中医虚拟仿真教学篇1

【关键词】虚拟仿真艺术警察办案教育培训设计

虚拟仿真艺术是技术与艺术的结合。仿真技术是采用计算机技术为核心生成的将视觉、听觉融合为一体的沉浸式交互环境，用户以自然的方式，借助必要的设备与虚拟对象进行交互，二者产生相互影响且具有一定的逻辑关系，与此同时，用户会感受如同甚至超越真实场景般的体验。仿真技术根据不同的行业需求表现不同的艺术效果，突出行业特色，增强表现力。

一、虚拟仿真技术现状

目前，仿真技术已经广泛应用于医疗、军事、交通以及建筑等领域，并将危险的、不能再现的多种环境逼真地再现于虚拟环境中，不仅增强视觉效果，而且提高了各项研究的效率，有很强的实用性和应用性。虚拟仿真技术也普遍应用在教育领域，尤其高危行业，例如，飞行员的教学、刑警办案教学、汽车驾驶教学等。虚拟仿真技术在俄罗斯和欧美地区的一些国家较为发达，尤其体现在军事方面的一些技术含量高、装备更新快、硬件条件相对不足的军事部门。

相对于发达国家，我国的虚拟仿真起步较晚，虚拟仿真在教育中的应用也不够成熟。随着技术的不断更新，一些行业不仅是资金技术的缺乏，更重要的是能否在保证人员生命安全的前提下操作。这就需要采用一种有效的手段解决现存的问题。

二、虚拟仿真警察办案教学系统

1.警察办案遇到的难点

维护社会安定，保证居民人身和财产安全，一直以来都是国家、政府的基本职责，随着社会的转型，环境的变化，刑事案件的发生率逐渐升高。近年来，有关警察殉职的消息比较多，令人惋惜，究其原因，其一是犯罪分子手段残忍，二是办案人员实战经验不足。在这种特殊的工作环境中，刑警需在掌握综合职业素质的同时，进行实战演习。

面对狡猾的犯罪分子，只掌握理论知识是不能制服罪犯的，只有在掌握刑事办案的侦查规律、办案程序和工作流程的基础上与罪犯进行思想和行动斗争，警察具备了实战经验才能够胸有成竹，在保证人身安全的前提下顺利抓捕犯人。警察训练的随机性较大，突况多，培训成本高，效率低，这成为警察训练的难点，关系到警察办案人员的生命安危以及能否顺利破案。

2.虚拟仿真教学为警察行业带来转机

近年来，计算机技术和虚拟仿真技术不断发展，配合警察办案教学培训的虚拟仿真软件不断涌现，将虚拟仿真软件应用于警察办理刑事案件的教学中，可较好地解决警察办案遇到的难点，模拟办案现场、技术室、抓捕现场等。实现办案过程的模拟训练、可根据需要部署现场、抓捕犯人，将警察伤亡率降低到最低甚至无伤亡率。

三、虚拟仿真系统的技术思路

1.虚拟场景的制作

虚拟场景是通过软件建模描述场景存在的物品，包括模拟人物、动物、植物、建筑物等现实存在的物体。警察训练系统教学中，尽量还原案发现场，体现真实感，使训练者沉浸在办案过程。本教学使用Unity3D专业游戏引擎和3DMax软件结合建模，在不影响运行速度的情况下尽量减少模型面片数。

2.灯光

灯光设计直接关系到整个环境的好坏，环境光能够烘托气氛，例如，暖色的灯光给人以柔和温馨舒适的感觉，冷色调的灯光预示坏事的发生，在警察办案教学中，灯光能够起到提示用户的作用（图1）。

3.交互设计制作

办案系统不仅要有教学训练的功能，还要通过交互功能吸引用户，也就是我们常说的游戏性，寓教于乐。整个系统与用户进行全面自由地互动，带给用户视觉、听觉、触觉、嗅觉、运动感知等多方面的体验，使用户真实的感受“融入沉浸――接受挑战――解决问题――总结经验”全过程。

此虚拟仿真教学系统中，交互设计包括：提取血液、脚印、毛巾等证据（物），为证物贴标签拍照，显微镜与电脑等电子设备对证据（物）的比对与排查，以第一视角与“上帝视角”探测案发现场、技术室和抓捕现场，场景内存在多台摄像机，根据需要切换摄像机机位等。依托刑警办案程序进行仿真，同时增添趣味性，帮助用户快速学习专业知识，达到训练目的。

结语

“警察办案仿真训练系统”采用虚拟现实技术构建了一套基于网络的模拟系统，实现了刑警专业人员办理案件过程的训练，可以弥补实际训练资金不足和保证人员安全等缺陷，解决了在训练中受时间、地点、犯罪分子等限制院校教学无法实际训练的难题。实践证明，针对警察刑事办案内容和过程的复杂性，以虚拟仿真技术为基础，采用仿真系统模拟训练手段，不断建立综合完善的训练体系，有利于提高训练效率和质量，降低培训费用，更重要的是为社会安定培养专业型人才提供保障。

[注：本文系北京林业大学科技创新计划（行业仿真训练系统设计方法研究与实践）项目。]

参考文献：

[1]王文军，李冰，安川林.虚拟仿真技术在医学教学中的应用初探[J].中国医学教育技术，2008（06）.

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[3]康辉，于岩君，彭玲.远程讯问轻微刑事案件[J].检察日报，2007-3-21.

[4]施剑松.高校实践教育的“仿真工厂”[N].中国教育报，2014-1-7.

[5]邱建松.基于Unity3D的实时虚拟仿真系统的研究与实现[J].电子制作，2012（12）.

[6]陈洪，马钦，海.基于Unity3D的交互式虚拟农业仿真平台研究[J].农机化研究，2012（03）.

[7]吴屹.中国当代艺术设计学科实验教学体系研究――以中国美术学院实验教学改革为例[D].中国美术学院，2011.

[8]王晓明，黄卫权.某型导弹视景仿真系统研究与实现[D].哈尔滨工程大学，2012.

[9]林蝶.数字艺术教育中的实践分析[J].大众文艺，2013（22）.

中医虚拟仿真教学篇2

关键词：急性毒性实验；虚拟现实；软件制作

中图分类号：G436文献标识码：B文章编号：1008－2409(2007)03－0571－02

虚拟现实(virtualreality，VR)是人与计算机的接口。它融仿真模拟、实时三维图像及多媒体等技术为一体，依靠计算机建立起能模拟现实，但又不局限于现实的一种仿真环境，参与者直接进入并全身心地沉浸于虚拟现实所生成的环境中，通过使用多种感知功能，与此环境进行交互式对话、控制和操纵这种环境中的实体等技能，并与计算机进行直观自然的交流，对虚拟现实中的实体进行交互操作。VR作为一门新的实用技术，带动了虚拟现实技术的进步，目前已广泛应用于虚拟人体、虚拟外科手术和远程外科手术、医学图像学、康复医疗、虚拟实验室等医学领域，VR技术的发展必将导致医疗和教育领域的革命。

在医学机能学实验教学中，常用具体的实验来加强学生对药理学知识和实验操作技能的学习，学生需要反复进行实验来加强对知识和技能的巩固。但这往往受到时间、经费等限制，且在远程教学中难以开展。学生虽然可以通过实验录像来进行学习，但在该学习过程中，学生的学习往往是被动的，学习效率也低。如何充分运用计算机辅助教学系统，在药理学实验中发挥教学和提高学生学习兴趣等功能是当前医学教育管理者和药理学教师共同关心的问题。现将急性毒性实验虚拟软件的制作总结如下。

1急性毒性实验的特点

急性毒性实验是毒理学实验内容之一，也是药理学实验教学内容之一。该实验的开展有利于学生掌握急性毒性实验的原理和方法、实验操作技能，培养医学科学研究精神，提高学习医学的兴趣，促进学生进一步学习药理学其他知识、科研技能和学习方法等，为学生今后工作的顺利开展奠定坚实的基础。急性毒性实验的内容丰富、要求严格、时间较短，而且该实验主要是通过逻辑推理、判断和实验来揭示药物与机体间的相互作用及其规律，这就要求学生具有一定的抽象思维能力。在教学时，如果可以把抽象的、难以理解的实验过程模拟出来，必将增强学生的学习激情，提高教学效果。为此，设计出内容丰富、能提高学生学习兴趣、达到学习与娱乐于一体的教学辅助工具，必将丰富药理学实验内容并为有效地进行教学改革增添新的生机和活力。另外，通过该系统的使用，可在实验教材、实验动物与师资力量等方面得到大量的节省，降低教学成本。

2虚拟急性毒性实验的制作

急性毒性虚拟实验是基于计算机仿真技术的网络化实验教学系统的内容之一。包括以计算机仿真技术为核心的生物仿真引擎、处理因素数据库、虚拟环境界面和网络化硬件平台等部分。

2．1软件的选择

急性毒性实验开发所运用的工具比较多，综合运用了虚拟现实技术、多媒体技术、三维动画和建模技术、网络通讯技术、图形图像处理技术。所运用的开发工具和语言有Lingo、C#、SQL网络数据库技术、Shockwave3D、3DMax、还有一些图形和动画处理工具photoshop、flash等等。充分发挥各种制作软件的功能，将可视化编辑与对代码的操作进行完美结合，并完成软件中的动画制作、图片处理和视频处理等。通过对可视化窗口和源代码的同时操作，来开发急性毒性实验虚拟软件，可以达到事半功倍的效果。

2．2总体结构的设计

急性毒性实验丰富多彩的内容以实验操作程序为主线，以急性毒性实验简介和药理学实验的一般项目(包括实验目的、实验原理、实验动物、实验的主要器材和药品、仿真实战)为第一级菜单。在仿真实战中设置二级菜单(预实验和正式实验)。在二级菜单下设置三级菜单：包括动物类型、种类、性别、年龄、体重、动物实验前的预处理(饮食、饮水等)、动物的分组、药品及其给药途径和剂量的选择。学生逐步正确地完成操作后，可观察到动物中毒后的典型表现(三维动画表现)等结果。在演示中，不正确操作就会有操作失败的提示，操作失败超过3次后，软件将自动提示下一步的正确操作内容。在正式实验结束后设置实验报告、实验资料和库菜单。通过察看实验报告，学生就可以得到实验的统计结果表(组别、各组的实验动物数与死亡动物数、统计的相关数据)、LDso计算过程，并可以导出实验结果。通过点击实验资料和库菜单，学习者可以了解急性毒性实验的总体概况和相关毒性物质的半数致死量等数据。根据需要，教师可通过“药物”管理和实验管理模块增加新的内容，并对已有实验内容进行维护。

2．3视频和动匦素材的运用

为使学生能够对药物毒理知识深入地了解，利用视频片断结合动画模拟来介绍一些相关药物的特点等情况，使学生对药物的毒性作用有一个良好的感性认识。急性毒性实验教学过程中涉及到很多抽象的、微观的动态过程，常常会出现任凭教师如何解释，学生仍难以理解的情形。事先制作小鼠等动物的骨骼标本，再进行多角度、多方位的拍照，将实验的动态过程(如小白鼠的惊厥表现等)用Flash制作的动画形式表现出来，使该过程变为具体的、生动的模拟重现，便于学生的认知、理解、记忆，提高了教学效果。

2．4图片素材的使用与文字的编辑

虚拟急性毒性实验制作中用到了大量的图片素材，应尽量使图片的大小与视屏中的空位相匹配。包括与教学内容密切相关的专业知识图片以及一定限度的装饰性图片。后者可起到活跃学习气氛、增加美观度等作用，以免分散学生的注意力。在选用图片素材时，采用JPEG、GIF等格式的文件。根据教学内容要求，笔者查阅了大量的资料(如不同毒性化学物质毒性数据)，收集大量有关的素材(化学毒物的分类、毒性检测的方法、评价指标等)，精心策划和组织文本，做到层次明确清晰、文字精炼、重点突出，使学生才能够分清主次，抓住重点，给人以身临其境的感受。

3制作体会

中医虚拟仿真教学篇3

关键词：仿真模拟；医学检验；项目化教学

医学检验是一门发展迅速、实践性很强的专业，四年制医学检验专业以培养具有熟练的检验专业技能、掌握必备的基础知识、能在各级医疗部门从事医学检验工作的技术应用型人才为目标。目前我国高等医学检验教育虽进行了一系列改革与调整，但在实践教学中还存在以下问题：第一，实践技能教学多为“单学科叠加”的课程体系，这种教学体系在强调系统性的同时忽视了各学科之间的内在联系，并可能导致同一内容的多次重复，不利于学生综合把握所学知识；第二，部分教学内容与临床脱节，综合性实验和设计性实验较少，且实验教学与临床工作过程有一定差距，不利于培养学生独立思考、分析解决问题的能力；第三，受场地、仪器、试剂、生物安全、标本来源等各种实验条件所限，某些实验无法正常开展。因此，本研究从医学检验专业培养目标出发，充分利用医学检验仿真实验室和虚拟仿真实验教学平台，选择与医学检验技术密切相关的实用性项目，以“项目”为核心、“仿真模拟”为手段对学生进行标准化、规范化训练，实现教学与临床的一体化，为学生尽快胜任医学检验工作打下坚实的基础。

1仿真模拟教学与项目化教学

仿真模拟教学是一种将专业课程教学置于模拟工作真实情景中的教学方法。目前，利用模拟技术创设高仿真模拟患者和临床情景的医学仿真模拟教学在临床医学、护理学等专业教学中已得到广泛应用。研究表明：仿真模拟教学能明显改善教学理论与实践脱节的情况，缩小教学与临床的差距，让学生尽早积累临床经验，同时有助于提高学生的操作能力、沟通能力、自主学习能力、临床思维能力等多种综合能力[1]。项目化教学是“以项目为主线、基于工作过程”的职业技能教学模式，它改变过去传统教学中以教师为中心、以理论讲解为中心的“满堂灌”的教学形式，将教学大纲中规定的教学内容和要求转化为若干个有实用价值的项目，在特定的教学环境中，学生在教师的组织和引导下，开展从理论到实践的教学活动。通过药学、护理学等专业的项目化教学实践证明：该教学模式真正做到了以学生为主体，充分调动了学生的学习积极性，并切实提高了学生的专业技能和实践操作能力[2-3]。

2基于仿真模拟的医学检验项目化教学实施方案

2.1项目的制订

根据医学检验专业培养目标，以检验专业工作任务与职业能力要求为依据，对医学检验专业课程内容进行分解和重构，分为医学检验形态学、检验仪器与综合技能三大模块，每个模块中包含若干个项目。其中，形态学模块包括病原微生物形态、人体寄生虫形态、血液细胞形态、临床体液、排泄物、分泌物形态等项目；检验仪器模块包括全自动生化分析仪、全自动血培养仪、全自动血细胞分析仪、酶标仪、PCR仪的使用等项目；综合技能模块包括血常规、尿常规、粪便常规、粪便和血液标本的细菌学检验、ELISA法检测HBsAg等项目。同时，对综合技能项目制订出相应的标准操作程序和考核标准。

2.2教学设计

根据教学目的、项目内容和实验条件等因素，我们从模拟临床工作过程的“仿真模拟实训”和基于网络平台的“虚拟仿真实验”两个方面来实施仿真模拟教学，实行以“实”为主、以“虚”补“实”、“虚”“实”结合的实践教学模式，围绕每个项目开展模拟教学。在时间安排方面，既可与相关专业课程教学同时进行，也可安排在学生实习前集中进行。其中综合技能项目与形态学、检验仪器密切相关，为项目化教学的中心环节，需在学生完成医学检验各课程的基础性实验，掌握了必备的基本操作技能后，再通过仿真模拟教学进一步强化学生的专业技能，培养学生分析解决问题的能力及岗位胜任能力。

2.3仿真模拟实训

依托于本校医学检验仿真模拟实验室、医学检验形态学实验室和二级生物安全实验室，将医学检验技能各项目分别安排在不同实验室完成。（1）形态学项目：在形态学实验室进行，在学生充分掌握了细胞学、微生物学、寄生虫学、血液学、免疫学等典型的形态学内容后，再选取来自临床的多种病例标本，特别是形态比较复杂、辨认难度较大的标本片让学生观察，使学生在面对包含细胞学、微生物学或寄生虫学等复杂的临床标本时，能够做出全面、准确的分析和判断；（2）检验仪器项目：充分利用本校现有教学资源，在仿真模拟实验室内进行全自动生化分析仪、全自动血细胞分析仪、酶标仪、PCR仪的实操训练，使学生熟练掌握临床常用的检验仪器操作规程和注意事项；（3）综合技能项目：此模块为仿真模拟教学的最后环节，也是教学的核心和重点。其中血常规、尿常规、ELISA法检测HBsAg等项目安排在仿真模拟实验室内进行，临床标本的细菌学检验则在二级生物安全实验室内进行。教学时，根据项目的复杂程度将学生分成若干小组，学生从实验前的准备（如试剂和培养基的配制）开始，到标本采集、选择检验方法、开展实验、分析实验结果、最后发出报告……全程独立完成实验，教师主要负责提供实验材料、答疑解惑、评判实验结果、指出学生的不足之处等，发挥“引导者”的作用。标本的来源可以是学生所扮演的“患者”，也可以是来自医院的患者标本，或是教师提供的模拟标本。在实验操作时，要求严格按照临床工作流程进行。例如：进行“粪便标本的细菌学检验”，由教师提供模拟痢疾患者的“黏液脓血便”标本，并编写“患者”的临床资料，要求学生根据临床资料和标本特点首先制订出检验程序，选择适当的检验方法，再从实验前的准备工作开始，按照粪便标本的细菌学检验程序逐步开展实验，分析实验结果，及时发现和解决实验过程中出现的问题，最后发出报告，教师在此过程中负责监督学生的操作，根据项目的标准操作程序和考核标准来评价实验的完成情况。

2.4虚拟仿真实验教学

仿真模拟实训虽然具有贴近临床、教学效果好、学生参与积极性高等诸多优点，但也存在实验课时限制、师资和实验设备不足、实验教学成本高、生物安全隐患等问题[4]。特别是随着检验医学的迅速发展，各种检验项目和检验仪器不断推陈出新、日新月异，对教学单位而言，很难跟上临床医院检验项目和仪器的更新换代速度，有些实验不能及时开展。为此，我们利用校园网络建立了医学检验实验教学虚拟仿真平台，通过虚拟仿真实验教学进一步加强专业技能教学、弥补实训教学的不足。开展医学检验虚拟仿真教学的前提和关键是虚拟实验平台建设。在平台建设时，根据医学检验专业人才培养目的、课程设置和技能培养目标进行分类、分层次建设，整合各种实验教学视频资源和形态学资源，构建了内容完整、层次结构清晰、易于扩展的医学检验虚拟仿真实验教学平台（见图1）。平台上的每项虚拟实验项目包括实验目的、实验原理介绍、实验操作视频、实验仿真交互操作、思考训练及补充知识等内容，学生上网操作时需自主选择实验器材、设备和检验程序，如果全部选择正确就可出现理想的实验结果，但若选择错误或疏漏则结果会出现偏差或无法进行下一步实验。完成模拟实验后再进行实验模拟考试，及时检查学生的技能掌握情况并给予纠正，以提高教学效果。

3基于仿真模拟的项目化教学效果

基于仿真模拟的项目化教学与传统实验教学相比较，可以显著提高学生的专业技能考核成绩，并激发学生的学习主动性[5]。其优势主要集中在以下几点：第一，这种“以项目为主线、以仿真模拟为手段、基于工作过程”的实践教学模式实现了教学与临床的无缝衔接，有利于提高学生的专业技能和岗位胜任能力，缩短岗位适应期；第二，教学中真正做到以学生为教学主体，在“真实化”的实训过程中，有利于充分激发其学习潜能，培养自主学习能力；第三，在实验过程中，学生从实验准备开始到最后发出报告全程参与，可促使学生对项目内容、检验方法、各种实验器材和设备的使用等有一个全面而系统的认识，有利于培养其独立思考、分析解决问题的综合能力；第四，通过将“实训”与“虚拟”两种仿真教学形式相结合，实现了优势互补，丰富了实践技能教学的内容和形式，特别是虚拟仿真实验不受时间、地点的限制，是对仿真模拟实训的有益补充和延伸。

中医虚拟仿真教学篇4

关键词：虚拟仿真家畜解剖学三维模型

1.引言

家畜解剖学是农业类高等学校动物医学专业的专业基础课，本课程主要讲授正常家畜、家禽的形态、结构、器官的位置关系和发生发展规律。本课程的特点是名词众多、结构复杂，对于首次接触动物医学专业的学生来说学习起来比较困难，不知道应该怎样学习。传统课堂讲授方式难以满足现代化教学发展需要，虚拟仿真技术正逐渐应用到各专业教学课程中，对教育行业产生了巨大影响。

2.虚拟仿真技术的优势及其在医学教育中的应用

虚拟仿真技术是用计算机虚拟场景逼真地模拟现实世界事物的技术，涉及计算机图形学、人工交互、人工智能和传感技术等。具有真实性、交互性和沉浸性的特点，逐渐成为现代教育技术领域的热点，应用于不同专业教学过程中。随着计算机技术的发展，虚拟仿真技术在人类医学上得到了广泛应用。虚拟仿真技术打破了传统实验空间和经费的限制，在充分保证教学效果的基础上，不仅节约了实验成本，而且大大提高了学生的学习兴趣。使学生通过虚拟场景的人机交互，由视觉、听觉、触觉等手段获取场景的反应，通过学生自我组织，制订并执行学习计划，进行自我评价，开展适应式学习。很多高校、科研院开发了人体解剖虚拟仿真实训平台、虚拟动画、三维网络课程等应用于理论和实践教学，充分发挥了现代教育技术的优势，提高了教学水平。

1989年美国首先开展了“可视虚拟人”的计划，并于1994年完成世界第一例男性“虚拟人”数据采集，1998年完成女性虚拟人数据采集，共采集到56GB的数据。随后，韩国“可视韩国人”项目于2000年完成第一例韩国人标本的数据采集；2003年，钟世镇主持的“虚拟中国人”项目完成中国人体数据的采集工作。以这些虚拟人数据集为基础，对人体器官进行了三维重建，精细逼真的三维结构为人体解剖学提供了大量素材。基于虚拟人体数据集产生了很多人体解剖三维虚拟仿真实验平台用于人体解剖学教学。在仿真平台上可以对人体结构进行任意角度旋转、缩放、标注等操作。便于教师教学及学生学习和课后复习。2010年10月在上海世博会期间，瑞典首次向公众展示了代表先进医学虚拟仿真技术的“虚拟解剖台”。此虚拟解剖台数据来源于人体的磁共振（MRI）和CT成像数据，利用计算机处理将这些数据从二维平面图变成真实感极强的三维模型，将人体内部的精细结构完整地展示出来。这款虚拟解剖台可用于人体解剖学教学，学生用手指通过触摸屏进行人体器官操作，能完整地展示骨骼、血管、肌肉等的不同形态，还可以移除或添加内脏器官、血管、神经等结构，从而理解各器官的形态结构和相互位置关系。

3.虚拟仿真技术在家畜解剖学的应用现状

家畜解剖学是一门实践性很强的学科，家畜的器官标本、模型等教学材料在本课学习中有重要作用。但是近些年随着招生规模扩大，一般理论授课时学生人数较多，不能发挥标本、模型的作用，学生只能在实验课上观察标本、模型。虚拟仿真技术在家畜解剖学中的报道较少，由于数字人的数据采集方法投资巨大，过程复杂，需要多领域专业人员合作完成，目前还没有完整的大家畜（牛、马等）虚拟解剖系统。很多科研机构利用数字人的数据采集方法对猪、兔、小鼠、大鼠等动物进行了数据采集和虚拟仿真工作。Maierl等在1999年报道了第一例“可视化狗”，但其数据不完整，没有四肢部分的结构，而且图像不精细。2005年9月，重庆理工大学、第三军医大学和重庆市畜牧科学研究院共同完成了世界第一例“数字可视化猪”数据集的采集工作，图像质量比较高，能够清晰显示内部结构[1]。2014年，连国云[2]采集完成了“数字化新西兰兔”的数据集。但是对于家畜解剖学重点讲授的牛、马等大家畜，还没有虚拟解剖数据集的报道。主要原因是牛、马的体型比较庞大，采用数字人运用的冷冻铣削设备无法完成铣削，牛、马等动物只能采用其他方法建立三维模型，虽然这些模型不如冰铣削得到的数据精确，但是仍然能够在家畜解剖学教学中发挥巨大作用。苏杨生[3]等报道了通过3DMax软件建立了牛的椎骨模型，并建立了交互程序，学生可随时随地进入程序观察解剖标本。张蕾[4]等采用Photoscan软件对动物头骨进行了三维重建。付大鹏等[5]采用三维激光扫描仪获得了动物股骨的三维点云数据，进行三维重建，得到了股骨的三维模型。以上研究成果为虚拟仿真技术在家畜解剖学中的应用提供了思路和教学资源。

4.虚拟仿真技术在家畜解剖学的应用前景

虚拟仿真技术在家畜解剖学及相关专业有着非常广阔的应用前景。三维模型能够形象清晰地展示动物的解剖结构和器官的相互位置关系。虚拟仿真技术的应用能够将理论授课中教师采用图片、照片等素材难以描述清楚的概念、结构给学生以感性认识，能够加深学生的理解程度，帮助学生学习和记忆。虚拟仿真技术的应用能够将抽象的结构变具体，使枯燥的概念形象生动，提高学生的学习兴趣和主动性，突破传统解剖学实验空间和时间的限制，学生可以通过网络自由地学习，方便自学。综上所述，虚拟仿真技术能够将家畜解剖学的抽象教学内容形象地展示出来，提高学生的学习积极性，使学生由被动接受转变为主动学习，极大增强家畜解剖学教学效果。

参考文献：

[1]张建勋，徐凯，邱宗国.世界首个三维可视化的数字猪.重庆理工大学学报（自然科学版），2011，（03）：69-73.

[2]连国云.数字化新西兰家兔的三维结构重建研究.计算机光盘软件与应用，2014，（12）：24-26.

[3]苏杨生，宋斯伟，李颖，等.牛骨骼模型三维数字化重建.黑龙江畜牧兽医，2015，（09）：249-250.

[4]张蕾.动物骨骼三维重建的探索.四川文物，2014，（06）：81-83.

中医虚拟仿真教学篇5

关键词：器官系统；实践教学；虚拟仿真；PBL教学；基础医学

“以器官系统为中心”课程模式是目前医学课程整合的主流方向，主要以器官系统为模块，将基础医学各学科按正常形态功能、疾病异常状态、药物治疗顺序重组。上海健康医学院最早从2009年开始尝试“以器官-系统为中心”基础医学课程整合——《综合医学基础》，通过近10年对护理及临床专业的改革实践，已取得了一定的成效[1]。然而在基础医学课程整合的过程中，发现理论教学和实践教学脱节的问题，基础医学课程整合不仅是理论教学的简单整合，更需要相匹配的实践教学。因此近年来我校以综合性设计性实验、PBL教学、虚拟仿真实验三管齐下，全方位培养学生的创新能力、动手能力、沟通能力、临床实践能力，基础医学实践教学改革的经验总结如下文所述。

一、基础医学实践教学改革的必要性分析

2008年9月，教育部、卫生部《本科医学教育标准-临床医学专业（试行）》，明确要求医学院校应积极开展课程改革。截止2016年全国各大医学院校60%以上尝试和展开课程整合，其中“以器官系统为中心”的课程整合占52%。在理论教学整合的背景下，“学科为中心”实践教学已无法适应课程整合的需求，由此应运而生形态学和机能学实验教学，然而只是“以器官系统为中心”将各学科实验简单叠加，无法真正培养医学生创新思维和能力。2012年教育部启动的“卓越医生教育培养计划”指出提高医学生临床岗位胜任力，提升我国医疗卫生服务水平[2-3]。美国毕业后医学教育认证委员会将临床岗位胜任力界定为具备6大核心能力：照顾患者、医学知识、基于实践的学习和改进、人际和沟通能力、职业精神和素质、基于系统的实践能力。目前基础医学实践教学无法适应6大核心能力的培养目标，因此进行基础医学实践教学改革势在必行。我校近年来在“以器官系统为中心”整合式课程建设中，通过综合性设计性实验，结合PBL和虚拟仿真教学，改革基础医学实践教学，全方位提升学生临床岗位胜任力。

二、基础医学实践教学改革内容与实施过程

基于“以器官系统为中心”课程整合背景，我们将基础医学各学科融合为八大系统模块（神经、循环、呼吸、消化、泌尿、内分泌、血液、生殖）。每个系统按正常-疾病-治疗线索进行理论教学，学生完成理论学习后即进入综合性设计性实验，PBL和虚拟仿真三大模块的实践教学。

（一）综合性设计性实验

每个系统均安排一个综合性设计性实验，实验开展第一阶段，各系统配备固定的教师团队，包括一位负责老师及来自正常人体学、病理学、病生学、药理学、微生物免疫学等各学科老师。通过老师讨论确定多学科融合切入点，切入点必须能将多学科的知识融会贯通，必须能与临床常见疾病相契合，必须能符合学生认知和操作能力水平。例如，呼吸系统选择呼吸运动调节作为切入点设计实验。第二阶段，学生根据实验切入点查阅文献资料提出自己感兴趣的问题，如“煤气中毒时呼吸如何变化？哮喘时呼吸如何变化？气胸时会发生什么变化？人工呼吸怎么起作用？”等，老师指导学生根据各自问题设计实验方案，准备实验动物、药品、器材、设备。第三阶段，学生在老师指导下完成实验，观察现象，记录实验数据。第四阶段，学生完成实验数据分析，并结合实验前提出的问题，撰写实验报告。综合性设计性实验不仅能提高学生实践动手能力，而且能培养学生创新思维和创新能力。

（二）PBL实践教学

PBL教学是以病例为先导，以问题为基础，以学生为主体，以教师为导向的启发式教育[4]。各系统中PBL实践教学为6学时，分3次完成，学生10人一组，每组一位指导老师，每组选出一位学生主席和一位书记员。第1次课：通过一个临床案例导入，学生从简单的病史资料中提取关键信息，充分进行头脑风暴，讨论所有可能性。再通过接下来的线索逐渐聚焦，得出初步诊断。课后需要学生查阅资料，将所学系统的结构、功能、疾病的理论知识融汇贯通、灵活运用，分析解决案例中涉及的问题。第2次课：组内分享讨论第1次课后查阅的资料，再将本案例的临床辅助检查及药物治疗的资料结合基础医学理论知识讨论分析。课后学生通过小组討论总结整个PBL案例的学习和讨论过程，绘制机制图，并制作汇报PPT。第3次课全班总结：各小组派代表采用PPT汇报，展示机制图。通过PBL案例讨论充分调动学生的主动性和积极性，培养学生的沟通能力、团队协作、自主学习能力。

（三）虚拟仿真教学

虚拟仿真（VirtualReality，VR）运用计算机创建和体验虚拟世界，模拟人的视觉、听觉、触觉等，使人沉浸在计算机所生成的虚拟世界里，VR技术应用于医学教学将成为新的趋势[6]。我校从2016年开始建设基础医学虚拟仿真实验平台——基础医学互动学习中心，该中心精心设计成13个学习互动区域：包括生命孕育、数字虚拟人体、3D解剖、运动、消化、呼吸、泌尿生殖、心血管、神经系统等各大系统VR教学体验区。互动学习中心平时向学生开放，学生课余时间可随时进行VR体验式学习。其中数字虚拟人体代替局部解剖学，学生通过虚拟解剖了解皮肤、肌肉、骨骼、器官、神经、血管等结构和相互关系。各大系统VR教学虚拟了临床疾病诊疗的情境，由临床病例引出的从结构功能到疾病和用药的互动体验，通过临床岗位教学中的虚实结合和人机互动，将基础医学与临床相融合，让学生早接触临床，多接触临床，反复接触临床，培养学生临床思维和临床实践能力。

（四）实践教学考核机制

实践教学考核突出形成性评价，成绩构成及比例如下：总成绩=综合设计性实验（50%）+PBL实践教学（30%）+虚拟仿真实训（20%）。其中，综合性实验评分包括实验设计、实验操作、实验结果分析及汇报总结的评价；而PBL评分由学生自评、互评、教师个人点评及小组点评4部分构成；学生课后参与虚拟体验时间次数和完成测试的情况作为该项目评分。

三、教学效果评价

（一）问卷调查及统计分析

针对基础医学三种模式实践教学，对学生及临床教师进行了教学效果评价，设计一套“问卷星”调查问卷，每个问题设置四个选项分别是赞同（+2）、一般（+1）、不赞同（-1）和无法判断（+0），发放给2016级临床医学本科专业的104名学生和21名教师，发放调查问卷125张，回收问卷125张，回收率100%，调查结果统计分析详见表1。

（二）学生成绩与实践教学评分相关性分析

临床医师分段考第一阶段考试是对医学生所具备的医学基本知识和临床基本技能的综合测试，其中基础医学内容占比40～45%。为了无缝对接临床分段考，对16级临床本科专业学生进行基础医学测试，成绩反映了学生在基础医学阶段整体学习情况，与基础医学实践总评分是否存在相关性。我们对学生测试成绩和实践评分的最高分、最低分、均值和标准误统计分析，并进行Pearson直线相关回归分析。结果显示相关系数R=0.634，P<0.001，差异具有显著统计学意义，基础医学测试成绩与实践教学总评分具有相关性（详见表2）。

四、基础医学实践教学改革讨论

中医虚拟仿真教学篇6

虚拟仿真实验室(Virtuallab)是1989年由美国弗吉尼亚大学(UniversityofVirginia)的教授威廉?沃尔夫(WilliamWolf)首先提出的,它描述了计算机网络化的虚拟仿真实验室环境[1]。虚拟仿真实验室是信息时代的产物,在教学中具有广阔的应用前景,是实验教学的一个新的发展方向,促进了教学观念与教学形式的变革[2],提高了学生的综合素质。

2虚拟仿真实验室的发展及政策解读

虚拟仿真实验室自1989年提出以来,在世界范围内得到迅速发展。目前,发达国家在虚拟仿真实验室的建设方面已经十分普及,美国正在致力于构建一个覆盖全国的虚拟仿真实验网络。近年来,国内许多高校根据自身科研与教学的需要建立了虚拟仿真实验室,并取得一定的成就。国家相关部门对虚拟仿真实验室的建设也越来越重视,为了进一步推进实验教学信息化建设,推动高等学校实验教学改革和创新,2013年教育部《关于开展部级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》(教高司函〔2013〕94号),明确提出高校建设虚拟仿真实验室的重要性。

3基础医学虚拟仿真实验室的发展现状

教学过程中实验和实训教学是培养学生实践能力和技术能力的关键,虚拟仿真实验室在培养学生综合素质方面起着至关重要的作用。国内外基础医学虚拟仿真实验教学平台的应用现状基础医学专业课程是一个对实践性要求比较高的课程,但是一些实验课程由于毒性、致病性、时间等原因,导致这部分实验不能顺利开展,虚拟仿真教学平台在基础医学实验教学中就显得至关重要。在教学过程中,虚拟仿真实验与实际实验相结合,以实际教学中的重点、难点作为课程设计的重点,教学内容丰富,包括常规学生实验、设计性实验,此外部分虚拟仿真实验室还包括实习、临床案例讨论、自我测试、BBS交流区、网上相关资源等内容[3]。实时临床案例讨论及网上相关资源共享,既丰富了学生的学习内容,又开拓了学生视野,从而激发学习兴趣[4]。虚拟仿真实验教学以其独特的优势,在提高实验教学质量中发挥着重要的作用。虚拟仿真实验与实际实验相结合,不仅激发了学生学习的兴趣,提高了学生创造力和对实验的感性认识,而且通过对虚拟仿真实验平台实验操作的正确方法和理论知识的学习,减少了盲目操作和错误操作的几率,提高了实验的成功率[5]。此外,虚拟仿真实验室在节省实验投资的同时,为学生提供了一个良好的学习空间[6]。虚拟仿真实验室的优势及建设中存在的问题由于传统实验教学存在实验教学经费投入不足、实验教学仪器设备紧缺和老化、实验教学用房面积不足等传统问题,同时在教学内容、教学时间和空间上受到限制,影响了实验教学的质量。与传统实验教学相比,虚拟实验教学有着突出的优势,成本方面,大幅度降低实验室改造、建设和维护的资金,节省实验经费、时间和空间成本;安全方面,减少实验室事故发生几率;环境方面,减少环境污染,促进绿色实验室的建设;教学方面,打破了传统实验教学的时间和空间的限制,有效增加学生对实验的理解能力;教学质量方面,提高学生的创新能力、实践能力和综合素质[7]。虚拟实验教学这种新的教学模式为实验教学质量的提高提供了一个新的平台,随着教学行为、方式的改革和信息技术的发展,虚拟实验教学必将成为实验教学中不可或缺的一个环节[8]。目前,虚拟实验室在促进实验教学现代化,推进实验教学模式改革等方面发挥着至关重要的作用。但是,虚拟实验教学在教学实践中也存在诸多不足,主要体现在以下几个方面。1)教学方面,培养学生动手能力、误差分析能力等方面存在欠缺,而且虚拟实验不能真实地再现实际实验过程中的故障和现象[9-10];2)虚拟系统方面,教学实践中发现存在系统不稳定、有些功能不能使用、缺乏教学监视功能等问题,给教学带来一定的影响。除此之外,还有诸如界面及画面的任务形象的美观度不够,虚拟实验项目的数量不能满足学生的需求等问题。3)建设必要性方面,虽然虚拟实验室弥补了真实实验室的诸多不足,但也并非任何实验、任何专业都需要建设虚拟实验室来辅助教学。

4构建基础医学虚拟仿真实验室的建议

虚拟仿真实验室是一种投入少产出多、资源共享的一种全新的办学理念,是高校未来发展的必然。在建设过程中应借鉴其他课程和专业实验教学改革的经验,创造出一套适合自身专业的虚拟仿真实验室的建设方法;共享现有虚拟仿真网络资源,节省建设成本。在实验教学中,要注意虚拟仿真实验和实际实验的有机结合,合理安排分配教学比例以促进学生实践能力的发展。在软件技术方面,向协作式虚拟仿真实验室方向发展,即跨越地域障碍,能够满足异地学生一起进行科学实验和讨论的方向。虚拟仿真实验室虽然能大大辅助教学,但并不能取代真实的实验室。此外,虚拟仿真实验教学中心的建设应响应国家号召,本着“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则,并结合专业的自身特点。