虛擬實驗系統(tǒng)在醫(yī)學機能實驗學教學中的應用

摘要：醫(yī)學機能實驗學是基礎醫(yī)學領域的一門實驗課程，繼承了生理學、藥理學和病理生理學實驗課程的實驗教學內容。在機能實驗教學中構建虛擬實驗室是為了適應社會發(fā)展，本文對其在機能實驗中的應用進行了研究與探討。

關鍵詞：機能實驗學；虛擬實驗；VBL-100；真實實驗

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）33-0265-02

醫(yī)學機能實驗學是把生理學、病理生理學和藥理學等學科的實驗課教學內容有機結合在一起的一門綜合性實驗學科。該課程繼承并發(fā)展了生理學、藥理學和病理生理學實驗課程的核心內容，并強調學科之間的承上啟下與交叉融合，要求學生在學習中理論聯系實際，大膽實踐操作和積極思考。近年來，隨著我國高等教育體制改革的深化，招生規(guī)模不斷擴大，給醫(yī)學實驗教學帶來巨大壓力。有限的教師資源、教學場地及經費不足等原因導致醫(yī)學生實驗課時和親自動手操作機會較少，嚴重影響了醫(yī)學機能學實驗教學的質量。基于以上原因，我中心引進了成都泰盟有限公司研發(fā)的VBL-100虛擬實驗室系統(tǒng)，建立了虛擬實驗室，在實驗教學中取得了較好效果。

一、機能學虛擬實驗室系統(tǒng)的特點

該系統(tǒng)主要是針對醫(yī)學院校的實驗動物成本高，實驗準備老師和實驗帶教老師任務重，實驗器材易磨損等缺陷而開發(fā)的一套虛擬網絡化教學平臺。VBL-100虛擬實驗系統(tǒng)采用虛擬仿真與網絡技術，運用客戶/服務器的框架模式，涵蓋了50多個機能學實驗的全套模擬仿真。本系統(tǒng)由儀器介紹、實驗原理、手術操作、模擬仿真、試題自測及藥物考核等六部分組成，結構完整，內容豐富。其主要特點如下：①系統(tǒng)內容豐富。對于實驗室常見的儀器設備，手術器械、實驗常用藥物及實驗動物等內容圖文并茂地介紹，能更好地了解內容并起到輔助教學的效果。②仿真不少于50個機能學實驗。系統(tǒng)中包含了每個實驗的實驗目的、原理、對象、試劑、器材、步驟等的詳細介紹以及仿真實戰(zhàn)和仿真實驗，并可對實驗進行自定義。③每個實驗的操作仿真。其充分應用多媒體豐富直觀的表達形式，便于學生對實驗操作充分理解和掌握，能讓學生更好地應用于實踐。④實驗結果的模擬。它能模擬出機體在各種不同條件下產生的各種波形。⑤學生實驗技能自我測試。通過系統(tǒng)自帶的試題模塊對學生進行實驗掌握程度的考核。⑥藥物考核中，對于未知的藥物能讓學生了解藥物對機體產生的不良反應，而對于已知的藥物，可以進行藥物的用量考核，這樣能夠起到雙效的作用。

二、機能學虛擬實驗系統(tǒng)的優(yōu)點

1.豐富了實驗項目。醫(yī)學機能學實驗教學中往往會因為教學經費短缺、實驗場地、實驗課時限制等原因，使一些實驗項目無法開展。而利用虛擬現實系統(tǒng)，可以彌補這方面的不足，使得以前無法開展的實驗項目得以充分開展，學生足不出戶便可以通過虛擬實驗演示或進行操作完成各種各樣的實驗，從而豐富感性認識，加深對教學內容的理解，大大激發(fā)了學生的主動性，更加激勵了學生的自主學習性。

2.節(jié)省了教學資源。醫(yī)學機能學虛擬實驗系統(tǒng)以軟件仿真引擎為核心，無需使用實驗動物、實驗試劑和耗材，無論開設多少實驗，都無需額外的教學投入，大大地縮減了實驗經費，也省去了繁重的實驗準備工作。本校的醫(yī)學生的數量近些年呈逐年上升趨勢，由于教學場地、儀器設備的缺乏，因此傳統(tǒng)的機能實驗教學中每個實驗都是4~5名同學一組，有些實驗甚至是6~8名同學一組，學生在實驗課上既看不清楚老師示教又缺少自己動手的機會，嚴重影響了教學效果。虛擬實驗系統(tǒng)是一人一機，每個同學都有機會進行操作。本系統(tǒng)還自帶有測試試題，學生在學習完畢后可以進行自我測試，了解自己對于理論知識的掌握程度。

3.提高了教學效果。利用計算機的模擬功能能實現實驗中緩慢過程的快速化或快速過程的緩慢化。相對于傳統(tǒng)教學模式中老師枯燥的講述和黑板板書而言，虛擬實驗系統(tǒng)能夠將每個實驗操作最大程度地進行仿真，將實驗過程中的圖像、文字、聲音以及動畫等各種因素融為一體，具有智能性、仿真性、形象性和趣味性，對一些微觀世界的現象也可以用虛擬實驗技術來模擬，學生就像置身于真實的實驗環(huán)境中，極大地提高了實驗教學的效果。學生通過虛擬實驗軟件系統(tǒng)可自行設計探索性實驗、綜合性實驗，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、實驗思維能力和獨立解決問題的能力。

4.提高了實驗教學的安全性。一些實驗危險性比較高，若操作疏忽，容易對操作者造成危害，如機能學試驗中的試劑、藥品如操作不慎就可能造成身體傷害。另外像休克的實驗中要使用到實驗動物犬，如果動物麻醉效果不滿意，可能會咬傷老師或學生。而虛擬實驗卻無任何危險，有毒、有害、污染環(huán)境和破壞性實驗，都可在虛擬實驗室內完成，通過虛擬進行模擬仿真，強化實驗現象。

5.可實現最高效率的資源共享。學校一直提倡醫(yī)學實驗室對外開放，可是由于實驗室從周一到周五一直都有實驗課，加上實驗準備人員和帶教老師也沒有更多時間和精力在周末將實驗室對外開放，所以醫(yī)學實驗的對外開放一直無法執(zhí)行。有了虛擬實驗系統(tǒng)，可以突破時間和空間的限制，通過校園網全天進行實驗室的開放。學生在宿舍可以隨時、隨地進入虛擬實驗室網站，選擇相應的實驗操作，一些對機能實驗感興趣的非醫(yī)學專業(yè)的學生平時沒有機會親身來到課堂聆聽老師的講解，現在也可以通過校園網的虛擬實驗系統(tǒng)了解和實際操作這些實驗項目。這使得實驗教學這一資源從中心“獨有”變成了全?！肮蚕怼?，充分表現其高效性。

三、虛擬實驗不能完全替代真實實驗

虛擬實驗室雖具備著上述諸多優(yōu)點，但在實際教學過程中完全用仿真模擬實驗來代替真實實驗也是不可取的。學生在真實實驗中需親自操作，對于訓練學生的基本操作技能有非常重要的作用。而虛擬實驗中學生主要是通過眼睛去觀看和體會實驗的操作過程，而缺乏真實實驗中視、聽、觸、味、嗅覺全方位刺激下的“真實感”。真實實驗與虛擬實驗都是醫(yī)學機能實驗教學中不可或缺的組成部分，兩者相輔相成。因此，在教學過程中我們需要取長補短，將兩者有機結合起來，才能最大限度地發(fā)揮二者的作用，提高實驗教學質量。

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基金項目：南華大學高等教育研究與改革課題（2011XJG050，2011XJG052）

作者簡介：張弛，醫(yī)學博士，講師，主要從事醫(yī)學機能學實驗教學與改革研究。

通訊作者：易光輝，醫(yī)學博士，教授，主要從事醫(yī)學機能學實驗教學與改革研究。