醫(yī)學機能學教學虛擬實驗的設計

謝忠好，陳醒言，范小芳，龔永生，胡良岡

（溫州醫(yī)學院，浙江 溫州 325035，1.信息與工程學院；2.基礎醫(yī)學院）

醫(yī)學機能學教學虛擬實驗的設計

謝忠好1，陳醒言2，范小芳2，龔永生2，胡良岡2

（溫州醫(yī)學院，浙江 溫州 325035，1.信息與工程學院；2.基礎醫(yī)學院）

醫(yī)學；虛擬實驗；機能學；實驗教學

機能學的實驗教學是醫(yī)學教育的重要組成部分。傳統(tǒng)的實驗教學占用并消耗大量的實驗動物、器材、教學場地和師資力量。隨著學校設置專業(yè)的增加及招生人數(shù)的增多，機能實驗學教學改革成為醫(yī)學教育改革的熱點問題。由于傳統(tǒng)的醫(yī)學實驗所需物品比較復雜，有的實驗最多要準備三十多種物品，缺少哪一種，都會直接影響實驗效果；部分實驗要求操作者具備較高的技術操作水平，稍有不慎，容易導致實驗的失敗[1]。由此，我們提出了用虛擬實驗的方式，讓學生通過簡單的操作設置，去驗證書本上的理論，免去了傳統(tǒng)實驗一些不必要的環(huán)節(jié)，讓學生有充分的時間獨立思考與分析，激發(fā)學生的學習主動性與積極性。

1 虛擬實驗設計

以蟾蜍坐骨神經(jīng)-腓腸肌標本的制備和電刺激對骨骼肌收縮的影響實驗為例[2]，虛擬實驗主要采用了WEB和FLASH技術，將實驗內容與虛擬技術結合到一起，并且可以很容易擴展為網(wǎng)絡實驗平臺。整個平臺力求重點突出，層次分明，并著重培養(yǎng)學生運用知識的能力。

1.1 虛擬實驗的組成部分 與傳統(tǒng)的實驗指導書一樣，虛擬實驗平臺也設置相關的欄目，便于學生及時的查閱。相比較傳統(tǒng)的指導書，虛擬平臺可以提供更為豐富的材料來幫助學生去加深對整個實驗原理的理解。虛擬實驗的具體組成參見圖1。

1.2 軟件的設計 虛擬實驗以Dreamweaver為開發(fā)平臺，采用Java技術來實現(xiàn)頁面的動態(tài)效果，并引入了微軟的Agent組件中的Merlin角色，為實驗的不同章節(jié)做語音講解。軟件界面如圖2所示。實驗準備和實驗目的部分主要以文本和圖表的形式，對機能實驗知識和實驗原理作較為詳實的闡述。實驗方法和注意事項主要以彩圖的形式對實驗動物和實驗器材逐條進行解釋，對容易出現(xiàn)錯誤的步驟進行詳細說明，并輔以實驗室老師的實驗演示視頻。每個欄目的內容基本上與實驗指導書保持一致，同時加入許多多媒體元素，幫助學生更好地理解整個實驗的原理，掌握實驗的方法。模擬實驗是該平臺的重點部分，它采用Flash8.0的開發(fā)環(huán)境，通過Action Script腳本模擬肌肉在不同電刺激下肌肉張力的變化曲線。

1.3 虛擬實驗的開發(fā) 在電刺激對骨骼肌的影響實驗當中，主要模擬的是在不同電流強度的刺激下，肌肉收縮效果。虛擬實驗使用了電刺激骨骼肌產生收縮肌力的數(shù)學模型[3]，模擬了不同電刺激下對肌肉收縮的影響。

Flash強大的動畫與向量畫效果彌補了一般動畫與HTML指令的不足，再輔以Action script便可以實現(xiàn)一流的人機交互功能。由此，我們選擇了Flash 8.0作為開發(fā)環(huán)境，再運用Flash高級Action技術[4]，對上述模型進行應用。整個軟件的實現(xiàn)效果見圖3。

肌肉的張力曲線繪制代碼如下：

點擊單刺激按鈕，啟動仿真，肌肉會出現(xiàn)一個電擊的抖動效果，虛擬實驗平臺根據(jù)當前設置好的肌肉長度和電壓值，在示波器上面模擬出力學曲線，并將相關的數(shù)據(jù)顯示出來。

在單刺激下，刺激間隔時間大于肌肉收縮時程，示波器上將出現(xiàn)肌肉的單收縮張力曲線。在多刺激下，肌肉力量將會出現(xiàn)一個連續(xù)周期性的波形效果，而根據(jù)頻率的不同，將出現(xiàn)肌肉不完全強直收縮和完全強直收縮的張力曲線。在整個實驗過程當中，學生通過閱讀前面的相關資料，在具備了一定的實驗背景知識后，即可開始實驗，擺脫了對實驗室設備和相關材料的依賴。

2 結語

通過虛擬實驗平臺上的練習，學生能夠掌握機能學實驗的方法、原理和結果，達到取得實際實驗操作容易失敗而難以實現(xiàn)的效果，培養(yǎng)動手能力，學習實驗技能，深化基礎知識的目的，同時增強了學生對機能實驗的興趣。與傳統(tǒng)的醫(yī)學實驗相比，虛擬實驗可以節(jié)省實驗設備檢查維護和準備時間，減少對實驗室設備的依賴，提高實驗效率，讓學生有更多的時間花在實驗的驗證與探索上面[5]。虛擬實驗不受環(huán)境溫度、動物狀態(tài)和人為等因素的影響，給教學帶來了新的生機與活力。但由于仿真和實踐或多或少存在偏離，目前這種2D的模擬形式從交互上只能實現(xiàn)實驗參數(shù)上的調整，在對模擬動手操作能力顯得不足，所以今后還可以考慮使用VTK等開發(fā)包制作更為逼真的3D模型。學生可以在上面虛擬的組裝試驗臺，制作標本，做相關實驗操作，通過高度仿真實際操作來提高對實驗的熟練程度和實驗的成功率。

[1] 李燕平.對當前醫(yī)學實驗教學的幾點思考[J]. 臨床和實驗醫(yī)學雜志,2008,7(6):188-189.

[2] 龔永生 ,陳醒言.醫(yī)學機能學實驗教程[M].北京:人民衛(wèi)生出版社,2001: 87-92.

[3] 尚禹,白凈.電刺激骨骼肌產生收縮肌力的數(shù)學模型[J]. 國際生物醫(yī)學工程雜志,2007,30(2):77-80.

[4] 黎良.利用Flash動作腳本制作函數(shù)演示課件[J]. 中國教育技術裝備,2006(6):34-37.

[5] 嚴頌莊. 虛擬儀器和仿真實驗--現(xiàn)代實驗教學的新成員[J].湘潭師范學院學報:自然科學版, 2002,24(3):33-36.

[6] 王莎莉,田慶宜.生理學教學實驗模擬課件的開發(fā) [J].實驗室研究與探索,2003,22(4):23-24.

TP37

B

1000-2138(2011)02-0168-02

2010-09-08

溫州醫(yī)學院教學改革基金資助項目（WYJG0735）。

謝忠好(1983-)，男，浙江溫州人，助理實驗師。

胡良岡，高級實驗師，Email：hu_lg@189.cn。

吳健敏）

·綜 述·