胡曉松 潘克儉 張 曉 楊 拯 馮 軍

成都醫(yī)學(xué)院 四川成都 610083

現(xiàn)代教育技術(shù)與裝備

依托虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)促進(jìn)醫(yī)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力

胡曉松 潘克儉 張 曉 楊 拯 馮 軍

成都醫(yī)學(xué)院 四川成都 610083

現(xiàn)代教育技術(shù)是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要手段，為了有效合理地利用現(xiàn)代教育技術(shù)，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，成都醫(yī)學(xué)院通過構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)和臨床仿真實(shí)驗(yàn)室，按照虛實(shí)結(jié)合的原則，開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提高了教學(xué)質(zhì)量。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)；虛擬仿真實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新能力；醫(yī)學(xué)

創(chuàng)新人才的培養(yǎng)是國家科技持續(xù)發(fā)展進(jìn)步的關(guān)鍵，醫(yī)學(xué)作為一門重實(shí)踐和應(yīng)用服務(wù)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高等醫(yī)學(xué)實(shí)施創(chuàng)新教育、培養(yǎng)創(chuàng)新性人才中起著舉足輕重的作用[1]。隨著高等教育改革的不斷深化，傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式受到專業(yè)特殊性、場地、設(shè)備、師資等眾多因素的限制極大地制約著學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。20世紀(jì)90年代后期，虛擬仿真技術(shù)由于其高效率、低成本、安全性和靈活性等優(yōu)點(diǎn)在國內(nèi)醫(yī)學(xué)院校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中逐漸得到應(yīng)用，為醫(yī)學(xué)教育改革及專業(yè)人才培養(yǎng)開辟了新的途徑。

1 虛擬仿真技術(shù)的特點(diǎn)

虛擬仿真技術(shù)，又稱虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是用計(jì)算機(jī)創(chuàng)建一個(gè)可視化實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境，通過操作這些虛擬實(shí)驗(yàn)儀器或設(shè)備，即可進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)，達(dá)到與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相一致的教學(xué)目的和要求[2]。醫(yī)學(xué)虛擬仿真系統(tǒng)具有多感知性、沉浸感、交互性和構(gòu)想性等特征[3]，該系統(tǒng)通過在計(jì)算機(jī)環(huán)境中建立的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使實(shí)驗(yàn)者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣運(yùn)用各種虛擬實(shí)驗(yàn)器械和設(shè)備，對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物或標(biāo)本、仿真人體器官進(jìn)行虛擬操作，實(shí)現(xiàn)模擬操作人員的各種感官反饋，使其獲得身臨其境的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，并完成各種預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[4]。

2 虛擬仿真系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢

在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育課程中，實(shí)驗(yàn)室訓(xùn)練操作是醫(yī)學(xué)生獲得必要綜合技能不可或缺的環(huán)節(jié)之一。因此，在醫(yī)學(xué)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向?qū)W習(xí)者提供“自主式”“交互式”“開放式”的實(shí)驗(yàn)環(huán)境已成為現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用的一大趨勢，在現(xiàn)代高等醫(yī)學(xué)教育中有著傳統(tǒng)教學(xué)手段無法比擬的優(yōu)勢。

2.1 拓展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，開闊知識(shí)領(lǐng)域

由于受醫(yī)學(xué)倫理學(xué)限制或?qū)嶒?yàn)本身具有高風(fēng)險(xiǎn)性，許多醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)不具備開設(shè)實(shí)驗(yàn)的條件，有些實(shí)驗(yàn)如人體組織取材、穿刺、插管等有創(chuàng)的臨床操作項(xiàng)目，部分高致病性微生物實(shí)驗(yàn)、劇毒類或放射性物質(zhì)實(shí)驗(yàn)等要求的實(shí)驗(yàn)條件非常高。此外，部分涉及行業(yè)前沿技術(shù)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可能由于實(shí)驗(yàn)儀器昂貴，或操作專業(yè)性要求高，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備或操作時(shí)間太長，也限制了其廣泛開展。

2.2 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)手段，提高教學(xué)效果

在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育課程中，醫(yī)學(xué)生只有通過足夠的實(shí)驗(yàn)室訓(xùn)練操作才能獲得必要的實(shí)驗(yàn)技能，并初步具備一定的臨床工作能力。通過虛擬三維軟件技術(shù)可提供真實(shí)、安全、生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)環(huán)境，突破實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)及難點(diǎn)[5]，解決許多現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)不了的困難，并將抽象的內(nèi)容具體化、形象化，從而顯著提高學(xué)習(xí)效率。

2.3 節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本，減少環(huán)境污染

昂貴的先進(jìn)儀器和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、實(shí)驗(yàn)試劑、器材成本一直居高不下，是困擾醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)難題[6]。尤其是解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)所需要的人體標(biāo)本，消耗量大且資源難得、重復(fù)使用率低，即使實(shí)驗(yàn)勉強(qiáng)開出，也存在每組實(shí)驗(yàn)人員過多，教學(xué)效果不夠理想等問題。此外，醫(yī)學(xué)儀器設(shè)備通常維護(hù)更新成本較高，部分實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢液廢料或動(dòng)物標(biāo)本可能污染環(huán)境或存在致病風(fēng)險(xiǎn)，需要通過專門途徑回收或焚燒、掩埋處理。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)則無須額外增加實(shí)驗(yàn)成本，也不存在實(shí)驗(yàn)材料緊張或過期等問題，可長期、大范圍重復(fù)使用。

2.4 突破時(shí)空局限，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室開放

通過Inter網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生可以自擬、自選實(shí)驗(yàn)題目，實(shí)現(xiàn)無時(shí)間、空間限制的模擬實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生自主參與實(shí)驗(yàn)，可充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，通過重復(fù)仿真實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)操作，可培養(yǎng)學(xué)生對(duì)醫(yī)學(xué)儀器設(shè)備、器械的正確使用，實(shí)驗(yàn)或技術(shù)的規(guī)范化操作，將有利于提高學(xué)生的專業(yè)技能。

3 虛擬仿真系統(tǒng)在培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力中的作用

創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，核心在創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。創(chuàng)造性思維包括發(fā)散思維、形象思維、直覺思維、邏輯思維、辯證思維、橫縱思維等六要素[7]，醫(yī)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)，對(duì)未來的臨床診療工作具有重要意義[8]。

醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)通過提供全天候的開放式實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生以自擬、自選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，自行組織實(shí)驗(yàn)，使醫(yī)學(xué)生有條件在教師指導(dǎo)下從灌輸式被動(dòng)學(xué)習(xí)到主動(dòng)積極靈活學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變[9]，這種學(xué)生自主、協(xié)作式學(xué)習(xí)的模式，可開拓學(xué)生視野，易調(diào)動(dòng)學(xué)生的情感參與，有利于激發(fā)學(xué)生的求知欲，充分調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)積極性[10]，有益于最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。

同時(shí)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開放、逼真、豐富的立體化教學(xué)資源和實(shí)驗(yàn)情境[11]，能夠變復(fù)雜為簡單，化抽象為具體，將機(jī)體宏觀或微觀結(jié)構(gòu)、生理、病理現(xiàn)象、機(jī)制或?qū)嶒?yàn)過程表現(xiàn)得形象生動(dòng)、淋漓盡致，并通過仿真實(shí)驗(yàn)情境提供的交互性，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種感官的同時(shí)刺激，增加表象積累，加強(qiáng)觀察及構(gòu)想能力，有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的內(nèi)化和遷移，從而促進(jìn)了學(xué)生形象思維和直覺思維能力的發(fā)展。

此外，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境，通過模擬對(duì)某一復(fù)雜病例的診斷、治療、評(píng)估等過程，能發(fā)揮廣泛討論、交流、學(xué)術(shù)民主的優(yōu)勢，鼓勵(lì)自由想象、自由嘗試。因此，能集思廣益，便于不同觀點(diǎn)的碰撞與交流，并在教師的指導(dǎo)示范下，實(shí)現(xiàn)對(duì)于復(fù)雜問題的解決和掌握，從而有利于學(xué)生邏輯思維和辯證思維能力的培養(yǎng)。

4 我校虛擬仿真系統(tǒng)的構(gòu)建

我校在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境建設(shè)方面起步較早，2005年建成顯微數(shù)碼互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，2006年購買了Motic全自動(dòng)掃描顯微鏡開始自制數(shù)字切片[12]，并逐漸建設(shè)了數(shù)字切片網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，應(yīng)用于形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)；2010年與成都泰盟科技有限公司合作開發(fā)了基于BL-410信號(hào)采集的仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在醫(yī)學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)中開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。2012年，學(xué)校以建設(shè)共享優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為目標(biāo)，整合資源，將原分散于各實(shí)驗(yàn)室的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件統(tǒng)一到一個(gè)基于校園網(wǎng)的醫(yī)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)大平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一身份認(rèn)證、統(tǒng)一管理，建立了醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。2013年8月，教育部高等教育司發(fā)文《關(guān)于開展國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》(教高司函〔2013〕94號(hào))開展國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)遴選，我校醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心正式成為100所國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)單位。

4.1 醫(yī)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建

醫(yī)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)主要由基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、PBL實(shí)驗(yàn)教學(xué)等四個(gè)模塊構(gòu)成?；A(chǔ)醫(yī)學(xué)模塊包括人體解剖學(xué)的數(shù)字人解剖系統(tǒng)，醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)(含組織學(xué)、病理學(xué)、醫(yī)學(xué)寄生蟲學(xué)、藥植學(xué)、醫(yī)學(xué)生物學(xué)等)的數(shù)字切片庫系統(tǒng)，醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)(含生理學(xué)、藥理學(xué)、病理生理學(xué))、細(xì)胞生物學(xué)、病原學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等。臨床醫(yī)學(xué)模塊主要開展心臟停搏、心律失常等臨床訓(xùn)練綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。藥學(xué)模塊包括藥物化學(xué)、藥物分析、藥物制劑方面的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等。PBL實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊可實(shí)現(xiàn)模擬患者就診、體檢、實(shí)驗(yàn)室輔助檢測、診斷和案例分析與討論(含文獻(xiàn)檢索、閱讀、發(fā)病機(jī)制演示等)等教學(xué)全過程。

4.2 臨床仿真實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建

該實(shí)驗(yàn)室主要應(yīng)用于臨床技能實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，由仿真設(shè)備及模型構(gòu)成，裝備有高功能模擬人及心肺聽診、腹部觸診、心肺復(fù)蘇及腰椎穿刺等訓(xùn)練模擬及仿真OSCE考試、手術(shù)直播、錄播示教等系統(tǒng)。

5 我校虛擬仿真系統(tǒng)的應(yīng)用

作為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要場地，我校在開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，要求所有涉及虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課程均遵循“以實(shí)為本，以虛補(bǔ)實(shí)，虛實(shí)結(jié)合”的原則，充分考慮虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用限度[13]，在保證教學(xué)大綱要求的真實(shí)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加虛擬實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的比重及結(jié)合度。譬如，在局部解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)中，除完成教師要求的實(shí)體分部解剖操作外，可增加其他部位解剖的虛擬實(shí)驗(yàn)。在組織學(xué)或病理學(xué)實(shí)習(xí)中，可在實(shí)驗(yàn)課中或課后，完成數(shù)字切片的觀察或病理討論內(nèi)容。

在醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用過程中，我們發(fā)現(xiàn)，作為一種新生事物已經(jīng)從最初的好奇、抵觸甚至質(zhì)疑，目前已成為師生都主動(dòng)參與的實(shí)驗(yàn)教學(xué)及學(xué)習(xí)手段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我校醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程開展虛擬實(shí)驗(yàn)的比例已達(dá)92%，課中及課后學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)開展虛擬實(shí)驗(yàn)的累計(jì)時(shí)數(shù)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)的比例高達(dá)120%～260%。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用不僅積極推動(dòng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索、實(shí)踐，而且極大地促進(jìn)了學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，并取得了一批教學(xué)成果。2011～2012年，畢業(yè)生參加臨床醫(yī)師執(zhí)業(yè)資格考試，通過率分別為63.06%和74.02%，高于全國平均水平，近三年畢業(yè)生就業(yè)率始終保持在90%以上；2012年，學(xué)生獲“全國高等醫(yī)學(xué)院校大學(xué)生臨床技能競賽”西南西北賽區(qū)一等獎(jiǎng)和全國總決賽一等獎(jiǎng)；2013再獲西南西北賽區(qū)一等獎(jiǎng)和全國總決賽二等獎(jiǎng)；2011～2013年，獲全國大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”科技作品三等獎(jiǎng)2項(xiàng)，2010年和2012年，參加全國大學(xué)生基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)大賽各獲1項(xiàng)三等獎(jiǎng)。

6 結(jié)束語

我校仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)已成為高素質(zhì)應(yīng)用型醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)的重要平臺(tái)。我們相信，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)將不斷豐富、完善，將給傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入新的活力，為高等醫(yī)學(xué)教育的發(fā)展和改革帶來新的機(jī)遇，并對(duì)高素質(zhì)醫(yī)學(xué)專業(yè)創(chuàng)新性人才培養(yǎng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

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To Promote the Practice and Innovation Capability of Medical Undergraduates Relying on the Construction of Virtual Simulative Experimental Teaching Platform

Hu Xiaosong， Pan Kejian， Zhang Xiao， Yang Zheng， Feng Jun
Chengdu Medical College， Chengdu， 610083， China

Modern educational technology is an important means of cultivating innovative talents，in order to utilize it reasonably and effectively and to enhance training of practice and innovation capability， virtual experiments platform and clinical simulation laboratory teaching system have been constructed in Chengdu Medical College. Meanwhile， we carried out experimental teaching according to the principle of virtual experiments combined with real ones. Consequently， it enhanced training of innovating ability， and improved teaching quality.

practical teaching； virtual simulative experiment； innovation capacity； medicine

2014-06-23

胡曉松，副教授，實(shí)驗(yàn)室主任。

2011年四川省“高等教育質(zhì)量工程”項(xiàng)目；成都醫(yī)學(xué)院教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目(編號(hào)：JG201224)資助。