胡晓松 潘克俭 张 晓 杨 拯 冯 军

成都医学院 四川成都 610083

现代教育技术与装备

依托虚拟仿真实验教学平台促进医学生实践创新能力

胡晓松 潘克俭 张 晓 杨 拯 冯 军

成都医学院 四川成都 610083

现代教育技术是培养创新人才的重要手段，为了有效合理地利用现代教育技术，促进学生实践创新能力的培养，成都医学院通过构建虚拟实验网络教学系统和临床仿真实验室，按照虚实结合的原则，开展实验教学，促进了学生创新能力的培养，提高了教学质量。

实验教学；虚拟仿真实验；创新能力；医学

创新人才的培养是国家科技持续发展进步的关键，医学作为一门重实践和应用服务的学科，实验教学在高等医学实施创新教育、培养创新性人才中起着举足轻重的作用[1]。随着高等教育改革的不断深化，传统的医学实验教学模式受到专业特殊性、场地、设备、师资等众多因素的限制极大地制约着学生创新意识和创新能力的培养。20世纪90年代后期，虚拟仿真技术由于其高效率、低成本、安全性和灵活性等优点在国内医学院校的实验教学中逐渐得到应用，为医学教育改革及专业人才培养开辟了新的途径。

1 虚拟仿真技术的特点

虚拟仿真技术，又称虚拟现实技术，是用计算机创建一个可视化实验操作环境，通过操作这些虚拟实验仪器或设备，即可进行各种实验，达到与真实实验相一致的教学目的和要求[2]。医学虚拟仿真系统具有多感知性、沉浸感、交互性和构想性等特征[3]，该系统通过在计算机环境中建立的虚拟实验环境，使实验者可以像在真实的环境中一样运用各种虚拟实验器械和设备，对实验动物或标本、仿真人体器官进行虚拟操作，实现模拟操作人员的各种感官反馈，使其获得身临其境的学习体验，并完成各种预定的实验项目[4]。

2 虚拟仿真系统在医学实验教学中的优势

在现代医学教育课程中，实验室训练操作是医学生获得必要综合技能不可或缺的环节之一。因此，在医学实践性教学环节中，利用计算机网络向学习者提供“自主式”“交互式”“开放式”的实验环境已成为现代教育技术应用的一大趋势，在现代高等医学教育中有着传统教学手段无法比拟的优势。

2.1 拓展实验项目，开阔知识领域

由于受医学伦理学限制或实验本身具有高风险性，许多医学实验不具备开设实验的条件，有些实验如人体组织取材、穿刺、插管等有创的临床操作项目，部分高致病性微生物实验、剧毒类或放射性物质实验等要求的实验条件非常高。此外，部分涉及行业前沿技术的实验项目，可能由于实验仪器昂贵，或操作专业性要求高，实验准备或操作时间太长，也限制了其广泛开展。

2.2 改进实验手段，提高教学效果

在现代医学教育课程中，医学生只有通过足够的实验室训练操作才能获得必要的实验技能，并初步具备一定的临床工作能力。通过虚拟三维软件技术可提供真实、安全、生动的实验学习环境，突破实验教学的重点及难点[5]，解决许多现实实验中实现不了的困难，并将抽象的内容具体化、形象化，从而显著提高学习效率。

2.3 节约实验成本，减少环境污染

昂贵的先进仪器和实验动物、实验试剂、器材成本一直居高不下，是困扰医学实验教学的一个难题[6]。尤其是解剖学实验所需要的人体标本，消耗量大且资源难得、重复使用率低，即使实验勉强开出，也存在每组实验人员过多，教学效果不够理想等问题。此外，医学仪器设备通常维护更新成本较高，部分实验产生的废液废料或动物标本可能污染环境或存在致病风险，需要通过专门途径回收或焚烧、掩埋处理。而虚拟仿真实验则无须额外增加实验成本，也不存在实验材料紧张或过期等问题，可长期、大范围重复使用。

2.4 突破时空局限，实现实验室开放

通过Inter网络，学生可以自拟、自选实验题目，实现无时间、空间限制的模拟实验，让学生自主参与实验，可充分激发学生的学习兴趣。此外，通过重复仿真实验的标准操作，可培养学生对医学仪器设备、器械的正确使用，实验或技术的规范化操作，将有利于提高学生的专业技能。

3 虚拟仿真系统在培养医学生实践创新能力中的作用

创新能力的培养，核心在创造性思维的培养。创造性思维包括发散思维、形象思维、直觉思维、逻辑思维、辩证思维、横纵思维等六要素[7]，医学生创造性思维能力的培养，对未来的临床诊疗工作具有重要意义[8]。

医学虚拟仿真实验教学平台通过提供全天候的开放式实验环境，学生以自拟、自选实验项目，自行组织实验，使医学生有条件在教师指导下从灌输式被动学习到主动积极灵活学习的转变[9]，这种学生自主、协作式学习的模式，可开拓学生视野，易调动学生的情感参与，有利于激发学生的求知欲，充分调动其学习积极性[10]，有益于最大限度地发挥学生的主动性和创造性。

同时，虚拟仿真实验平台开放、逼真、丰富的立体化教学资源和实验情境[11]，能够变复杂为简单，化抽象为具体，将机体宏观或微观结构、生理、病理现象、机制或实验过程表现得形象生动、淋漓尽致，并通过仿真实验情境提供的交互性，实现对多种感官的同时刺激，增加表象积累，加强观察及构想能力，有利于学生对知识的内化和迁移，从而促进了学生形象思维和直觉思维能力的发展。

此外，虚拟仿真实验平台提供的网络教学环境，通过模拟对某一复杂病例的诊断、治疗、评估等过程，能发挥广泛讨论、交流、学术民主的优势，鼓励自由想象、自由尝试。因此，能集思广益，便于不同观点的碰撞与交流，并在教师的指导示范下，实现对于复杂问题的解决和掌握，从而有利于学生逻辑思维和辩证思维能力的培养。

4 我校虚拟仿真系统的构建

我校在虚拟仿真实验环境建设方面起步较早，2005年建成显微数码互动实验室，2006年购买了Motic全自动扫描显微镜开始自制数字切片[12]，并逐渐建设了数字切片网络系统，应用于形态学实验教学；2010年与成都泰盟科技有限公司合作开发了基于BL-410信号采集的仿真实验项目，在医学机能实验学中开展虚拟仿真实验教学。2012年，学校以建设共享优质实验教学资源为目标，整合资源，将原分散于各实验室的虚拟仿真实验教学软件统一到一个基于校园网的医学虚拟实验大平台，实现统一身份认证、统一管理，建立了医学虚拟仿真实验教学中心。2013年8月，教育部高等教育司发文《关于开展国家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)开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设遴选，我校医学虚拟仿真实验教学中心正式成为100所国家级虚拟仿真实验教学中心建设单位。

4.1 医学虚拟实验网络教学系统的构建

医学虚拟实验网络教学系统主要由基础医学、临床医学、药学、PBL实验教学等四个模块构成。基础医学模块包括人体解剖学的数字人解剖系统，医学形态学(含组织学、病理学、医学寄生虫学、药植学、医学生物学等)的数字切片库系统，医学机能学(含生理学、药理学、病理生理学)、细胞生物学、病原学虚拟实验系统等。临床医学模块主要开展心脏停搏、心律失常等临床训练综合实验项目。药学模块包括药物化学、药物分析、药物制剂方面的实验项目等。PBL实验教学模块可实现模拟患者就诊、体检、实验室辅助检测、诊断和案例分析与讨论(含文献检索、阅读、发病机制演示等)等教学全过程。

4.2 临床仿真实验室的构建

该实验室主要应用于临床技能实验教学中心，由仿真设备及模型构成，装备有高功能模拟人及心肺听诊、腹部触诊、心肺复苏及腰椎穿刺等训练模拟及仿真OSCE考试、手术直播、录播示教等系统。

5 我校虚拟仿真系统的应用

作为培养学生创新能力的重要场地，我校在开展实验教学时，要求所有涉及虚拟实验教学的课程均遵循“以实为本，以虚补实，虚实结合”的原则，充分考虑虚拟实验的应用限度[13]，在保证教学大纲要求的真实实验的基础上，适当增加虚拟实验在实验教学的比重及结合度。譬如，在局部解剖学实验中，除完成教师要求的实体分部解剖操作外，可增加其他部位解剖的虚拟实验。在组织学或病理学实习中，可在实验课中或课后，完成数字切片的观察或病理讨论内容。

在医学虚拟仿真实验教学平台的应用过程中，我们发现，作为一种新生事物已经从最初的好奇、抵触甚至质疑，目前已成为师生都主动参与的实验教学及学习手段。据统计，我校医学实验课程开展虚拟实验的比例已达92%，课中及课后学生通过网络开展虚拟实验的累计时数与真实实验的比例高达120%～260%。虚拟仿真实验教学平台的应用不仅积极推动了实验教学改革的探索、实践，而且极大地促进了学生实践动手和创新能力的培养，并取得了一批教学成果。2011～2012年，毕业生参加临床医师执业资格考试，通过率分别为63.06%和74.02%，高于全国平均水平，近三年毕业生就业率始终保持在90%以上；2012年，学生获“全国高等医学院校大学生临床技能竞赛”西南西北赛区一等奖和全国总决赛一等奖；2013再获西南西北赛区一等奖和全国总决赛二等奖；2011～2013年，获全国大学生“挑战杯”科技作品三等奖2项，2010年和2012年，参加全国大学生基础医学创新实验大赛各获1项三等奖。

6 结束语

我校仿真实验教学平台已成为高素质应用型医学人才培养的重要平台。我们相信，随着现代信息技术的发展，医学仿真实验教学平台将不断丰富、完善，将给传统的实验教学注入新的活力，为高等医学教育的发展和改革带来新的机遇，并对高素质医学专业创新性人才培养产生深远的影响。

[1] 张宏颖，邹原，张嘉宁.构建培养创新实践能力的医学形态学立体化教学体系[J].中国高等医学教育，2012(11)：81-83.

[2] 康娜，赵海军.浅析虚拟仿真实验在提升高职实践课中的凸显优势[J].商情，2011(47)：74.

[3] 谭珂，潘新华，高原.医学虚拟仿真教学环境的构建[J].中国医学教育技术，2012，26(5)：535-538.

[4] 门秀丽，赵利军，孔小燕.虚拟仿真实验系统在病理生理学教学中的应用[J].基础医学研究，2013，15(2)：148-149.

[5] 高芸.虚拟现实技术在医学教育中的应用[J].成都中医药大学学报：教育科学版，2013(3)：47-48.

[6] 曹丁，李文建.虚拟现实技术在医学实验教学中的应用[J].中国医药指南，2013，11(3)：367-368.

[7] 陈海英.高等教育中的创新教育与创造性思维的培养[J].新西部：理论版，2011(11)：179，171.

[8] 徐云生.医学生创造性思维能力培养的意义[J].高教研究，2012，30(12)：6-7.

[9] 张兰华，张金池，张兆臣.虚拟医学教学系统的实践应用研究[J].中国高等医学教育，2012(10)：80-81.

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[12] 王霞，李娟，张明.基于网络的数字切片系统在医学形态学教学中的应用[J].医疗卫生装备，2011，32(11)：135-136.

[13] 李斯萌，杨雪，黄海林.医学虚拟实验的教学应用限度研究[J].中国高等医学教育，2012(12)：4-5，20.

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

胡晓松，副教授，实验室主任。

2011年四川省“高等教育质量工程”项目；成都医学院教育教学改革研究项目(编号：JG201224)资助。