机能虚拟实验系统在生理学实验教学中的应用

机能虚拟实验系统在生理学实验教学中的应用

胡中孝王桂叶

胡中孝王桂叶

(漯河医学高等专科学校机能实验中心河南漯河462002)

【摘要】在医学生理实验教学环节中，大多数实验项目为验证性实验，实验教学不能充分调动学生的主动性和创造性，随着教学改革的不断深入，素质教育口号的提出，实验教学与之相适应，提出了创新型的实验思路，但它需要较大的经费支持，这使得高校本来就紧张的教学研究经费更加捉襟见肘，针对传统模式实验教学各种弊端，我校引进了成都泰盟有限公司研发的VBL-100机能虚拟实验系统，建立了机能(包含生理、药理，病生)虚拟实验室，使之成为有形实验室的重要组成部分，可有效的改进实验教学，使其在多元化生理实验教学中更好地发挥作用，机能虚拟实验室已用于课堂教学和学生自学，在生理学实验教学中取得了较好效果。

【关键词】生理学虚拟实验室实验教学

【中图分类号】R193【文献标识码】B【文章编号】2095-1752（2014）13-0348-02

虚拟实验室是指按照实验教学的基本要求，在计算机系统中采用虚拟现实技术实现的各种虚拟实验环境，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，对建立起来的实验模型进行实时仿真操作，完成各种预定的实验项目，所取得的学习或训练效果等值于甚至优于在真实环境中所取得的效果。虚拟实验的开展符合教学现代化的要求，有利于学生素质的提高。

与虚拟实验教学相比传统的实验教学模式存在以下缺陷：

只适用于面对面的教学，教学方式古板；实验动物及药品的费用较高，实验内容局限；不能突破时间和空间的限制，提供远程异地的远程实验教学服务；各实验室之间资源不能共享，仪器设备利用率低，教学效果较差。

针对传统实验教学模式的种种缺陷，探讨和创建智能化的虚拟实验室，使之成为传统实验室的重要组成部分，已是现在各高校实验教学不可或缺的手段。成都泰盟有限公司研发的VBL-100机能虚拟实验系统主要是针对医学院校的实验动物成本高，实验准备老师和实验带教老师任务重，实验器材易磨损等缺陷而开发的一套虚拟网络化实验教学平台，VBL-100虚拟实验系统采用虚拟仿真与网络技术，运用客户/服务器的框架模式，涵盖了常见的生理、药理和病生实验的全套模拟仿真实验，由基础知识、实验动物、实验仪器、模拟实验和实验考核等部分组成，结构完整，内容丰富。

一、虚拟实验室的系统特点

1.丰富了实验项目：医学机能学实验教学中往往会因为教学经费短缺、实验场地、实验课时限制等原因，使一些实验项目无法开展，而利用虚拟实验系统，可以弥补这方面的不足，使得以前无法开展的实验项目得以充分开展，学生可以通过虚拟实验系统进行操作完成各种各样的实验，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解，大大激发了学生的主动性，更加激励了学生的自主学习性。

2.节省了教学资源：医学机能虚拟实验系统以软件仿真引擎为核心，无需使用实验动物、实验试剂和耗材，无论开设多少实验，都无需额外的教学投入，大大地缩减了实验经费，也省去了繁重的实验准备工作。我校由于教学场地、实验经费不足等原因，传统的学生生理实验教学中每个实验都是5～7名同学一组，大部分学生在实验课上都缺少自己动手的机会，严重影响了教学效果。而虚拟实验是一人一机，每个同学都有机会进行模拟操作，本系统还自带有测试试题，学生在学习完毕后可以进行自我测试，了解自己对于理论知识的掌握程度。

3.提高了教学效果，利用计算机的模拟功能能实现实验中缓慢过程的快速化或快速过程的缓慢化，相对于传统教学模式中老师枯燥的讲述和黑板板书而言，虚拟实验系统能够将每个实验操作最大程度地进行仿真，将实验过程中的图像、文字、声音以及动画等各种因素融为一体，具有智能性、仿真性、形象性和趣味性，对一些微观世界的现象也可以用虚拟实验技术来模拟，学生仿佛置身于真实的实验环境中，极大地提高了实验教学的效果，学生通过虚拟实验软件系统可自行设计探索性实验、综合性实验，使虚拟实验系统在生理实验学教学中的起到了常规实验室不能达到的效果。

二、机能虚拟实验室在生理学实验教学中地位与作用

医学机能虚拟实验室既可以作为教学软件应用于课堂数学，提高生理学实验教学效果，也可以为学生自学提供很好的辅助手段。现已广泛应用用于课堂教学和学生自学，在提高生理学实验教学效果、增强学生学习兴趣,培养学生创造力和想象力等方面取得了显著效果。

1、大幅度提高实验成功率：人体生理学实验是医学基础课实验中操作难度最大的实验项目之一。在以往人体生理学实验教学过程中，全班所有学生的实验都以失败而告终的情况也时有发生。例如，“离体蛙心灌流”实验，要将大小适宜的蛙心插管经蛙的动脉圆锥插入心室，由于蛙心小而室壁薄，若实验操作不熟练，则很容易把蛙心戳破，或根本插不进去，使实验无法进行。又如，“动脉血压的神经体液调节”、“呼吸运动的调节”等，常常在实验的过程中因颈总动脉插管失败，迷走神经、交感神经、减压神经分离失败甚至动物不正常死亡等原因导致实验无法继续进行。既浪费了实验动物又没有达到实验的目的。所以，若要提高实验的成功率，我们现在要求学生在实验前必须对整个实验过程的难点做到心中有数。通过虚拟实验，学生可以在实验前了解实验原理和实验方法，增加学生对实验原理和实验方法的感性认识，提高了学生做实验的兴趣。通过对实验过程的模拟，熟悉实验操作步骤，了解实验过程中动物生理指标的变化情况，学生能够很好地把握实验进程，实验过程的出错率和失误率大大减少，提高了学生实验的成功率。如果实验中途失败，也可以通过虚拟实验加以弥补。

2、提高学生的想象力和创造力：实验设计允许学生发挥想象力，自由搭配实验，提高了他们的创造力与创新能力。

三、虚拟实验不能完全替代真实实验

虚拟实验室虽具备着上述诸多优点，但在实际教学过程中完全用仿真模拟实验来代替真实实验也是不可取的，学生在真实实验中需亲自操作，对于训练学生的基本操作技能有非常重要的作用，而虚拟实验中学生主要是通过眼睛去观看和体会实验的操作过程，而缺乏真实实验中视、听、触、味、嗅觉全方位刺激下的真实感，真实实验与虚拟实验都是医学生理实验教学中不可或缺的组成部分，两者相辅相成，因此，在教学过程中我们需要取长补短，将两者有机结合起来，才能最大限度地发挥二者的作用，提高生理学实验的教学质量。

综上所述：虚拟实验室是信息时代的产物，虚拟实验系统将图像、文字、声音以及动画等各种因素融为一体，交互性强，生动形象，能充分激发和调动同学们的学习兴趣，培养和锻炼他们的创造力，克服了传统教学模式无法解决的感性认识不足的缺点，机能虚拟实验室的建立，推进了生理学的课程建设和实验教学手段的改革。它在教育科研领域中具有广阔的应用前景，是实验教学的一个新的发展方向，它必将促进教学观念与教学形式的转变，为生理学实验教学带来前所未有的变革。

参考文献

[1]徐静,孙艺平,王冬梅.虚拟实验与真实实验在机能学实验中之比较[J].医学与哲学2009，30(6):75-76.

[2]郝丽萍，朱诚.以学生为本，构建"多元化"实验教学模式[J].实验室科学，2008(5):13-14.

[3]韩彦瞍，周颖斌，等.医学机能实验学虚拟实验室建设的探讨[J].中国药理通讯，2011，29(3):25.

[4]刘爱东，王箐，等.虚拟实验在机能学实验教学中的应用体会[J].西北医学教育，2012，20(1):88-90.