医学机能学虚拟仿真实验室的开发及应用

李涛，谭安雄，朱亚平，欧阳恩鸿，丁建华，王林

医学机能学虚拟仿真实验室的开发及应用

李涛，谭安雄，朱亚平，欧阳恩鸿，丁建华，王林

（邵阳医学高等专科学校，湖南邵阳422000）

医学机能学教学的开展对培养学生实验操作能力十分有益。然而，当前实验教学方式固定、教学手段滞后，面对这些问题，教学改革势在必行。探究数字化模式医学机能学实验室的开发及应用，整合传统实验室，提升教学水平，让学生更好地掌握实验操作能力，培养其创新意识和科研兴趣，是当前教学不容忽视的一个方面。

医学机能学；虚拟仿真实验室；数字化模式

医学机能学虚拟仿真实验的开展有助于培养学生观察、操作和分析问题能力。在医学机能学实验教学中，实验对象通常是从动物身上分离出的组织和器官，要想完成实验，需花费高昂的成本，并且是精细操作，十分复杂；此外，一些大型设备因受数量限制，学生参与人数多，导致教学效果不佳；教学场地和实验器械等一些因素的影响使得实验开展十分困难。在学生方面，一些学生实验前后没有做充足的预习和复习，对实验的精密性操作知之甚少，不能很好地操作实验设备，不利于医学技能实验教学的开展。随着科技的发展，一种新的虚拟技术出现，为了确保高校医学机能学实验能更好地开展，提高实验水平，我们进行了相关探讨。

1 医学机能学实验教学状况

医学机能学实验是在生理学和病理学等医学学科基础上形成的，通过整合，对相同实验对象进行药物和病理等干预，探究其形态和器官功能的变化。分析国内外这方面的研究发现，当前医学机能学实验教学出现了一些问题。

1.1 教学方法固定，教学手段滞后

医学机能学实验教学还是采用传统的看录像和标本阶段，将动物实验作为辅助手段，内容单一，无法实现师生之间的有效互动，易使学生产生厌学心理。随着数字化技术的出现，医学机能学实验运用多媒体技术还处于较低水平，主要用于辅助教学，并未引起充分重视，涉及网络教学的很少。

1.2 经费匮乏，阻碍实验教学的发展

医学机能学实验需要多种材料和动物。目前，动物实验材料价格持续上升，实验成本高，受限于教学经费，教学资源严重不足。另外，医学教育扩大了招生规模，生源人数持续攀升，随之而来减少了实验项目，这使得实验次数减少，不能给学生提供充足的实验机会，削弱了他们的实验能力，严重影响了教学效果，阻碍了医学机能学实验教学发展。

2 医学机能学虚拟实验系统特征

医学机能学虚拟实验系统的主要部分是计算机仿真虚拟技术，融入多种模型数据，如动物病理学数据和生物仿真技术数据等。医学机能学实验虚拟系统构建在计算机系统中，借助虚拟现实技术，为学生营造一个逼真的实验环境，在多种实验器械的帮助下，学生既能顺利地做完传统实验项目，也能操作创新性实验项目，对实验室的开放有益，不受实验场地和实验器械等影响，尤其是实验资源匮乏的情况下依然适用，可以在高校推广。学生在寝室内可通过安装虚拟服务器，以远程登录的形式进行有关模拟实验，极大地调动了学生的积极性，使他们对机能学实验感到亲切，有利于其提升运用理论知识解决实际问题能力。虚拟仿真系统应用于教学，激发了学生的学习热情，取得显著教学成效，使学生具备了创造性和自主性，培养了主动发现问题和解决问题能力[1]。虚拟实验系统实验室的应用在机能学实验教学中起到了重要作用，完善了教学手段，提升了教学水平。

3 医学机能学虚拟仿真实验室的开发

虚拟仿真实验室体现了较强的真实性、交互性和多感知性等特征，应用于机能学实验教学中，构建虚拟仿真实验室，辅助实验教学，为网络教学提供了平台，调动了学生学习积极性，使培养的学生具有较高的动手操作能力和自主学习能力，从真正意义上提高了教学水平[2]。医学机能学虚拟仿真实验室的构成：网络平台、服务器和客户端等，配置有虚拟实验软件。客户通过校外网络就可以进行访问，开展虚拟实践。虚拟仿真实验室结合生理学、病理学和药理学能开展多种虚拟实验，同时配置了多种图片和丰富的影像资料，强化了学生对机能学的感性认识。由于其不受地域限制，学生可以在寝室安装类似虚拟软件，借助校园衔接服务器，对实验进行课前预习和课后复习；不受实验场地和课时限制，提高了教学效率。医学机能学实验室通过该教学手段，丰富了实验项目，减少了实验试剂和实验动物的损耗，节省了购买昂贵设备的花费，适应了节约型社会的要求，使实验操作更为容易，提高了实验成功率，调动了学生学习积极性。因此，医学机能学虚拟仿真实验室的建立，有助于培养医学优秀人才，对医学机能学实验教学起到十分重要的作用。

4 医学机能学虚拟仿真实验室的应用

4.1 实验教学手段多样化

医学机能学虚拟仿真实验室满足了实际教学需求，能模拟逼真的实验环境，结合实验具体内容，构建和教学内容相匹配的虚拟实验模型，可运用计算机生物仿真技术开展多种虚拟实验。由于所有实验都是由实验仪器、实验方式等构成，当学生学习相关理论知识、熟悉实验流程后，就可以使用合适的仪器和材料进行实验，通过虚拟实验系统及时掌握实验中的各种数据，如实验中动物血液用药刺激产生的反应等，并把实验中各种动物的差异归入随机变量中，保障了实验的可靠性。在实验结束后，评估实验效果，提供和实验有关的试题，以检测学生对知识的掌握程度，判断学生所处的理论知识水平，实现理论和实验的结合，更好地锻炼学生的动手操作能力。

4.2 延伸医学机能学实验项目

开展医学机能学实验时，需配置高精度的仪器，因受教育经费不足限制，部分实验项目不能开展；而一些大型实验项目会因缺乏设备及实验指标不合格，对实验结果产生较大影响。虚拟仿真实验室，配置了多种新设备，对所有实验原理和方法介绍的都非常清楚，如膜片钳技术和离体心脏灌流技术等，不仅拓宽了学生的知识面，也培养了学生自主探索知识的能力，通过指导，学生可以更好地开展医学机能学实验。

4.3 推进医学机能学开放性实验发展

在原有实验基础上，医学机能学的开放实验逐渐发展起来，有丰富的实验数据作保障。学生可以独自操作，完成实验，巩固已有知识结构，丰富自身知识体系。开放性实验是一种“主动探索式”的学习模式，有助于调动学生学习兴趣。然而，由于实验经费投入不足，加之缺乏教学资源，不利于开放性实验的发展。医学机能学虚拟仿真实验系统因不受实验场地和材料等限制，是一种全天候开放的模式，利用校园网络的便捷性，学生可以随时随地完成实验设计和操作，探究创新技术，借助虚拟实验室，检验并完善实验数据。这种开放式的学习系统，解决了学生在实验中遇到的难题，激发了学生学习热情，培养了其创新意识，使他们对科研产生浓厚兴趣。

5 结语

当前实验教学的发展引起了各大高校的足够重视，基于有限的条件，增强医学机能学实验教学效果十分必要[3]。高等医学教育未来必然朝着数字化方向发展，其中仿真虚拟技术必将成为主流，也是实验教学的新趋势。其减少了教学成本，提高了实验效率，但是，虚拟实验不能完全代替传统实验，两者各有所长，要相互结合，发挥自身优势，以保证医学机能学实验教学质量。

[1]赵元淑，邓镇，雷水生，等.虚拟仿真系统应用于机能实验教学的研究[J].医学理论与实践，2015（17）：2410-2412.

[2]罗怀青，韩丽，衡建福，等.机能虚拟实验室的建设与实践[J].中国医学教育技术，2015（5）：532-534.

[3]王宏宝，刘慧萍，喻嵘，等.医学机能学实验教学中虚拟实验应用[J].中国中医药现代远程教育，2014（7）：84-85.

G482

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1671-1246（2016）19-0112-02

湖南省高教学会实验室管理专业委员会2014年资助研究课题“医学院校生物机能虚拟仿真实验室的构建及应用”（2014-15）