【摘要】食品微生物學(xué)實驗是培養(yǎng)學(xué)生動手操作能力培訓(xùn)的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，但是傳統(tǒng)的食品微生物實驗存在實驗教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)手段單一、課時利用率不高等局限。文章分析傳統(tǒng)食品微生物實驗教學(xué)的局限，探討現(xiàn)代虛擬仿真技術(shù)在食品微生物學(xué)實驗教學(xué)中的意義及不足，為食品微生物學(xué)的虛擬實驗仿真技術(shù)的開發(fā)提供參考。

【關(guān)鍵詞】食品微生物學(xué)；實驗教學(xué)；虛擬仿真

食品微生物學(xué)是食品類專業(yè)學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有很強(qiáng)的實踐性，對培養(yǎng)學(xué)生動手操作能力、獨立思考能力及綜合解決問題能力有著舉足輕重的作用。在目前的高校食品微生物學(xué)課程建設(shè)中，重視實驗教學(xué)、實驗比重大是其教學(xué)的一個特點。但如何高效運用實驗教學(xué)，提升大學(xué)生創(chuàng)新能力和科學(xué)素質(zhì)，成為了亟待解決的研究課題。虛擬仿真技術(shù)是以計算機(jī)軟件和硬件技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合三維計算機(jī)圖形技術(shù)，廣角立體顯示技術(shù)，對觀察者頭、眼、手的跟蹤以及信息反饋互動，形成集圖像、動畫、聲音為一體的虛擬現(xiàn)實世界的技術(shù)[1-2]。近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與普及，虛擬仿真技術(shù)越來越商業(yè)和普遍化，逐漸運用到很多領(lǐng)域[3]。其中，將虛擬仿真技術(shù)運用到傳統(tǒng)實驗教學(xué)中，是實驗教學(xué)改革的一項重要內(nèi)容。利用虛擬仿真實驗教學(xué)技術(shù)，可以幫助學(xué)生在開放、自主、快速的虛擬實驗環(huán)境中，體驗到高效、安全且經(jīng)濟(jì)的實驗操作過程[4]。對于實驗周期長、操作準(zhǔn)備復(fù)雜或?qū)嶒灠踩噪y以滿足的食品微生物實驗教學(xué)項目來說，虛擬仿真實驗教學(xué)可克服傳統(tǒng)實驗教學(xué)的不足，利用現(xiàn)代信息技術(shù)的優(yōu)勢，提高實驗教學(xué)的效率。

1食品微生物實驗教學(xué)主要存在的問題

從我校近幾年食品微生物學(xué)實驗課程的開設(shè)及執(zhí)行情況來看，通過不斷的教學(xué)總結(jié)和反思，食品微生物實驗教學(xué)主要存在以下問題：

1.1實驗教學(xué)內(nèi)容單一。食品微生物學(xué)作為一門實踐性學(xué)科，更加強(qiáng)調(diào)的知識的應(yīng)用而非記憶。在我校，食品微生物學(xué)實驗課時比例占總學(xué)時的50%（理論學(xué)時和實驗學(xué)時各32學(xué)時），實驗課時的設(shè)置比例非常高[5]。從目前實驗課的開課內(nèi)容來看，主要借鑒其他農(nóng)林和工科院校的開課經(jīng)驗，在符合我校和我院的基本情況的基礎(chǔ)上，選擇了幾個基礎(chǔ)實驗開設(shè)，如培養(yǎng)基的配置、革蘭氏染色、菌落總數(shù)的測定、大腸菌群的測定及微生物細(xì)胞計數(shù)方法等基礎(chǔ)操作實驗內(nèi)容。但是，對于食品科學(xué)專業(yè)學(xué)生而言，一些關(guān)于微生物在食品生產(chǎn)上的應(yīng)用類的實驗很難開設(shè)（如利用酵母菌發(fā)酵生產(chǎn)酒類；微生物在傳統(tǒng)食品，如豆瓣醬、腐乳、醋、發(fā)酵火腿等生產(chǎn)中的應(yīng)用；工業(yè)生產(chǎn)上微生物的在線控制；食品致病菌的檢測）。再者，因食品微生物實驗耗時較長，操作易污染，失敗率較高等原因，限制了食品微生物綜合性和探究性實驗的開展。實踐應(yīng)用是食品微生物學(xué)作為一門應(yīng)用學(xué)科區(qū)別于基礎(chǔ)微生物學(xué)的最本質(zhì)的特征，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置在注重實踐能力培養(yǎng)方面顯然存在不足。這一情況在其他院校，特別是工科基礎(chǔ)相對薄弱的醫(yī)學(xué)院校的食品微生物學(xué)實驗的開課過程中非常普遍。

1.2實驗教學(xué)手段單一。目前，傳統(tǒng)的食品微生物學(xué)的實驗教學(xué)的教學(xué)方式在激發(fā)學(xué)生興趣方面，也有不足。實驗內(nèi)容的開設(shè)多以基礎(chǔ)驗證性為主，絕大多數(shù)學(xué)生對老師的講解及實驗指導(dǎo)書非常依賴，只會嚴(yán)格按照實驗指導(dǎo)書的步驟一一操作，實驗報告的撰寫也是千篇一律，不會主動分析實驗結(jié)果產(chǎn)生誤差的原因，不能深刻理解實驗的目的與意義。有的學(xué)生甚至利用實驗時間，不認(rèn)真做實驗，悄悄完成實驗報告，實驗結(jié)果完全依靠理論知識來簡單推理，而不是客觀真實地反應(yīng)實驗現(xiàn)象[6]。這類實驗課程的開設(shè)，對提高學(xué)生的實驗操作能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不利，亦會造成實驗資源的巨大浪費。

摘要：以中國知網(wǎng)檢索的相關(guān)文獻(xiàn)為研究對象，借助Citespace軟件繪制醫(yī)學(xué)領(lǐng)域虛擬仿真實驗研究知識圖譜。識別出虛擬仿真醫(yī)學(xué)方向、醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)改革、醫(yī)學(xué)實驗虛擬仿真技術(shù)等熱點。醫(yī)學(xué)領(lǐng)域虛擬仿真實驗研究還應(yīng)擴(kuò)充醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗案例庫，完善科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)；引入前沿信息技術(shù)，提高醫(yī)學(xué)實驗仿真效果；打造醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)“金課”，培養(yǎng)實踐型人才。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真實驗；醫(yī)學(xué)虛擬仿真；虛擬仿真技術(shù)；知識圖譜

隨著新工科的建設(shè)發(fā)展，市場對人才的專業(yè)技能要求不斷提升，考慮到傳統(tǒng)教學(xué)在真實場景模擬方面的局限性，高校逐漸重視虛擬仿真實驗的研究[1-2]，在虛擬環(huán)境中實現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)場景難以實現(xiàn)的教學(xué)功能。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，傳統(tǒng)的教學(xué)方式難以讓學(xué)生感觸到醫(yī)院真實的診斷場景，理論知識學(xué)習(xí)與臨床實踐分年級進(jìn)行，影響學(xué)生的醫(yī)學(xué)技能的掌握水平[3]。醫(yī)學(xué)影像[4]設(shè)備較為昂貴，缺少實驗設(shè)備的教學(xué)，效果會大打折扣。而虛擬仿真實驗教學(xué)依托虛擬現(xiàn)實、3D技術(shù)、人機(jī)交互、多媒體等新興技術(shù)構(gòu)建高仿真的虛擬實驗環(huán)境，將理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合，成本相對較低，效果較為良好[5]，這也是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)嶒灲虒W(xué)的發(fā)展方向之一。

1數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.1數(shù)據(jù)來源

為繪制醫(yī)學(xué)領(lǐng)域虛擬仿真實驗研究知識圖譜，以“醫(yī)學(xué)虛擬仿真”為關(guān)鍵詞檢索中國知網(wǎng)，共檢索近十年（2012年1月-2022年2月）共419篇文獻(xiàn)作為研究對象。

1.2研究方法

【摘要】以中國知網(wǎng)（CNKI）、萬方數(shù)據(jù)、重慶維普三大中文全文數(shù)據(jù)庫收錄的全國24所中醫(yī)藥院校在2011—2021年發(fā)表的689篇虛擬仿真相關(guān)期刊論文為分析樣本，旨在對虛擬仿真技術(shù)在中醫(yī)藥院校的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展進(jìn)行介紹和探討。文章借助Excel、NoteExpress文獻(xiàn)統(tǒng)計軟件、RStudio云圖制作等軟件對文獻(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，并制作圖表，進(jìn)而從文獻(xiàn)產(chǎn)量、質(zhì)量、內(nèi)容、應(yīng)用領(lǐng)域四個方面進(jìn)行綜合闡述和評價。結(jié)果表明：近十年，各中醫(yī)藥院校虛擬仿真相關(guān)論文數(shù)量增長迅速，但論文質(zhì)量不高；研究熱點內(nèi)容多集中在虛擬實驗教學(xué)、虛擬篩選、分子對接等方面，且虛擬仿真技術(shù)已逐漸滲透到中醫(yī)藥領(lǐng)域的各個方面。最后就此次文獻(xiàn)研究中發(fā)現(xiàn)的虛擬仿真技術(shù)在院校間的發(fā)展存在差距，學(xué)科發(fā)展不均衡，期刊質(zhì)量有待提高等問題提出建議和方向。

【關(guān)鍵詞】中醫(yī)藥院校；虛擬仿真；文獻(xiàn)計量學(xué)

虛擬仿真技術(shù)是在多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息科技迅猛發(fā)展的基礎(chǔ)上，將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。該技術(shù)發(fā)展可追溯到20世紀(jì)80年代，最初被美國軍方用于對飛行員和宇航員的模擬訓(xùn)練。隨著社會不斷進(jìn)步和科技的不斷創(chuàng)新，虛擬仿真技術(shù)逐漸轉(zhuǎn)向民用，并逐漸應(yīng)用于教育、醫(yī)療、工業(yè)、科技、交通等領(lǐng)域［1］。近年來，國外高校在教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)方面取得了巨大成果。中國為加快推進(jìn)信息技術(shù)與高校實驗教學(xué)的融合，不斷強(qiáng)化優(yōu)質(zhì)實驗教學(xué)資源的開發(fā)與應(yīng)用，從2010年開始，國務(wù)院和教育部出臺了一系列相關(guān)政策，大力提倡高校建立虛擬仿真實驗中心。2014年教育部批準(zhǔn)了100個國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心。2017—2020年，教育部開展普通本科高等院校示范性虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)工作。為貫徹落實國務(wù)院《中醫(yī)藥發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃綱要（2016—2030年）》［2］，中醫(yī)藥虛擬仿真技術(shù)的開發(fā)也正在大力開展，虛擬仿真技術(shù)在中醫(yī)藥領(lǐng)域的發(fā)展與崛起也為中醫(yī)藥院校帶來前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。近些年，中醫(yī)藥高校在學(xué)校的建設(shè)中，已將虛擬仿真技術(shù)廣泛應(yīng)用于中醫(yī)理論、中藥、中醫(yī)診治、中醫(yī)教育及中醫(yī)藥健康服務(wù)產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域［3］。當(dāng)前，中國的院校教育是高等教育的主體，是學(xué)術(shù)成果、論文產(chǎn)出的重要基地。文獻(xiàn)作為科研產(chǎn)出的主要形式，其數(shù)量和質(zhì)量能從側(cè)面反映出該領(lǐng)域的研究水平和最新進(jìn)展［4］。在2011—2021年十年間，中醫(yī)藥院校的虛擬實訓(xùn)平臺建設(shè)情況如何？該研究基于文獻(xiàn)計量學(xué)的方法，對全國24所中醫(yī)藥院校2011—2021年所發(fā)表的論文情況進(jìn)行分析，以期為中醫(yī)藥院校學(xué)科建設(shè)和傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)發(fā)展提供參考。

1資料來源與研究方法

該研究以中國知網(wǎng)（CNKI）、萬方數(shù)據(jù)、重慶維普三大中文全文數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)來源，以全國獨立法人建制的24所高等本科中醫(yī)藥院校為檢索對象，其名稱如下（以首個漢字拼音排序）：安徽中醫(yī)藥大學(xué)、北京中醫(yī)藥大學(xué)、成都中醫(yī)藥大學(xué)、福建中醫(yī)藥大學(xué)、甘肅中醫(yī)藥大學(xué)、廣西中醫(yī)藥大學(xué)、廣州中醫(yī)藥大學(xué)、貴州中醫(yī)藥大學(xué)、河北中醫(yī)學(xué)院、河南中醫(yī)藥大學(xué)、黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)、湖北中醫(yī)藥大學(xué)、湖南中醫(yī)藥大學(xué)、江西中醫(yī)藥大學(xué)、遼寧中醫(yī)藥大學(xué)、南京中醫(yī)藥大學(xué)、山東中醫(yī)藥大學(xué)、山西中醫(yī)藥大學(xué)、陜西中醫(yī)藥大學(xué)、上海中醫(yī)藥大學(xué)、天津中醫(yī)藥大學(xué)、云南中醫(yī)藥大學(xué)、長春中醫(yī)藥大學(xué)、浙江中醫(yī)藥大學(xué)；選擇數(shù)據(jù)范圍為期刊論文；選擇時間范圍為2011—2021年；以“虛擬＋中醫(yī)藥”為主題詞檢索虛擬仿真平臺建設(shè)的相關(guān)文獻(xiàn)，然后查看題目、摘要、確定文獻(xiàn)是否符合入選標(biāo)準(zhǔn)，如不能確定，則查看內(nèi)容并進(jìn)行綜合分析篩選；只納入第一作者或通信作者的論文為該校論文；用Excel軟件，借助Note－Express文獻(xiàn)整理工具和RStudio云圖制作軟件對篩選出的文獻(xiàn)進(jìn)行文獻(xiàn)產(chǎn)量、文獻(xiàn)質(zhì)量、文獻(xiàn)內(nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域的圖表分析與結(jié)果研究。

2圖表分析與結(jié)果研究

2．1文獻(xiàn)產(chǎn)量分析。共篩查到全國24所中醫(yī)藥院校2011—2021年虛擬仿真相關(guān)期刊論文689篇，利用Excel軟件對篩選出的論文按照年份進(jìn)行統(tǒng)計歸納，生成折線圖（如圖1所示）。從圖1可以看出，從2011年到2021年，全國24所中醫(yī)藥院校有關(guān)虛擬仿真方面的文獻(xiàn)量總體是增加的；隨著2014年教育部對國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)的投入，自2014年開始虛擬仿真相關(guān)文獻(xiàn)的數(shù)量出現(xiàn)明顯增長，且在2015年后增速明顯；2016—2019年間發(fā)文量略有下降但保持穩(wěn)定狀態(tài)；2019之后增速明顯，這種增速很大一部分因素是源于國家和教育部對虛擬仿真項目的更加重視［5］。該研究對各中醫(yī)藥院校的發(fā)文量進(jìn)行進(jìn)一步篩選統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)發(fā)文量位列前五的是北京中醫(yī)藥大學(xué)（64篇）、南京中醫(yī)藥大學(xué)（57篇）、山東中醫(yī)藥大學(xué)（50篇）、廣州中醫(yī)藥大學(xué)（48篇）和上海中醫(yī)藥大學(xué)（42篇），其中北京中醫(yī)藥大學(xué)發(fā)表相關(guān)文獻(xiàn)最多（如表1所示）。這5所院校也是國家最早興建的中醫(yī)藥高等院校，具有良好的學(xué)術(shù)聲望和優(yōu)質(zhì)的科研資源［6］，近些年在虛擬仿真平臺建設(shè)方面也走在全國中醫(yī)藥院校的前列。從表1不難看出，單就發(fā)文量來說，各院校間存在明顯差異，這也從側(cè)面反映了各院校虛擬仿真技術(shù)的各項投入和建設(shè)情況的差異，位于東部地區(qū)包括北京、上海、廣州、山東等省份地理位置優(yōu)越、科教規(guī)模大的中醫(yī)藥大學(xué)，其虛擬資源的投入和論文析出情況均優(yōu)于其他地區(qū)院校。

［摘要］在豐富實驗教學(xué)形式和教學(xué)效果的同時，虛擬仿真技術(shù)也促進(jìn)了實驗教學(xué)與理論教學(xué)的融合。文章主要論述了在大學(xué)化學(xué)教學(xué)實踐中，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用和對教學(xué)效果的影響，總結(jié)了虛擬仿真技術(shù)在課程中的切入點和展開形式，為數(shù)字化和信息技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中的推廣應(yīng)用提供實踐支持和借鑒。

［關(guān)鍵詞］虛擬仿真；大學(xué)化學(xué)；化學(xué)教學(xué)

化學(xué)是一門實踐的科學(xué)，理論教學(xué)與實踐教學(xué)的融合是高等學(xué)校化學(xué)教學(xué)中的核心問題之一，兩者的有機(jī)結(jié)合將有助于學(xué)生加深對于物質(zhì)結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)理的理解[1]。然而由于時間、空間的限制，化學(xué)實驗與化學(xué)理論教學(xué)往往被分成兩個平行的教學(xué)課程，因此不少學(xué)生在學(xué)習(xí)中存在機(jī)理—結(jié)構(gòu)—現(xiàn)象之間的割裂，只能依靠死記硬背學(xué)習(xí)理論知識，無法做到活學(xué)活用和真正掌握。隨著信息化技術(shù)在教學(xué)中的深入，虛擬仿真技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中越來越受到重視[2]。虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，是對傳統(tǒng)課堂的數(shù)字化延伸，其具有可視化，直觀，沉浸感強(qiáng)的獨特優(yōu)點，又能夠?qū)崿F(xiàn)一些由于時間、空間、成本、安全等因素?zé)o法開展的實踐內(nèi)容，在工科實驗教學(xué)中有著廣闊的應(yīng)用前景[3]。除了在化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用之外，虛擬仿真技術(shù)還能夠?qū)嶒瀴嚎s進(jìn)課堂，動態(tài)呈現(xiàn)微觀機(jī)理，在豐富課堂教學(xué)形式的同時強(qiáng)化實驗與理論之間的聯(lián)系，在激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的同時提升學(xué)生知識理解程度，實現(xiàn)由理論到實踐再到理論的良性循環(huán)[4]。

一、微觀結(jié)構(gòu)的宏觀三維呈現(xiàn)

高等學(xué)校化學(xué)教學(xué)中，反應(yīng)機(jī)理往往是相關(guān)章節(jié)的難點。該部分內(nèi)容相對抽象，考驗學(xué)生對于分子微觀結(jié)構(gòu)的思考能力。以旋光異構(gòu)為例，本章節(jié)涉及大量內(nèi)容需要同學(xué)認(rèn)識分子結(jié)構(gòu)的空間構(gòu)型，傳統(tǒng)教學(xué)依賴課本和PPT課件的平面化教學(xué)往往無法將教師所理解的知識完整傳遞給學(xué)生，尤其是對一些空間思維能力較弱的同學(xué)來說，面對這種教學(xué)方式存在不少理解上的難點。依靠虛擬仿真技術(shù)的三維建模，可以將原本抽象化的空間微觀結(jié)構(gòu)在宏觀層面呈現(xiàn)出來，允許學(xué)生對三維模型自由旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而對分子結(jié)構(gòu)的空間構(gòu)型產(chǎn)生直觀認(rèn)識，不僅能夠做到根據(jù)規(guī)則判斷旋光異構(gòu)類型的基本要求，還能深入直觀地理解該部分知識的本質(zhì)，而這正是傳統(tǒng)教學(xué)方案相對欠缺的。

二、反應(yīng)過程的動態(tài)呈現(xiàn)

化學(xué)反應(yīng)是高等學(xué)校化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容，而反應(yīng)機(jī)理又是該部分教學(xué)內(nèi)容的重點和難點。傳統(tǒng)教學(xué)中，呈現(xiàn)在學(xué)生面前的是靜態(tài)的反應(yīng)方程式，以烯烴加成反應(yīng)為例，盡管作為親電加成反應(yīng)表象相對簡單，但實際涉及原子軌道雜化、π鍵電子云分布、誘導(dǎo)與共軛效應(yīng)等內(nèi)容。僅僅通過死記硬背記住規(guī)律雖然可以應(yīng)付考試，但這種方式其實是對后續(xù)知識點的學(xué)習(xí)留下隱患，對于結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)，也僅僅停留在規(guī)則的簡單記憶上，一旦遇到復(fù)雜過程，學(xué)生便無法正確把握反應(yīng)規(guī)律。利用虛擬仿真技術(shù)的空間表達(dá)和動態(tài)表達(dá)，能夠使復(fù)雜的反應(yīng)歷程在生動起來的同時，富有條理性，將老師所想和學(xué)生所學(xué)所思真正連接在一起。不僅如此，通過合理設(shè)計，虛擬仿真還能對反應(yīng)歷程中一些抽象的概念，比如電子云分布，吸電子效應(yīng)，供電子效應(yīng)等做出具象化的描繪，從而加深學(xué)生對抽象概念的理解，從貼近科學(xué)事實的角度，全面立體地理解反應(yīng)歷程的本質(zhì)。

摘要:現(xiàn)階段，隨著我國科技水平的不斷提升，在很大程度上計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。當(dāng)前計算機(jī)技術(shù)在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，將先進(jìn)的信息技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計制造行業(yè)當(dāng)中，極大的促進(jìn)了機(jī)械行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步。本文首先分析了機(jī)械設(shè)計制造及其自動化中計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用;其次探討了計算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計制造及自動化中的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞:機(jī)械設(shè)計制造及其自動化;計算機(jī)技術(shù);應(yīng)用分析

先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用，生產(chǎn)制造出了大量先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備，在很大程度上促進(jìn)著機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，同時機(jī)械設(shè)計效率也得到了明顯的進(jìn)步，促進(jìn)了社會科技水平的提升。

一、機(jī)械設(shè)計制造及其自動化中計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用分析

(一)計算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)計制造及其自動化中積極的應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)，不僅能夠在很大程度上提升設(shè)計生產(chǎn)效率及質(zhì)量，而且工業(yè)生產(chǎn)精密度也隨之提升，這對于機(jī)械行業(yè)接下來的發(fā)展來說是極為有利的。在機(jī)械行業(yè)中積極的應(yīng)用計算機(jī)輔助技術(shù)，主要表現(xiàn)在以下幾個方面:首先，通過科學(xué)合理的分析機(jī)械設(shè)備的類型以及結(jié)構(gòu)，能夠為機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量提供強(qiáng)有力的保障;其次，借助計算機(jī)輔助技術(shù)合理的設(shè)計圖紙，使得圖紙更加的清晰，有效降低了傳統(tǒng)人工設(shè)計導(dǎo)致出現(xiàn)誤差的幾率;最后，借助計算機(jī)輔助技術(shù)，能夠在提升編輯以及修改的精準(zhǔn)度，有效降低了返修的概率，為接下來的生產(chǎn)制造提供了有力的參考依據(jù)。

(二)3D技術(shù)的應(yīng)用

[摘要]《生物分離工程》為我校釀酒工程專業(yè)必修課程。根據(jù)學(xué)科特點及學(xué)生專業(yè)知識儲備情況，從教材的選擇、教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化對教學(xué)知識體系進(jìn)行了設(shè)置；以案例教學(xué)法、虛擬仿真教學(xué)法為主要教學(xué)手段，積極構(gòu)建線上教學(xué)資源，拓寬學(xué)生學(xué)習(xí)途徑；探索課程思政元素的導(dǎo)入，進(jìn)行全方位的育人。課程取得了較好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]生物分離工程；釀酒工程；教學(xué)改革；教學(xué)知識體系；教學(xué)方法

生物制品涉及到人類生活的方方面面，由生物工程技術(shù)來實現(xiàn)。生物分離工程是生物工程技術(shù)的重要組成部分，為生物物質(zhì)的分離與純化環(huán)節(jié)[1]。因此設(shè)計高效、合理的生物分離方法，可大幅降低生物加工過程的成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力，促進(jìn)人類健康水平和生活質(zhì)量的提高以及社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[2]。《生物分離工程》已成為食品科學(xué)與工程、生物工程、釀酒工程等專業(yè)必修課程。因此，對我校釀酒工程專業(yè)《生物分離工程》課程進(jìn)行了教學(xué)改革探索與實踐。

1教學(xué)知識體系的選擇

教學(xué)知識體系為課程教學(xué)的基礎(chǔ)，是教學(xué)改革的關(guān)鍵，也是人才培養(yǎng)的前提。對教學(xué)知識體系的教學(xué)改革一直都是教學(xué)改革的集中領(lǐng)域[3]。

1.1教材的選擇

目前，各高校普遍使用的教材為天津大學(xué)孫彥主編化學(xué)工業(yè)出版社出版的《生物分離工程》、南京工業(yè)大學(xué)歐陽平凱主編化學(xué)工業(yè)出版社出版的《生物分離原理及技術(shù)》或內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)田瑞華主編科學(xué)出版社出版的《生物分離工程》等。結(jié)合學(xué)科特點及學(xué)生知識儲備情況，本校釀酒工程專業(yè)使用的教材為孫彥出版的《生物分離工程》，其它編者編著的《生物分離工程》為輔助學(xué)習(xí)參考書。

摘要:虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)是實現(xiàn)高等教育現(xiàn)代化的重要途徑，同時也是全面提升學(xué)生實驗技能最有效的方法之一。文章分別從虛擬仿真教學(xué)背景、平臺架構(gòu)模式、平臺構(gòu)建和平臺應(yīng)用方面出發(fā)，論述了法醫(yī)學(xué)虛擬仿真平臺的構(gòu)建方法和應(yīng)用前景，為法醫(yī)教學(xué)改革和提升本科教學(xué)水平提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞:法醫(yī)學(xué);虛擬仿真;教學(xué)改革

為貫徹落實《教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》（教高[2012]4號）精神，教育部在2013年了《關(guān)于開展國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》（教高司函[2013]94號），并于同年8月啟動首批國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心申報工作，截至目前為止，全國已建設(shè)有300個國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心。[1-2]由于虛擬仿真實驗具有高度還原性、高安全性和高創(chuàng)新性等優(yōu)點，這種技術(shù)已經(jīng)成為緩解實驗教學(xué)條件不足、提升學(xué)生創(chuàng)新能力以及激發(fā)學(xué)生潛能的有效方法。[3]法醫(yī)學(xué)是一門實踐性很強(qiáng)的學(xué)科，實驗練習(xí)是本專業(yè)學(xué)生掌握法醫(yī)學(xué)專業(yè)知識和相關(guān)技能的重要方法。然而，在法醫(yī)學(xué)實驗實踐中，面臨許多傳統(tǒng)方法難以解決的問題，如尸體解剖資源緊缺以及大型儀器設(shè)備昂貴，難以安排學(xué)生實際操作等問題。虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)，可以為解決法醫(yī)學(xué)中的這些難題提供切實可行的方法。

1法醫(yī)學(xué)虛擬仿真平臺架構(gòu)模式選擇

傳統(tǒng)的虛擬仿真平臺架構(gòu)模式主要包括“B/S架構(gòu)”和“C/S架構(gòu)”。“B/S架構(gòu)”是指數(shù)控虛擬仿真系統(tǒng)基于Browser/Ser-ver，即使用瀏覽器/服務(wù)器為基礎(chǔ)的架構(gòu)模式。[4]“C/S架構(gòu)”是指數(shù)控虛擬仿真系統(tǒng)基于Client/Server，即使用客戶/服務(wù)器為基礎(chǔ)的架構(gòu)模式。“C/S架構(gòu)”客戶端須要安裝應(yīng)用程序，相比較而言，“B/S架構(gòu)”客戶端可以通過瀏覽器訪問虛擬仿真用戶平臺，采用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信，這樣就突破了時間和空間的限制，方便用戶隨時隨地進(jìn)行使用。[5]“B/S架構(gòu)”模式是目前虛擬仿真平臺普遍采用的一種模式，因此，法醫(yī)學(xué)虛擬仿真平臺的建設(shè)也應(yīng)該首選這種架構(gòu)模式。

2法醫(yī)學(xué)虛擬仿真平臺構(gòu)建

法醫(yī)學(xué)虛擬仿真平臺主要由兩大模塊組成，包括學(xué)生模塊和教師模塊。學(xué)生模塊包括訓(xùn)練模塊、考核模塊以及互動模塊。教師模塊主要由用戶與權(quán)限管理模塊和學(xué)習(xí)統(tǒng)計與分析模塊。

作者：魏高峰 高萬玉 孫秋明 倪愛娟 謝新武 秦曉麗 邢楠 田豐 單位：軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所

數(shù)字醫(yī)學(xué)研究現(xiàn)狀

近年來，數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展使得人類社會進(jìn)入了數(shù)字化時代，同時也引起了許多學(xué)科領(lǐng)域的數(shù)字化變革，生命科學(xué)也不例外。通過與數(shù)字化技術(shù)的交叉融合，不僅大大加快了生命科學(xué)自身的發(fā)展，同時也產(chǎn)生了一些新興的前沿交叉研究領(lǐng)域，數(shù)字醫(yī)學(xué)就是其中的典型代表[13]。數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展首先是由數(shù)字化虛擬人體三維重建開始的[14-18]。數(shù)字化虛擬人體三維重建是指運用計算機(jī)圖像處理技術(shù)和三維重建技術(shù)，對醫(yī)學(xué)二維圖像進(jìn)行處理，建立人體組織結(jié)構(gòu)的計算機(jī)三維虛擬模型。通過數(shù)字化虛擬人體建模技術(shù)，可將人體解剖組織結(jié)構(gòu)數(shù)字化，可以在計算機(jī)上進(jìn)行三維渲染、旋轉(zhuǎn)、縮放等操作，也可以實現(xiàn)虛擬手術(shù)規(guī)劃、假體設(shè)計、場景仿真等功能。進(jìn)一步也可將人體功能性信息賦加到數(shù)字化三維模型上，結(jié)合運動捕捉系統(tǒng)及虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，可以仿真真實模擬人體的各種運動。通過力反饋裝置，可以提供視、聽、觸等高沉浸感操作，這就形成了數(shù)字化虛擬現(xiàn)實增強(qiáng)的模擬人。目前國外已經(jīng)出現(xiàn)了個性化虛擬器官模型[19]，通過改變模型的參數(shù)可以得到不同的病理分析結(jié)果。此外，歐盟啟動的IUPS/EMBS生理人體計劃目標(biāo)是建立一個能夠在計算機(jī)上模擬人體各種生理過程的虛擬人體模型，目前該項目在人體的生理系統(tǒng)建模方面已經(jīng)進(jìn)行了許多頗有成效的研究[20]。近些年來，隨著分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的不斷發(fā)展，超級計算機(jī)運算速度的飛速提高，以及一些新的醫(yī)工交叉領(lǐng)域研究方法的出現(xiàn)，促進(jìn)了數(shù)字化虛擬人體技術(shù)的快速發(fā)展。我國雖然在這方面起步較晚，但發(fā)展很快。自2002年以來，南方醫(yī)科大學(xué)和第三軍醫(yī)大學(xué)分別完成了中國數(shù)字人的原始切片數(shù)據(jù)采集工作，2006年由上海交通大學(xué)牽頭啟動了中國力學(xué)虛擬人研究計劃，目前該計劃已經(jīng)建立了中國力學(xué)虛擬人計算服務(wù)平臺，該平臺可通過互聯(lián)網(wǎng)為全球的用戶提供建模計算服務(wù)。同時與歐盟等國際同行進(jìn)行了合作，將逐步建立國際力學(xué)虛擬人研究計劃，目前已經(jīng)開展了亞洲人種虛擬建模研究項目。與此同時，數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)在臨床實際中取得了廣泛應(yīng)用，獲得了較好的應(yīng)用效果，大幅提高了臨床診斷和治療水平。以影像診斷為例，由X線、CT、MRI的二維圖像到三維、四維圖像，使影像診斷的準(zhǔn)確性和精細(xì)度大為提高。近年來，隨著虛擬手術(shù)規(guī)劃、手術(shù)導(dǎo)航、個性化CAD/CAM等技術(shù)的數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)，使得臨床手術(shù)的準(zhǔn)確性和個體匹配性大為提高。隨著數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)研究的深入和應(yīng)用的推廣，傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)將會發(fā)生更大變化。

數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)在戰(zhàn)傷救治訓(xùn)練中的應(yīng)用

1數(shù)字醫(yī)學(xué)建模技術(shù)數(shù)字醫(yī)學(xué)建模是數(shù)字醫(yī)學(xué)及相關(guān)學(xué)科的研究基礎(chǔ)，沒有一個能夠精確地反映真實醫(yī)學(xué)過程的數(shù)字化模型，就無從進(jìn)行任何數(shù)字醫(yī)學(xué)方面的研究。數(shù)字醫(yī)學(xué)建模主要分為3個部分，分別是數(shù)字醫(yī)學(xué)圖像處理與分析、人體組織器官的三維重建以及人體病理生理變化過程的數(shù)字建模。數(shù)字醫(yī)學(xué)圖像處理與分析是整個建模的基礎(chǔ)，醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)可以為醫(yī)務(wù)工作者提供多角度、多層次的信息，輔助醫(yī)生進(jìn)行正確診斷、治療計劃、術(shù)間導(dǎo)航、術(shù)后跟蹤監(jiān)測等。同時，準(zhǔn)確豐富的醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)也是人工器官、醫(yī)用內(nèi)植物、人工關(guān)節(jié)等醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的重要參考依據(jù)。自從20世紀(jì)70年代MRI技術(shù)誕生以來，針對各種醫(yī)學(xué)影像的分割算法研究迅速發(fā)展起來。目前應(yīng)用較多的醫(yī)學(xué)圖像分割方法主要有2種，分別是基于圖像區(qū)域的分割方法和基于邊緣檢測的分割方法。基于圖像區(qū)域的分割方法是通過檢測同一區(qū)域內(nèi)的均勻性是否一致，來識別分割圖像中的不同組織，如閾值分割法、區(qū)域生長和分裂合并法、分類器和聚類以及基于隨機(jī)場的方法等。而基于邊緣檢測的分割方法則是通過邊緣檢測技術(shù)把不同區(qū)域組織提取出來進(jìn)行圖像分割，如并行微分算子法等。

2戰(zhàn)傷救治場景的數(shù)字化三維重建技術(shù)戰(zhàn)傷救治場景的數(shù)字化三維重建技術(shù)是戰(zhàn)傷救治虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的主要內(nèi)容，隨著計算機(jī)圖形技術(shù)的飛速發(fā)展，近年來出現(xiàn)了許多新的建模技術(shù)和設(shè)備，如數(shù)字化三坐標(biāo)儀、人體運動捕捉系統(tǒng)、三維跟蹤器、數(shù)據(jù)手套、頭盔顯示器、Vega虛擬現(xiàn)實建模技術(shù)等，這些新技術(shù)和新設(shè)備的出現(xiàn)，使得沉浸式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的應(yīng)用更加廣泛。在采集和統(tǒng)計戰(zhàn)傷救治各種場景數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用高效快速的數(shù)字化三維建模技術(shù)，可對戰(zhàn)傷救治場景進(jìn)行數(shù)字化虛擬現(xiàn)實三維重建。目前常用的數(shù)字化三維重建方法主要有面繪制法和體繪制法兩類。面繪制法是指從醫(yī)學(xué)影像設(shè)備輸出的切片數(shù)據(jù)集構(gòu)造出三維數(shù)據(jù)，然后在三維數(shù)據(jù)中抽取出等值面進(jìn)行三角剖分，再用圖元繪制技術(shù)實現(xiàn)表面繪制。該方法可有效繪制三維數(shù)據(jù)中具有某個特定值的表面，但無法表達(dá)三維體數(shù)據(jù)的內(nèi)部信息。而體繪制法則是將三維體數(shù)據(jù)中的“體素”作為基本的繪制單位，該方法充分利用了三維體數(shù)據(jù)中的每一個體素，能夠根據(jù)需要顯示三維對象的內(nèi)部信息。其缺點是由于體素數(shù)據(jù)計算量大，從而導(dǎo)致重建速度變慢，可通過提高計算機(jī)計算渲染速度加以解決。

3戰(zhàn)傷救治訓(xùn)練虛擬仿真技術(shù)由于各種技術(shù)條件的限制，傳統(tǒng)的戰(zhàn)傷救治訓(xùn)練是采用書本授課的方式進(jìn)行的，受訓(xùn)人員缺乏實際操作經(jīng)驗，訓(xùn)練效果不夠理想，很難在真正需要時及時提供有效的救護(hù)。近年來，隨著先進(jìn)制造技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，以美軍為代表的西方發(fā)達(dá)國家軍隊開始使用計算機(jī)仿真技術(shù)來進(jìn)行戰(zhàn)傷救治訓(xùn)練研究，取得了較好的效果[21-22]。美軍近年來在該領(lǐng)域投入了大量的經(jīng)費，研發(fā)出了一系列用于戰(zhàn)傷救治訓(xùn)練的數(shù)字化仿真模擬裝備。自1999年至2007年大約資助了超過150個該領(lǐng)域的研究項目，累計投入超過6000萬美元，使得該領(lǐng)域研究成為美國防部投入最多的科學(xué)研究領(lǐng)域之一。美軍建有醫(yī)療模擬培訓(xùn)中心（medicalsimulationtrainingcenter），美國防部每年培訓(xùn)10萬名部隊醫(yī)護(hù)人員。其研究內(nèi)容涵蓋戰(zhàn)傷急救、護(hù)理及外科手術(shù)的模擬培訓(xùn)等方面。取得一系列研究成果與實物裝備，如先進(jìn)醫(yī)療訓(xùn)練技術(shù)（advancedmedictrainingtechnologies，AMTT）系統(tǒng)、高級創(chuàng)傷救護(hù)仿真技術(shù)（simulationechnologiesforadvancedtraumacare，STATCare）系統(tǒng)及一系列虛擬現(xiàn)實培訓(xùn)系統(tǒng)（如圖1~3所示）。目前我軍還沒有針對戰(zhàn)傷救治的模擬人。自2005年起，我所開展了虛擬現(xiàn)實、數(shù)字人體、操作感知等關(guān)鍵技術(shù)研究，研制成戰(zhàn)傷止血、心肺復(fù)蘇（CPR）、搬運等模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，取得了很好的訓(xùn)練效果。#p#分頁標(biāo)題#e#