虛擬仿真實驗在畜牧獸醫專業領域實訓的應用分析

（甘肅農業職業技術學院，甘肅 蘭州 730020）

畜牧獸醫專業在傳統模式下，由于各方面的限制，很多實驗無法開展，甚至取消，從而影響了課程的講授效果。近幾年，虛擬仿真系統技術在各個領域得到了廣泛的應用，教育部于2013年啟動了國家級虛擬仿真實驗教學中心的建設工作，截至2018 年底，實驗空間——國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺上公布的國家級虛擬仿真實驗教學項目已達1 069 項[1]。虛擬仿真實驗的興起，顛覆了傳統的實驗教學，有效的彌補傳統實驗的不足，如成本高、消耗大、污染嚴重等問題。

1 傳統模式下畜牧獸醫專業實訓的現狀

1.1 實驗（實踐）實訓資源緊張

一是在實訓中，比如《動物微生物與免疫技術》課程，要掌握各種病原體的形態特點，需要采集病料，分離得到菌株或者毒株。但是由于大多數動物疫病具有周期性、季節性等特點，導致病原體的采集有一定的難度。二是農業農村部規定不滿足相關條件的實驗室不允許保存菌種或者毒株，也不能從事相關的研究工作。

1.2 實驗（實踐）實訓的經費不足

畜牧獸醫專業是實踐性極強的專業，實驗(實踐)實訓經費不足是制約學生實踐的一個重要因素。該專業在實訓時，主要以活體動物比如豬、牛、羊、雞、兔等為實驗動物，由于經費的制約，近年來主要以小型動物為主，其次由于數量有限，也制約了學生的發展。

1.3 實驗室安全管理難度加大

近年來，隨著現代化實驗室的建設，大學生創新實踐、開放性實驗項目的開展，不同維度、不同層次的學生走進了實驗室，實驗室利用率加大，人員流動性增強，存在很多安全隱患，如實驗室由于病原微生物保存不當，造成病原體的傳播、擴散，甚至感染人或動物；另外在購買實驗動物時，部分無有效的檢疫證明，不能保證動物自身的健康；實驗時，由于操作不規范，造成人員的傷亡等。

1.4 實驗內容單一、更新速度較慢

近年來主要以傳統實驗為主，傳統的實訓由于很多因素的限制，實驗內容比較單一、更新速度較慢，一些具有腐蝕性、污染性、損害性較大的實驗無法在實驗室開展，導致理論與實踐相脫節。虛擬仿真實驗的引入正好彌補了這個不足，它不受以上因素的限制，實驗內容更新較快，學生還可以重復性的操作、實踐。

2 虛擬仿真系統技術在畜牧獸醫專業領域的可行性

虛擬仿真技術是多媒體技術與網絡通信技術相結合的產物，它是在20世紀80年代新的虛擬現實技術的基礎上發展起來的，是一門綜合集成技術，包括計算機圖形學、人機交互技術、傳感技術、人工智能等。人們可以借助視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和運動感覺等多種感知能力與虛擬世界進行自然交互，從而獲得身臨其境的感覺，因此具有沉浸性、交互性、虛幻性和逼真性的特點[2，3]，其在畜牧專業實訓中的優勢有如下幾點:

2.1 遵循3R原則，減少了實驗動物的使用

3R原則即減少(Reduction)、替代(Replacement)和優化(Refinement)的原則，虛擬仿真系統技術遵循了目前所廣泛倡導的3R理論，逐步減少對實驗動物的使用[4]。如動物解剖學，它作為畜牧獸醫專業的一門專業基礎課，具有內容繁雜、抽象難記等特點。虛擬仿真系統在本課程的引入，不受空間或時間的限制，學生可以隨時進入實驗操作系統，模擬不同動物的器官、系統、組織，觀察其形態結構、了解其生理功能，同時也解決了解剖學不重復和缺乏解剖樣本的問題。

2.2 打破了時空的局限性

虛擬仿真系統技術，不僅在時間和空間上開放，在實訓內容和實訓方式上也是開放的。例如在動物病理及解剖學中，學生可以隨時從不同方向、角度對動物機體某一病理狀況實施調控、進行組織結構剖解、觀察機體發病后的變化以及正常組織結構與病變組織結構的差異，從而激發學生的興趣，減少了傳統模式下實訓的弊端，具有安全無風險、效率高、動物機體疾病過程可調等優點。

2.3 節約實驗室資源和成本

在傳統的實驗中，很多實驗在開展時，除了需要購買實驗儀器、設備等之外，還需要購買實驗耗材。而在虛擬仿真實驗中，除購買仿真系統外，不需要采購大型精密儀器，更不需要購買實驗耗材，教師也不需要提前準備實驗試劑，就可以為學生展示最前沿實驗方法和檢驗技術，節約了實驗成本，所有的學生均可進行動手操作，將理論與實踐有機的結合。

2.4 有利于學生綜合素質的培養

操作虛擬仿真實驗時，學生需要提前查閱文獻、設計實驗、操作試驗等，對于出現實驗失敗的現象要學會分析原因，提高學生探索、實踐、團隊合作、溝通等綜合能力。

2.5 避免安全隱患

傳統實驗時，學生難免會接觸有毒、有害的化學試劑，或多或少對身體有損傷、損害；在利用活體動物進行實驗時有時出現傷亡、感染等現象。利用虛擬仿真實驗就會避免以上問題。

3 結語

虛擬仿真技術具有良好的交互性、開放性、共享性等特點[5]，將此技術應用到畜牧獸醫專業，學生的學習狀態由被動變為主動，提高了學生學習的積極性?？傊?，依托虛擬仿真系統實驗技術，不僅提高學生的動手能力和創新意識，而且為高等院校畜牧獸醫專業創新性人才的培養做出重大貢獻。