虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究

崔明宇

[摘 要]虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)，具有安全且節(jié)省資源、豐富教學(xué)內(nèi)容、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果、實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)智能化控制等優(yōu)點(diǎn)，但也具有不利于鍛煉學(xué)生的實(shí)踐動手能力、思維能力及協(xié)作精神等弊端。相關(guān)研究人員在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中要協(xié)調(diào)好虛擬實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的關(guān)系，充分發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)具有的優(yōu)勢，提高基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]虛擬實(shí)驗(yàn);基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn);教學(xué)應(yīng)用

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2020.06.102

[中圖分類號]G642.4[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]1673-0194（2020）06-0-02

0? ? ?引 言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是鞏固理論教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生動手創(chuàng)新能力、科學(xué)思維和科研素養(yǎng)的重要手段。實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量對教學(xué)效果和學(xué)生綜合素質(zhì)提高都有重要影響。隨著媒體信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。虛擬實(shí)驗(yàn)是將傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室虛擬化、數(shù)字化，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)呈現(xiàn)出來，應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)。虛擬實(shí)驗(yàn)使實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式發(fā)生了深刻變革，融合了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的多媒體、仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等多種技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)設(shè)計(jì)，將實(shí)驗(yàn)室全部的儀器、試劑及環(huán)境呈現(xiàn)出來，形成完整的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加直觀、更具趣味性，學(xué)生在計(jì)算機(jī)上就可以完成需要到傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室才能完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教師在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，也可以自由搭建實(shí)驗(yàn)案例。虛擬實(shí)驗(yàn)簡便易行、實(shí)驗(yàn)結(jié)果直觀，應(yīng)用于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)，完全可以模擬真實(shí)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的全部流程，不受場地限制，不受實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)的影響，展示真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，能給學(xué)生帶來置身真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的感受，實(shí)驗(yàn)者可從任意角度觀察實(shí)驗(yàn)物體，監(jiān)控實(shí)驗(yàn)進(jìn)度。虛擬實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)在理論上的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果，便于分析實(shí)驗(yàn)效果，能夠提高學(xué)生參與基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的積極性，提升基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

1? ? ?虛擬實(shí)驗(yàn)在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢

1.1? ?安全且節(jié)省資源

傳統(tǒng)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，常會用到一些有毒、有害、有放射性甚至易燃易爆的試劑，這對基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室的安全和學(xué)生的健康、安全都構(gòu)成威脅，師生們做實(shí)驗(yàn)時(shí)難免會出現(xiàn)一些傷害事故。傳統(tǒng)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用虛擬實(shí)驗(yàn)就能夠完全消除這些實(shí)驗(yàn)中的危險(xiǎn)，使師生們在安全放心的環(huán)境中放心地進(jìn)行安全的實(shí)驗(yàn)操作。傳統(tǒng)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，還有些實(shí)驗(yàn)的試劑貴、成本高、耗材大，難以常規(guī)開展。這類基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程通過虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式開展，能迎刃而解。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)不必考慮購買基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器，不需要花費(fèi)昂貴試劑的費(fèi)用，只需要計(jì)算機(jī)和虛擬實(shí)驗(yàn)的軟件系統(tǒng)就可以完成實(shí)驗(yàn)，極大地節(jié)約實(shí)驗(yàn)費(fèi)用。

1.2? ?可自由調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)時(shí)間

由于課時(shí)限制和實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間較長，傳統(tǒng)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)有些實(shí)驗(yàn)無法通過一次實(shí)驗(yàn)連續(xù)完成。基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)采用虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，就會擺脫時(shí)間限制。虛擬實(shí)驗(yàn)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要調(diào)整實(shí)驗(yàn)時(shí)程，將一次實(shí)驗(yàn)放到一次課上完成;此外，虛擬實(shí)驗(yàn)室的開放也不受時(shí)間和空間限制，可以全天候開放，學(xué)生在任何地方也都可以通過計(jì)算機(jī)、手機(jī)隨時(shí)進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站，進(jìn)行基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)操作。虛擬實(shí)驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的高度共享，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室可以給學(xué)生提供高度共享的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、自由暢通的學(xué)習(xí)環(huán)境，滿足學(xué)生的個性化基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)需求。

1.3? ?豐富教學(xué)內(nèi)容

有些基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)復(fù)雜、要求精度高、實(shí)驗(yàn)難度大、實(shí)驗(yàn)條件限制多、結(jié)果成功率低，學(xué)生們在實(shí)驗(yàn)過程中很難操作完成。利用虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)，學(xué)生可以通過反復(fù)操作實(shí)驗(yàn)，熟練掌握實(shí)驗(yàn)技巧，最終完美完成實(shí)驗(yàn)操作，使學(xué)生學(xué)到更多的知識，掌握更多的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)技能。受物理?xiàng)l件限制一些實(shí)驗(yàn)在傳統(tǒng)環(huán)境下難以開展，利用虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)，可以克服這些困難，完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)。醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)教學(xué)，整合大量其他教學(xué)資源，能夠?yàn)閷W(xué)生提供全新的、生動的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，豐富基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生上基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)課的積極性，使學(xué)生能更好地掌握基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，更好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

1.4? ?提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

虛擬實(shí)驗(yàn)由于是通過計(jì)算機(jī)操作軟件完成的，所以學(xué)生可以無限次地重復(fù)操作實(shí)驗(yàn)，直到學(xué)生獲得滿意的學(xué)習(xí)效果為止，保證了醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。有些實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較難于觀察到，但是虛擬實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生觀察到經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)效果，確保學(xué)生都能觀察到應(yīng)觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，保證實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)。比如免疫熒光標(biāo)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們就能通過電腦仔細(xì)觀察熒光標(biāo)記實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，清楚地看到免疫熒光標(biāo)記陽性細(xì)胞，了解實(shí)驗(yàn)的意義。醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)有一些標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)操作方法及流程，需要學(xué)生掌握。虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)苷隙嗝襟w技術(shù)，把實(shí)驗(yàn)教學(xué)中抽象的原理、過程、標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)操作方式和流程，通過逼真的動畫、照片及視頻等形式，形象、生動、真實(shí)地展示出來，供學(xué)生學(xué)習(xí)模仿，教會學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)步驟和方法。

1.5? ?實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)智能化控制

基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)，能夠發(fā)揮計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)智能化控制，避免實(shí)驗(yàn)操作過程中一些錯誤或失誤出現(xiàn)，比如一些手術(shù)過程中，在沒有實(shí)施麻醉的情況下，就直接點(diǎn)擊手術(shù)操作，那么系統(tǒng)就會給出錯誤提示，來引導(dǎo)、規(guī)范學(xué)生正確的實(shí)驗(yàn)操作，具有很好的智能性與互動性。再比如，學(xué)生某步實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果不對時(shí)，再往下做，系統(tǒng)將會提示學(xué)生計(jì)算錯誤，請重新檢查。如果錯誤后學(xué)生還能繼續(xù)操作，那么最后得出的必然是錯誤的結(jié)果，這不但導(dǎo)致整個實(shí)驗(yàn)的失敗，還浪費(fèi)了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。虛擬實(shí)驗(yàn)的智能化控制功能，能在一定程度上避免這種情況發(fā)生。這些環(huán)節(jié)也能激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中的主動性，能夠糾正學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中不愛動腦筋的毛病。

2? ? ?虛擬實(shí)驗(yàn)在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的弊端

雖然虛擬實(shí)驗(yàn)具備很多優(yōu)點(diǎn)，但虛擬實(shí)驗(yàn)在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也有很多不足。

2.1? ?不能鍛煉學(xué)生的實(shí)踐動手能力

虛擬實(shí)驗(yàn)主要通過計(jì)算機(jī)操作完成實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在虛擬基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中沒有接觸到具體的實(shí)物，沒能進(jìn)行真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作鍛煉，對學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的提高沒有幫助。相比之下，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對學(xué)生動手操作能力的鍛煉、實(shí)驗(yàn)技能的提高方面有著不可替代的作用。

2.2? ?不利于鍛煉學(xué)生的思維能力

真實(shí)的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)操作中，經(jīng)常會發(fā)生很多預(yù)想不到的超常問題和現(xiàn)象，甚至?xí)袑?shí)驗(yàn)失敗的風(fēng)險(xiǎn)，這些問題虛擬實(shí)驗(yàn)中一般不會出現(xiàn)。虛擬基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)一般都是模擬經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不能替代真實(shí)實(shí)驗(yàn)，只能驗(yàn)證結(jié)果，不適合發(fā)現(xiàn)新的內(nèi)容，不能進(jìn)行創(chuàng)新，也不能用于驗(yàn)證創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性和正確性。不發(fā)生意外是虛擬基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)最大的弊端，因?yàn)榻鉀Q實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)生的這些問題，可以培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力及科學(xué)思維能力。但是，虛擬基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)則未起到鍛煉科學(xué)思維能力的作用，不適合用于鍛煉學(xué)生的分析思考問題、解決問題的科學(xué)思維能力。

2.3? ?不利于培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作精神

傳統(tǒng)形式的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，都需要各實(shí)驗(yàn)小組的成員協(xié)作完成，組內(nèi)成員實(shí)驗(yàn)過程中分工明確，互相協(xié)助，共同完成實(shí)驗(yàn)，在這個過程中，無形中培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。虛擬基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，每個人一臺電腦，獨(dú)立操作就可以完成，不需要分小組，實(shí)驗(yàn)過程中基本沒有成員間的語言溝通交流，更不需要協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)，所以不利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識。

3? ? ?虛擬實(shí)驗(yàn)在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用策略

基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)因客觀條件限制難以實(shí)施的內(nèi)容上發(fā)揮優(yōu)勢虛擬實(shí)驗(yàn)只能作為真實(shí)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充和延伸，作為基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的輔助手段。虛擬實(shí)驗(yàn)可以用于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的預(yù)實(shí)驗(yàn)，作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的前期準(zhǔn)備或鋪墊，以減少傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的失誤，提高教學(xué)效率;還可以用于鞏固傳統(tǒng)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)所學(xué)的知識，增強(qiáng)對所學(xué)知識的理解，提升基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中要協(xié)調(diào)好虛擬實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的關(guān)系，充分發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)具有的優(yōu)勢，將虛擬實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)完美結(jié)合，使虛擬實(shí)驗(yàn)作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的有益補(bǔ)充，彌補(bǔ)真實(shí)實(shí)驗(yàn)中的缺陷和不足。在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，相關(guān)部門應(yīng)根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)階段，將經(jīng)典的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容納入基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的授課計(jì)劃中，與傳統(tǒng)真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容相互呼應(yīng)，構(gòu)建虛擬仿真的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，提高基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)效果，推進(jìn)“強(qiáng)實(shí)踐、重創(chuàng)新”的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，提高應(yīng)用型醫(yī)學(xué)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

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