郭玉峰　萬佳

摘 要： 在科學技術(shù)的不斷發(fā)展的情況下，逐漸興起的虛擬儀器技術(shù)在我國教育體系中的地位越來越高。本文探討了該技術(shù)在醫(yī)學影像實驗教學中的應用，構(gòu)建了一個仿真的醫(yī)學影像技術(shù)實驗環(huán)境，采取人機交互方式實施實驗，具有創(chuàng)新性、交互性、智能性、仿真性、開放性和可擴展性等優(yōu)點。在增強影像技術(shù)實驗教學效果、提高學生學習興趣、培養(yǎng)學生操作技能和思維能力等方面取得顯著效果。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器技術(shù)醫(yī)學影像技術(shù)課程評價虛擬實驗

一、概述

隨著現(xiàn)代醫(yī)學實驗課程的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的醫(yī)學儀器實驗由于場地、維護費用等現(xiàn)實條件的限制，大部分醫(yī)學院校的實驗教學資源都比較匱乏，使得醫(yī)學實驗教學不得不尋求更新的更符合時代要求的實驗手段。虛擬儀器技術(shù)即在計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)與網(wǎng)絡技術(shù)等支撐下，架構(gòu)支持真實實驗環(huán)境的虛擬實驗平臺。虛擬實驗平臺形成了一個虛擬環(huán)境，在這種環(huán)境中進行操作、控制、分析、觀察和實驗，同時控制真實的實驗環(huán)境。這一技術(shù)有許多的優(yōu)點，如交互性很靈活、對硬件資源要求不復雜，更簡易，因此在實驗教學中廣泛應用，成為解決可視化知識學習的又一重要媒體技術(shù)。而信息技術(shù)與學科整合，正是立足于時代的高度。虛擬儀器技術(shù)與課程整合，與傳統(tǒng)的教學模式不同，在豐富學科知識、優(yōu)化學生認知、優(yōu)化課堂教學結(jié)構(gòu)等方面影響比較大。[1]

近年來，在醫(yī)學類高職院校實驗實踐教學中，非常強調(diào)學生的實際操作和動手能力，所以基于虛擬儀器的實驗教學更突出了其優(yōu)勢，因而該技術(shù)在醫(yī)學高職院校的實驗教學中得到了進一步發(fā)展和完善。

二、醫(yī)學影像技術(shù)傳統(tǒng)教學的缺陷

板書教學是醫(yī)學影像傳統(tǒng)教學模式，學生在實驗室動手操作實驗。醫(yī)學影像實驗教學在學生獲取專業(yè)知識時具有極大的重要性。它在使學生深入理解理論知識、形成職業(yè)崗位能力等方面起到許多積極的作用。傳統(tǒng)的實驗教學并不完善，還有不少的不足。由于大型影像設備昂貴，驗耗材較多，綜合性實驗和開放性實驗無法或很少實現(xiàn)。實驗資源有限，不能做到人手一機，分組過大，難以反復訓練，造成實驗教學難以達到預期效果，嚴重阻礙了學生能動性和實踐能力的培養(yǎng)。

三、醫(yī)學影像虛擬實驗的設計和優(yōu)勢

醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)要求學生能夠操作大型的影像設備，如ct、mri等，這些設備價格昂貴，體積龐大，操作使用復雜，需要學生長時間練習操作。一般院校很難滿足這些大型設備的教學使用需要，而虛擬儀器技術(shù)可以解決和克服這一難題。由北方民族大學和寧夏人民醫(yī)院實行的院校合作，在學校建立醫(yī)學影像學技術(shù)專業(yè)實驗室，引進DR仿真操作系統(tǒng)和教學PACS系統(tǒng)，利用計算機仿真、數(shù)據(jù)庫、圖像處理、虛擬實現(xiàn)和三維重建等編程技術(shù)對現(xiàn)有的影像設備實驗教學進行改革，利用仿真操作訓練系統(tǒng)，和實驗室自身的小型主機系統(tǒng)，仿真當今主流DR、CT掃描工作站的常規(guī)操作檢查流程，利用模擬設備，形成相應的仿真工作站，模仿真實ct、mri掃描工作站的操作流程；從而實現(xiàn)不需要投入大型設備，就能做到學生人手一機進行操作訓練，滿足學生學習和掌握大型醫(yī)療設備掃描操作基本技術(shù)的需求。

1.虛擬實驗的設計理念 在現(xiàn)代信息技術(shù)的協(xié)助下，將其與傳統(tǒng)教學手段結(jié)合起來，創(chuàng)建一個模擬的、開放的學習環(huán)境，逐步添加新的學習內(nèi)容。讓學生能夠自主開放地學習影像技術(shù)，可自由選擇實驗內(nèi)容，反復操作演練，將個性化學習體現(xiàn)的淋漓盡致。醫(yī)學影像虛擬實驗在解決難以反復訓練的困難中發(fā)揮了重要的作用。

2.虛擬實驗的設計思路 利用計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)庫、圖像處理、虛擬現(xiàn)實和三維重建技術(shù)，采用dreamweaver、flash、.asp， sql server完成影像設備醫(yī)工綜合學習網(wǎng)站的設計，形成大型醫(yī)療設備仿真訓練系統(tǒng)。如仿真ct掃描工作站的常規(guī)操作，做到全真模擬當今主流ct掃描工作站的工作流程，定位圖像的掃描采用動態(tài)出現(xiàn)的方式，與真實ct模式相似，掃描圖像與ct機掃描出現(xiàn)方式一樣，使用戶如同使用真實ct。同時具有強大的圖像顯示與處理的功能，圖像源于ct，界面設計采用與真實ct界面同樣的方式，使用戶身臨其境，在真實ct與本系統(tǒng)之間轉(zhuǎn)換變化感覺不大。[2]

3.虛擬實驗的優(yōu)勢

（1）切實降低實驗室投入 現(xiàn)今，影像設備的價格動輒就是幾萬到幾百萬，而且在科技與經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，這些設備功能型號更新較快，對其進行日常維護的人力和財力都比較大。因為受限于教育經(jīng)費投入，通常這些實驗需要都得不到滿足。教學附屬醫(yī)院雖然購置，但學生能夠?qū)嵺`動手操作練習的機會也不多。虛擬儀器技術(shù)在價格上比真實儀器設備的價格更低，相對來講，更具優(yōu)勢。而且不難隨時根據(jù)先進設備進行升級，不必擔心大型設備的更新?lián)Q代和新技術(shù)的發(fā)展。

（2）拓寬學科知識面，提高感性認識 在醫(yī)學影像實驗教學中，包含的信息技術(shù)因素非常多，通過教師的開發(fā)和整合，在引起學生對影像技術(shù)的興趣的同時，還能使學生的信息意識更強，使學生的知識面更廣闊，使學生能對學科知識進行進一步的理解、記憶和應用。信息技術(shù)與課程整合，讓學生更主動熱情的去學習學科知識，讓他們的求知欲望更強烈，提高學生探索未知的主動性。

（3）提供仿真教學情境，營造實踐氛圍 虛擬儀器技術(shù)與實驗課程整合，可以創(chuàng)設良好的課堂教學情境，仿真實際工作站的教學內(nèi)容，從而讓學生更積極主動的去動手，使教、學與做的有效性得到明顯提高，讓學生能在一種輕松活潑的環(huán)境下，運用豐富的想象、牢固的記憶和靈活的思維成功的完成實踐操作。虛擬實驗室中的圖片非常多，視頻、音頻素材也很多，此外，實時軟件包以及人機對話方式種類繁多，為學生構(gòu)造了一個仿真的實驗環(huán)境。實驗模擬非常生動，妙趣橫生，再加上與真實情景很相像的操作，讓學生產(chǎn)生了濃厚的興趣，讓學生更積極主動地去進行模擬實驗，使他們動手、動腦的能力不斷加強。

（4）增強實驗交互性，加強學習自主性 虛擬實驗可以交互控制實現(xiàn)雙向交流，虛擬實驗沒有一些不良因素的干擾，學生能夠在一個可控制的環(huán)境下進行實驗，學生可按自己的節(jié)奏，不管在什么時間、什么地點都能夠自主地開始基于計算機的虛擬實驗，而且能重復不少回；進行虛擬實驗時，計算機能很快反饋實驗進展，如果學生的操作違規(guī)了，就會自動出現(xiàn)一個提示信息。提示程序中缺少了某個必須的步驟，學生就能及時改正，進而正確地完成實驗。虛擬實驗結(jié)合了計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)等信息技術(shù)。虛擬實驗室既可用于實驗課堂教學，也可以用于學生自學，能增強學生自主學習的積極性。

（5）優(yōu)化教學結(jié)構(gòu)，啟發(fā)學生創(chuàng)新能力 在虛擬技術(shù)中，可以實現(xiàn)設計性實驗。在軟件中，能夠儲存的正常與不正常圖片非常多，能夠達到上萬張，甚至更多，教師能指導學生討論研究在實驗途徑不一樣的情況下，出線的種種不一樣的實驗結(jié)果，直到實驗結(jié)論不一樣。慢慢的學生就會逐漸在臨床實踐中進行分析、思考。此外，一些不太容易的實驗習題能在虛擬軟件中自行設計，讓學生在探索中設計實驗方案并付諸實施，這樣在提高學生思維能力的同時，心理素質(zhì)，操作技能等都有一個全面的提高，還能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

四、虛擬實驗課程評價

為了探討基于虛擬儀器技術(shù)開發(fā)的 醫(yī)學影像技術(shù)實驗課程的教學效果，本研究以本系2013—2015級醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)的學生為實驗對象，隨機分為實驗組和對照組，兩組各30人，兩組醫(yī)學基礎成績經(jīng)統(tǒng)計學分析，無顯著性差異。比較評價內(nèi)容包括有相關(guān)知識背景、學習興趣、實際操作感受、交互性、控制性以及學習態(tài)度等。對各項結(jié)果進行統(tǒng)計學處理分析表明學生認為虛擬實驗課程效果良好。

結(jié)果表明經(jīng)過仿真操作系統(tǒng)學習的學生的實踐動手能力和理論知識的鞏固率明顯高于傳統(tǒng)理論學習方法的學生，說明虛擬儀器技術(shù)在實驗課程中的應用后，學生能夠熟練掌握影像技術(shù)方面的知識和操作技巧，這種模擬接近醫(yī)院實踐，使得實習前學生能夠熟練地掌握影像技術(shù)的整個檢查過程和操作流程，同時大大提高了學生的實踐興趣。

結(jié)語

把虛擬儀器技術(shù)引入實驗教學，更能滿足學校實驗儀器的使用，而且使學生的創(chuàng)新思維不斷提高，能有效激發(fā)學生的學習動機，加強學生的參與性和自主性，使學生的動手能力不斷增強。虛擬儀器技術(shù)的進一步發(fā)展成熟，相關(guān)研究資料和開發(fā)工具越來越多，使得虛擬儀器技術(shù)在醫(yī)學實驗教學中的應用實踐將日益增加。它在醫(yī)學教育領(lǐng)域中具有廣闊的應用前景，是醫(yī)學實驗教學中一個新的發(fā)展方向。

參考文獻

[1]姜大源.職業(yè)教育學研究新論[M].北京：教育科學出版社，2007：45-46.

[2]胡俊峰，武斌，唐鶴云，趙杰，劉忠嘯，唐慧.基于網(wǎng)絡的醫(yī)學影像學臨床教學模式研究[J].中國醫(yī)學教育技術(shù)，2012，26（1）：62-64.