数字化生理心理实验平台

    该平台利用计算机模拟技术和应用虚拟化技术,实现对人体生理、心理功能等复杂系统的数字化和可视化。计算机仿真技术可以实现数字化大脑并彻底改变传统生理心理学的实验教学模式。而应用虚拟化技术可以让学习者随时开展跨平台、跨终端的学习行为,实现了学生自主的数字化学习

(1) 实验项目

表1: 数字化生理心理实验项目一览表

实验项目名称

项目类型

实验时数

实验人数

1. 神经系统虚拟解剖---脊髓、脑干

基础型

3

60

2. 神经系统虚拟解剖---大脑、小脑、间脑

基础型

3

60

3. 神经系统虚拟解剖---脊、脑、植物性神经

基础型

3

60

4. 运动、循环系统虚拟解剖

基础型

3

60

5. 呼吸、消化系统虚拟解剖

基础型

3

60

6. 泌尿、生殖系统虚拟解剖

基础型

3

60

7. 学习、记忆、情绪相关脑区的虚拟解剖

综合型

3

60

8. 脊髓反射活动的虚拟解剖构建与分析

综合型

3

60

9. 感觉神经传导通路虚拟解剖

综合型

3

60

 

(2) 功能与效果

    交互式虚拟人体解剖实验是指应用计算机虚拟技术配合双向交互式人机界面,以高分辨率连续人体断层扫描数据为基础,利用计算机技术对人体结构进行三维重建,将人体的复杂结构例如大脑等直观、细致的展现出来,并允许学生自主地选择感兴趣的不同结构,从任意角度观察三维立体结构,使学生更清晰、更准确的掌握人体组织解剖结构。该交互式虚拟人体解剖实验,摆脱了对传统实验室的依赖,实现了学生自主数字化学习,大幅度提高了学生学习的自主性。

图1:交互式虚拟解剖实验系统截图

1)该实验平台主要特点与功能:

该实验平台:(1)依赖大量的连续人体断层扫描数据信息(每个断层厚度1mm),能涵盖人体所有的解剖结构,能方便地观察全身任何一个器官的形态、内部结构、在人体中的位置以及断层中的位置,并且可以做任意角度的旋转观察,可用于系统解剖学、局部解剖学、断层解剖学、以及运动解剖学等多门课程的教学;(2)能提高学生对人体的局部与整体之间关系的比较认识,巩固理论知识;(3)能够摆脱传统解剖实验教学对实验教学材料例如人类尸体等的依赖,学生可联网自主选择感兴趣的人体组织结构进行自主学习;(4)所有解剖结构名词可设中英文对照,并配备标准美语发音,便于学生掌握结构的英文词汇,有利于双语教学;(5)教师可以根据课程需要随机选取任意结构,系统自动生成授课软件,可对教学过程中学生随时产生的不同疑问进行解答;(6)可通过教学评价和评估系统实时反馈、评估教学及学习效果。

2)激发学习兴趣、改善教学效果:

交互式虚拟人体解剖实验项目能够摆脱传统解剖实验教学对实验室的依赖,允许学生通过交互终端自主选择感兴趣的组织结构进行观察学习,大幅度激发学生学习的兴趣,有利于提高学生学习的自主性;该实验项目可通过实时监控、反馈提高教学过程中互动交流,包括实时答疑,从而很好的改善教学效果,提高教学质量。

3)提升科研水平、促进国际交流

数字化生理心理平台的构建可使解剖、心理学的教学及相关科研摆脱原本固有教学和科研模式的时间、空间的限制,从而大幅度提升学生学习自主性、积极性,科研便利性、创新性,进而有效提升教学质量及科研水平。目前此项虚拟仿真实验教学平台的应用在国际上也处于领先水平,可进一步促进实验中心与国际著名教学机构的教研合作和学术交流。

4)促进科研成果转化为实验教学内容:

数字化生理心理实验平台所具备的实验设备可支持将教师科研成果转化为实验教学内容;同时该科研成果可拓展虚拟仿真实验教学的范围、丰富虚拟仿真实验教学内容,开拓学生视野、提升知识结构、培养综合设计和创新能力。