医学机能学实验教学中虚拟实验应用※

王宏宝 刘慧萍 喻 嵘 葛金文 张国民 肖 艺 黄姗姗 阳力争 莫 莉 卢丽丽

（湖南中医药大学，长沙410208）

医学机能学实验教学中虚拟实验应用※

王宏宝 刘慧萍*喻 嵘*葛金文 张国民 肖 艺 黄姗姗 阳力争 莫 莉 卢丽丽

（湖南中医药大学，长沙410208）

随着国内各高校教育改革的深入，各高校都非常重视实验教学的开展，如何在有限的条件下强化医学机能学实验教学效果呢？虚拟实验系统为我们提供了一个很好的辅助教学平台。本文介绍了虚拟实验系统在国内外的应用，对于虚拟实验系统在医学机能学实验教学的作用进行了初步探讨，对于如何进一步提高医学机能学虚拟实验教学提出了一些合理的建议。

虚拟实验；机能学；实验教学

医学机能学实验教学是高等医药学教育的重要组成部分，是一门实验性学科，通过实验培养和提高学生基本技能、综合能力、创新能力。医学机能学实验课程主要包括观察生物的正常生理生化反应、研究疾病发生机制、分析干扰因素的影响及药物的作用与效应三大方面。医学机能学实验课程根据实验教学的需要，大部分的实验内容是需要使用实验动物来完成的，但受到教师人数、课时安排、仪器数量、耗材费用、动物经费、生物安全性等因素的制约，不能完全满足学生的实验需求。利用计算机、网络技术和多媒体技术等多种技术结合而建立的虚拟实验系统将实验设备、实验内容、实验操作有机地结合在一起［1］，为医学机能学实验教学提供了一个全新的可以获得各种知识和实验技能的辅助教学平台。

1 虚拟实验系统在国内外的应用

国外较早出现的虚拟实验室有用来提高计算机图形艺术表现及仿真的VSL虚拟系统实验室、用于化学工程的VRICHEL虚拟实验室等。1989年，美国的威廉·沃尔夫教授首先提出了“虚拟实验室”的概念，因为其广阔的应用前景在各国得到了大力开发。1992年美国东卡罗来纳州立大学等大学共同创建了VREL实验室，该实验室倡导把虚拟现实技术应用于教育领域。目前，国外许多院校已在工程学、航空航天学及医学等领域开发了虚拟实验［2］。

国内虚拟实验设计起步较晚，但近10年来发展速度很快。目前在清华大学、北京大学等高校和科研单位陆续开展了虚拟实验方面的研究，开发了虚拟化学实验室、物理虚拟实验远程教学系统等各类虚拟实验系统，还有虚拟汽车设计系统、虚拟外课手术实验系统、虚拟工程原型设计实验系统等，各类虚拟实验系统已投入市场，并在实验教学中得到了广泛的应用［3］。一些学者对虚拟实验所具有的潜在能力进行了研究，认为与传统实验相比，虚拟实验能提供精确的测量，达到理想的实验结果，提高实验教学质量。

虽然国内外有大量的虚拟实验系统用于各学科的教学与研究，但与医学相关的虚拟实验系统在国内并不多，国内现有的医学类虚拟实验系统只有诊断学、机能学、显现形态学这三种，随着医学的发展这类拟实验系统均需不断完善。

2 虚拟实验系统在机能学实验教学中的优势

2011年我校医学基础教学实验中心机能学实验室购置了一套医学机能学虚拟实验系统，在日常教学中发挥了很大的作用。

首先，虚拟实验系统成为理论与实验教学的补充，丰富了实验教学内容。学校安排实验课时通常会根据实验课时安排一些实验方法经典、实验简单且用时不长（一般不超过4个学时）、实验效果好的实验项目，许多科研中常用的步骤复杂、用时较长、需要用到特殊设备的实验方法并没有做为常规实验面向全校学生开设［4］。学生在实验前可以在虚拟实验系统中进行预实验，这样能够提高学生在实际操作中的手术成功率、实验结果的准确性，提升实验动物及各类材料的利用率。同学们也可以选择虚拟实验系统中的任一实验项目观看演示、进行虚拟手术操作，学会设备的使用，了解许多实验相关的原理与应用。

其次，虚拟实验系统的应用为实验室节约了部分经费。掌握一定量的动物实验方法是医学研究的必要手段，也是基础医学机能学实验课的一个主要目的，但是，要熟练掌握动物实验方法，势必需要用到大量的实验动物。因实验教学时间有限、次数有限、学生操作不熟练，为保证实验效果，实验室在制定实验动物计划时增加少量的备用动物。实验室将虚拟实验系统引入实验教学就是希望今后学生的操作技术有所提高。虚拟实验系统是利用计算机的仿真现实技术实现实验动物手术的仿真。学生可根据实验课安排或依据自己的兴趣选择生理、药理、病理生理等学科，点击进入相应的实验项目，对虚拟的动物进行手术，就像是在进行一场真实的手术，还可以反复练习、反复修改，如此教学，在节省了人力、物力、财力同时，还可为学生提供更多的操作机会，使他们熟练掌握实验的理论知识，了解实验操作的每一个步骤，在进行真实的动物手术时能一次性完成实验既定目标，节约实验动物。

另外，可以利用虚拟实验系统平台创造一个自由灵活的学习环境，充分利用实验室资源。学会了虚拟实验系统的操作方法以后，对实验操作有兴趣的学生可以在课余时间向实验室提出申请，在虚拟实验室空闲时到实验室选择实验项目学习、操作，学生能够在轻松自由的环境里建立自主学习技能的学习方式。学生可以把虚拟实验中学到的知识和技能运用于实践，虚拟实验系统内丰富的实验设备、材料、设计方案，也可以为学生进行自主创新型实验项目的设计提供帮助。作为实验室的教师也非常欢迎学生到实验室进行实验操作，这样即满足了同学们的学习需求，又提高了实验室、仪器设备的使用率［5］。

3 虚拟实验系统尚需完善的几点建议

经过两年多的使用，医学机能学虚拟实验系统在实验教学中起到了很好的教学辅助作用，但在使用中我们也发现了一些需要改进的地方。

3.1需要增加更多实验项目和物理、化学等实验教学一样，医学机能学实验教学需要用到各种动物，相同药物应用于不同的实验动物会产生不同的实验结果，因而实验项目中应多收录一些针对不同实验动物的实验项目；机能学实验项目涉及了解剖学、生理学、病理生理学、药理学等多门学科，实验内容包括了动物的血压、呼吸、心电、行为学、药效对比、药物间的相互作用等实验，还应该补充一些较先进的实验方法，尤其是科研实验的相关内容，例如：动物无创或微创实验时对动物各项生理指标的观察、电生理实验原理与操作、各类动物模型的造模方法等。

3.2增加失误应急处理方法医学机能学虚拟实验系统中现有的实验项目在操作时都是理想化效果，给人一种过于完美的感觉，而缺少了真实感。在实际的实验教学中，学生在做实验时经常会因为不熟练出现操作失误。例如：抓拿大鼠时如果部位不正确，大鼠会扭动、无法给药，甚至反咬操作者；进行颈部手术操作血管破裂发生出血。一旦出现这些情况老师会迅速针对不同的操作失误告诉学生采用正确的处理方式。在医学机能学虚拟实验系统中如果加入这些元素，将会使操作者感到更加真实，增加医学虚拟实验系统的带入感。

3.3虚拟实验系统无法完全取代传统实验教学医学机能学虚拟实验系统的优点很多，但与实物操作之间还是存在一定的差异，虚拟实验的过程是看不到、摸不着的，实际操作过程中出现的各种复杂情况也是虚拟实验中无法完全复制的，因此虚拟实验不能完全取代传统的实验教学。比如在兔动脉血压实验中：麻醉前的抓拿、称重，麻醉给药时同学间的相互配合，通过观察动物体征确认麻醉程度，颈总动脉分离过程的规范化操作等等，这些都需要学生通过实际操作亲身体验才能掌握各步聚中的细节、要点及注意事项［6］。

医学机能学虚拟实验系统应用于机能学实验教学可以有效地提高学生的学习效率，是一种非常好的辅助教学手段。医学机能学虚拟实验系统相较于国内其他较成熟的虚拟教学系统而言尚处于起步阶段，并且因其实验动物、实验方法、仪器设备的多样性，还需要我们进行深入的研究与探索，并跟据医、药学的发展不断扩展实验内容，使之更加完善，进一步提高我们的实验教学质量［7］。

［1］刘慧中，周金娥，李月琴，等．虚拟实验在医学化学实验中的应用［J］．实验室科学，2013，16（1）：98-100．

［2］高宏远，文福安，李建伟．虚拟实验室构建技术的分析与探讨［J］．中国教育技术装备，2012，24：37-38．

［3］贾文华．基于虚拟实验平台建设的大学生实践创新项目的建设与探讨［J］．中国科教创导刊，2013，2：25．

［4］李超彦，李德恒，张志国．机能学虚拟实验室在实验教学中的作用探讨［J］．中国中医药现代远程教育，2012，10（24）：85．

［5］单菊芬．浅析虚拟实验与教学应用［J］．科技创新导报，2012，35：178．

［6］刘慧萍，张国民，葛金文，等．构建立体化实验教学平台培养创新型中医药人才［J］．中外健康文摘，2012，9（27）：39-41．

［7］刘慧萍，喻嵘，张国民，等．专业学位研究生中医素质与技能养成教育模式改革与实践［J］．科技创新导报，2013，（1）：188-190．

Vir t ual Ex p e rime n t Sy s te m in Ex p e rimen t Tea c hin g o f Me dic al Fu n c tio n t o t h e Ap plica tio n

W ang Hongbao Liu Huiping✫Yu Rong✫Ge Jinw en Zhang Guomin Xiao Yi Huang Shanshan Yang Lizheng M o Li Lu Lili
（Hunan University of traditional Chinesemedicine，Changsha，410208，China）

Along with the development of the domestic various universities education reform，universities are very attaches importance to the development of experiment teaching，how to strengthening medical function experiment teaching effect in limited conditions？Virtual experiment system provides us with a good auxiliary teaching platform．This paper simply introduces the application of virtual experiment system，both at home and abroad．For virtual experiment system in experiment teaching of medical function role has carried on the preliminary discussion，for how to improve the medical function to improve step of virtual experimental teaching put forward some reasonable suggestions．

Virtual experiment；Functional；Experiment teaching

10.3969／j.issn.1672-2779.2014.07.060

：1672-2779（2014）-07-0084-02

杨 杰 本文校对：师振予

2013-12-17）

湖南省教育科学“十二五”规划课题［No：2013-131，203，204］；湖南省普通高等学校教学改革研究项目［No：2011-508，2012-205］；湖南省学位与研究生教育教学改革项目［No：JG2011B028］；湖南省大学生创新训练中心资助项目；湖南省重点学科中西医结合基础资助项目；湖南省高校科技创新团队资助项目［No：15］湖南中医药大学教学改革项目［No：2011-JG039，2011-JG004，2011-JG001，2011-JG037，2012-JG034］；湖南中医药大学病理学与病理生理学重点学科资助项目

*通讯作者