)，可以提高從創(chuàng)作團(tuán)隊知識輸出到技術(shù)團(tuán)隊實驗項目輸出的轉(zhuǎn)化效率。

2.1 腳本選擇素材的策略

教師在撰寫腳本的過程中，對于某些關(guān)鍵的或難以理解的實驗內(nèi)容，如果只用文字描述會枯燥乏味不易理解，可以廣泛搜集資源，采用圖片、音頻、視頻與文字相結(jié)合的方法，為技術(shù)團(tuán)隊后期制作提供豐富的素材；對于在學(xué)科內(nèi)有縱向聯(lián)系或有跨學(xué)科橫向聯(lián)系的知識點(diǎn)，可推薦經(jīng)典教材；對于一些較成熟的新理論新技術(shù)，可提供較新的優(yōu)質(zhì)參考文獻(xiàn)鏈接或全文供學(xué)生課后查閱和討論，敦促學(xué)生及時了解新知識［12］。合適的素材有利于學(xué)生拓寬視野打開思路，提高其對知識的綜合掌握水平，同時提升其科研思維能力。

2.2 腳本組織內(nèi)容的策略

針對多媒體教學(xué)的表達(dá)特點(diǎn)，腳本應(yīng)首先對虛擬仿真實驗教案設(shè)計的各個環(huán)節(jié)、細(xì)節(jié)、情景等進(jìn)行詳細(xì)描述，按照一定邏輯關(guān)系整合，再反復(fù)進(jìn)行斟酌，思考哪些抽象內(nèi)容需要具體化、形象化、哪些內(nèi)容需要突出重點(diǎn)、哪些內(nèi)容可以進(jìn)行融合創(chuàng)新、哪些內(nèi)容可以由繁化簡等；總體節(jié)奏需張弛有度，結(jié)構(gòu)安排應(yīng)合理得當(dāng)，使制作團(tuán)隊輸出的實驗項目既成為知識的載體又體現(xiàn)創(chuàng)新精神。如設(shè)計以臨床案例為導(dǎo)向的疾病診療虛擬仿真實驗時，應(yīng)以感染疾病為主線、臨床診斷為線索、臨床檢查為依據(jù)、多學(xué)科融合為目標(biāo)，首先強(qiáng)調(diào)學(xué)生對疾病的臨床表現(xiàn)、臨床診斷流程和實驗診斷技術(shù)的學(xué)習(xí)，再通過自主學(xué)習(xí)等手段，結(jié)合相關(guān)學(xué)科理論知識，系統(tǒng)掌握疾病的感染與發(fā)病過程，在培養(yǎng)學(xué)生臨床思維的同時，夯實理論基礎(chǔ)。另外，一個優(yōu)秀腳本并不只是知識的簡單羅列，而應(yīng)充分考慮撰寫時的內(nèi)容組織策略，在突出學(xué)習(xí)重點(diǎn)的同時，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)效果。

2.3 腳本表達(dá)方式的策略

腳本撰寫不僅是實驗項目軟件開發(fā)的依據(jù)，更是一種藝術(shù)創(chuàng)作。撰寫過程中常使用創(chuàng)作分鏡頭腳本的形式，形象、直觀、有效地指導(dǎo)虛擬仿真實驗的表達(dá)方式。分鏡頭腳本是指將腳本撰寫的內(nèi)容由靜態(tài)的文字形象創(chuàng)造性地轉(zhuǎn)化為動態(tài)的聲畫結(jié)合形象，并切分成一系列可以拍攝的鏡頭腳本。如設(shè)計顯微鏡油鏡觀察標(biāo)本虛擬仿真實驗時，可以創(chuàng)作分鏡頭腳本，運(yùn)用遠(yuǎn)景、中景、近景、特寫等大小不同的景別，將顯微鏡鏡頭由低倍鏡到高倍鏡再到油鏡的調(diào)節(jié)過程與鏡下觀察的圖像變化過程分解為若干個鏡頭，并將這些鏡頭依照適當(dāng)?shù)倪壿嬯P(guān)系組成一個整體。通過精心設(shè)計每個鏡頭和段落之間的銜接，將虛擬仿真實驗擁有的良好交互方式、逼真的實驗場景、形象的動畫場面、突出的顯示設(shè)置、協(xié)調(diào)的顏色搭配、優(yōu)美的背景音樂以及準(zhǔn)確詳實的字幕和解說等表達(dá)方式合理整合，并清晰有序地呈現(xiàn)出來，表現(xiàn)出創(chuàng)作團(tuán)隊對實驗內(nèi)容的整體布局及細(xì)節(jié)處理的精心把控［13］。

3 創(chuàng)作過程中需注意的問題

虛擬仿真實驗的魅力在于科學(xué)、形象、生動及直觀。腳本撰寫時應(yīng)首先體現(xiàn)實驗的科學(xué)性，其次是呈現(xiàn)形式和藝術(shù)性。嚴(yán)謹(jǐn)求實、界面友好、情景宜人的作品更受青睞，而過多地注重外表的修飾往往會喧賓奪主，使形式影響了主題的表達(dá)。因此，腳本創(chuàng)作時應(yīng)注意科學(xué)內(nèi)涵與外在形式的和諧統(tǒng)一，以內(nèi)容為主、輔以必要的表現(xiàn)形式，使二者協(xié)調(diào)統(tǒng)一［14-15］。另外，實驗教案與腳本并不是一成不變的。在實驗項目順利制作完成后，通過創(chuàng)作團(tuán)隊、制作團(tuán)隊及學(xué)生共同參與教學(xué)反饋與效果評價，教師對教案設(shè)計與腳本撰寫進(jìn)行進(jìn)一步修改完善，助力虛擬仿真實驗項目完成再進(jìn)化。

4 結(jié) 語

醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)方法對醫(yī)學(xué)生掌握實驗操作、提升實踐技能至關(guān)重要。虛擬仿真實驗作為新型多媒體實驗教學(xué)手段，是未來醫(yī)學(xué)教育的重要發(fā)展方向。其創(chuàng)作周期長，從確定目標(biāo)、設(shè)計教案、撰寫腳本，到反復(fù)修訂、持續(xù)改進(jìn)，直至最終成型，是一個相當(dāng)龐雜的過程。只有掌握適當(dāng)?shù)膭?chuàng)作規(guī)律，才能創(chuàng)造出更多精品。

虛擬仿真實驗的教案設(shè)計與腳本撰寫應(yīng)緊扣實驗教學(xué)目標(biāo)，突出實驗重點(diǎn)內(nèi)容，創(chuàng)造適宜的教學(xué)情景，融學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與教師的教學(xué)藝術(shù)于一體，充分發(fā)揮多媒體輔助教學(xué)的優(yōu)勢。本文從教學(xué)目標(biāo)、實驗內(nèi)容、實驗方案、實驗環(huán)境、執(zhí)行邏輯、教學(xué)互動、學(xué)習(xí)反饋、效果評價等方面進(jìn)行了教案設(shè)計分析，并從素材選擇、內(nèi)容組織和表達(dá)方式等方面對腳本撰寫的策略進(jìn)行了歸納，總結(jié)了虛擬仿真實驗創(chuàng)作過程中的基本原則與規(guī)律，期望能為虛擬仿真實驗項目的設(shè)計研發(fā)提供參考。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明潘晉：提出研究思路，查閱文獻(xiàn)，撰寫論文；顧園：審閱論文，英文校對；秦嘯峰、王珂：審閱論文；陳輝：總體把關(guān)，審定論文。