李濤，譚安雄，朱亞平，歐陽恩鴻，丁建華，王林

醫(yī)學機能學虛擬仿真實驗室的開發(fā)及應用

李濤，譚安雄，朱亞平，歐陽恩鴻，丁建華，王林

（邵陽醫(yī)學高等?？茖W校，湖南邵陽422000）

醫(yī)學機能學教學的開展對培養(yǎng)學生實驗操作能力十分有益。然而，當前實驗教學方式固定、教學手段滯后，面對這些問題，教學改革勢在必行。探究數(shù)字化模式醫(yī)學機能學實驗室的開發(fā)及應用，整合傳統(tǒng)實驗室，提升教學水平，讓學生更好地掌握實驗操作能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識和科研興趣，是當前教學不容忽視的一個方面。

醫(yī)學機能學；虛擬仿真實驗室；數(shù)字化模式

醫(yī)學機能學虛擬仿真實驗的開展有助于培養(yǎng)學生觀察、操作和分析問題能力。在醫(yī)學機能學實驗教學中，實驗對象通常是從動物身上分離出的組織和器官，要想完成實驗，需花費高昂的成本，并且是精細操作，十分復雜；此外，一些大型設備因受數(shù)量限制，學生參與人數(shù)多，導致教學效果不佳；教學場地和實驗器械等一些因素的影響使得實驗開展十分困難。在學生方面，一些學生實驗前后沒有做充足的預習和復習，對實驗的精密性操作知之甚少，不能很好地操作實驗設備，不利于醫(yī)學技能實驗教學的開展。隨著科技的發(fā)展，一種新的虛擬技術(shù)出現(xiàn)，為了確保高校醫(yī)學機能學實驗能更好地開展，提高實驗水平，我們進行了相關(guān)探討。

1 醫(yī)學機能學實驗教學狀況

醫(yī)學機能學實驗是在生理學和病理學等醫(yī)學學科基礎上形成的，通過整合，對相同實驗對象進行藥物和病理等干預，探究其形態(tài)和器官功能的變化。分析國內(nèi)外這方面的研究發(fā)現(xiàn)，當前醫(yī)學機能學實驗教學出現(xiàn)了一些問題。

1.1 教學方法固定，教學手段滯后

醫(yī)學機能學實驗教學還是采用傳統(tǒng)的看錄像和標本階段，將動物實驗作為輔助手段，內(nèi)容單一，無法實現(xiàn)師生之間的有效互動，易使學生產(chǎn)生厭學心理。隨著數(shù)字化技術(shù)的出現(xiàn)，醫(yī)學機能學實驗運用多媒體技術(shù)還處于較低水平，主要用于輔助教學，并未引起充分重視，涉及網(wǎng)絡教學的很少。

1.2 經(jīng)費匱乏，阻礙實驗教學的發(fā)展

醫(yī)學機能學實驗需要多種材料和動物。目前，動物實驗材料價格持續(xù)上升，實驗成本高，受限于教學經(jīng)費，教學資源嚴重不足。另外，醫(yī)學教育擴大了招生規(guī)模，生源人數(shù)持續(xù)攀升，隨之而來減少了實驗項目，這使得實驗次數(shù)減少，不能給學生提供充足的實驗機會，削弱了他們的實驗能力，嚴重影響了教學效果，阻礙了醫(yī)學機能學實驗教學發(fā)展。

2 醫(yī)學機能學虛擬實驗系統(tǒng)特征

醫(yī)學機能學虛擬實驗系統(tǒng)的主要部分是計算機仿真虛擬技術(shù)，融入多種模型數(shù)據(jù)，如動物病理學數(shù)據(jù)和生物仿真技術(shù)數(shù)據(jù)等。醫(yī)學機能學實驗虛擬系統(tǒng)構(gòu)建在計算機系統(tǒng)中，借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)，為學生營造一個逼真的實驗環(huán)境，在多種實驗器械的幫助下，學生既能順利地做完傳統(tǒng)實驗項目，也能操作創(chuàng)新性實驗項目，對實驗室的開放有益，不受實驗場地和實驗器械等影響，尤其是實驗資源匱乏的情況下依然適用，可以在高校推廣。學生在寢室內(nèi)可通過安裝虛擬服務器，以遠程登錄的形式進行有關(guān)模擬實驗，極大地調(diào)動了學生的積極性，使他們對機能學實驗感到親切，有利于其提升運用理論知識解決實際問題能力。虛擬仿真系統(tǒng)應用于教學，激發(fā)了學生的學習熱情，取得顯著教學成效，使學生具備了創(chuàng)造性和自主性，培養(yǎng)了主動發(fā)現(xiàn)問題和解決問題能力[1]。虛擬實驗系統(tǒng)實驗室的應用在機能學實驗教學中起到了重要作用，完善了教學手段，提升了教學水平。

3 醫(yī)學機能學虛擬仿真實驗室的開發(fā)

虛擬仿真實驗室體現(xiàn)了較強的真實性、交互性和多感知性等特征，應用于機能學實驗教學中，構(gòu)建虛擬仿真實驗室，輔助實驗教學，為網(wǎng)絡教學提供了平臺，調(diào)動了學生學習積極性，使培養(yǎng)的學生具有較高的動手操作能力和自主學習能力，從真正意義上提高了教學水平[2]。醫(yī)學機能學虛擬仿真實驗室的構(gòu)成：網(wǎng)絡平臺、服務器和客戶端等，配置有虛擬實驗軟件?？蛻敉ㄟ^校外網(wǎng)絡就可以進行訪問，開展虛擬實踐。虛擬仿真實驗室結(jié)合生理學、病理學和藥理學能開展多種虛擬實驗，同時配置了多種圖片和豐富的影像資料，強化了學生對機能學的感性認識。由于其不受地域限制，學生可以在寢室安裝類似虛擬軟件，借助校園銜接服務器，對實驗進行課前預習和課后復習；不受實驗場地和課時限制，提高了教學效率。醫(yī)學機能學實驗室通過該教學手段，豐富了實驗項目，減少了實驗試劑和實驗動物的損耗，節(jié)省了購買昂貴設備的花費，適應了節(jié)約型社會的要求，使實驗操作更為容易，提高了實驗成功率，調(diào)動了學生學習積極性。因此，醫(yī)學機能學虛擬仿真實驗室的建立，有助于培養(yǎng)醫(yī)學優(yōu)秀人才，對醫(yī)學機能學實驗教學起到十分重要的作用。

4 醫(yī)學機能學虛擬仿真實驗室的應用

4.1 實驗教學手段多樣化

醫(yī)學機能學虛擬仿真實驗室滿足了實際教學需求，能模擬逼真的實驗環(huán)境，結(jié)合實驗具體內(nèi)容，構(gòu)建和教學內(nèi)容相匹配的虛擬實驗模型，可運用計算機生物仿真技術(shù)開展多種虛擬實驗。由于所有實驗都是由實驗儀器、實驗方式等構(gòu)成，當學生學習相關(guān)理論知識、熟悉實驗流程后，就可以使用合適的儀器和材料進行實驗，通過虛擬實驗系統(tǒng)及時掌握實驗中的各種數(shù)據(jù)，如實驗中動物血液用藥刺激產(chǎn)生的反應等，并把實驗中各種動物的差異歸入隨機變量中，保障了實驗的可靠性。在實驗結(jié)束后，評估實驗效果，提供和實驗有關(guān)的試題，以檢測學生對知識的掌握程度，判斷學生所處的理論知識水平，實現(xiàn)理論和實驗的結(jié)合，更好地鍛煉學生的動手操作能力。

4.2 延伸醫(yī)學機能學實驗項目

開展醫(yī)學機能學實驗時，需配置高精度的儀器，因受教育經(jīng)費不足限制，部分實驗項目不能開展；而一些大型實驗項目會因缺乏設備及實驗指標不合格，對實驗結(jié)果產(chǎn)生較大影響。虛擬仿真實驗室，配置了多種新設備，對所有實驗原理和方法介紹的都非常清楚，如膜片鉗技術(shù)和離體心臟灌流技術(shù)等，不僅拓寬了學生的知識面，也培養(yǎng)了學生自主探索知識的能力，通過指導，學生可以更好地開展醫(yī)學機能學實驗。

4.3 推進醫(yī)學機能學開放性實驗發(fā)展

在原有實驗基礎上，醫(yī)學機能學的開放實驗逐漸發(fā)展起來，有豐富的實驗數(shù)據(jù)作保障。學生可以獨自操作，完成實驗，鞏固已有知識結(jié)構(gòu)，豐富自身知識體系。開放性實驗是一種“主動探索式”的學習模式，有助于調(diào)動學生學習興趣。然而，由于實驗經(jīng)費投入不足，加之缺乏教學資源，不利于開放性實驗的發(fā)展。醫(yī)學機能學虛擬仿真實驗系統(tǒng)因不受實驗場地和材料等限制，是一種全天候開放的模式，利用校園網(wǎng)絡的便捷性，學生可以隨時隨地完成實驗設計和操作，探究創(chuàng)新技術(shù)，借助虛擬實驗室，檢驗并完善實驗數(shù)據(jù)。這種開放式的學習系統(tǒng)，解決了學生在實驗中遇到的難題，激發(fā)了學生學習熱情，培養(yǎng)了其創(chuàng)新意識，使他們對科研產(chǎn)生濃厚興趣。

5 結(jié)語

當前實驗教學的發(fā)展引起了各大高校的足夠重視，基于有限的條件，增強醫(yī)學機能學實驗教學效果十分必要[3]。高等醫(yī)學教育未來必然朝著數(shù)字化方向發(fā)展，其中仿真虛擬技術(shù)必將成為主流，也是實驗教學的新趨勢。其減少了教學成本，提高了實驗效率，但是，虛擬實驗不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)實驗，兩者各有所長，要相互結(jié)合，發(fā)揮自身優(yōu)勢，以保證醫(yī)學機能學實驗教學質(zhì)量。

[1]趙元淑，鄧鎮(zhèn)，雷水生，等.虛擬仿真系統(tǒng)應用于機能實驗教學的研究[J].醫(yī)學理論與實踐，2015（17）：2410-2412.

[2]羅懷青，韓麗，衡建福，等.機能虛擬實驗室的建設與實踐[J].中國醫(yī)學教育技術(shù)，2015（5）：532-534.

[3]王宏寶，劉慧萍，喻嶸，等.醫(yī)學機能學實驗教學中虛擬實驗應用[J].中國中醫(yī)藥現(xiàn)代遠程教育，2014（7）：84-85.

G482

A

1671-1246（2016）19-0112-02

湖南省高教學會實驗室管理專業(yè)委員會2014年資助研究課題“醫(yī)學院校生物機能虛擬仿真實驗室的構(gòu)建及應用”（2014-15）