羅懷青，韓 麗，衡建福，王 燕，蔣彭成，何建軍

長沙醫(yī)學院基礎醫(yī)學院， 長沙 410219

機能虛擬實驗室的建設與實踐

羅懷青，韓 麗，衡建福，王 燕，蔣彭成，何建軍

長沙醫(yī)學院基礎醫(yī)學院， 長沙 410219

虛擬仿真實驗室具有較強的交互性、真實性、多感知性等特點。將其引用到機能實驗教學中，建立機能虛擬實驗室、搭建網(wǎng)絡教學平臺、開展機能虛擬仿真實驗輔助教學，有利于增強學生的學習興趣，提高學生的動手操作能力和自主學習能力，促進實驗教學質(zhì)量的提高。

虛擬仿真實驗室；機能學實驗；教學質(zhì)量

實踐教學是醫(yī)學教育非常重要的部分，是培養(yǎng)學生從事醫(yī)療工作不可或缺的環(huán)節(jié)。機能實驗教學是醫(yī)學基礎教學中的主要部分。當今，醫(yī)學機能實驗教學面臨動物費用高、動物種類使用不多、實驗設備貴且數(shù)量較少以及學生動手機會少等諸多問題。如何有效克服這些困難，增加學生動手操作機會，提高實驗教學質(zhì)量，培養(yǎng)學生實際動手能力和創(chuàng)新思維，是醫(yī)學機能實驗學改革的方向。因此，將虛擬仿真技術(shù)應用到機能實驗學教學中，建立機能虛擬實驗室具有重要的實際意義。

1 虛擬仿真實驗室概念及現(xiàn)狀

虛擬仿真實驗室(The virtual/simulation laborat- ory，VL)，主要指在各種計算機系統(tǒng)中通過采用多種虛擬仿真技術(shù)實現(xiàn)不同的虛擬實驗環(huán)境，使得實驗者能夠在接近真實的實驗環(huán)境中，完成預定的實驗項目[1]。它具有較強的交互性、真實性、多感知性等特點。虛擬仿真技術(shù)可依靠計算機的圖形處理進行圖像再現(xiàn)，與傳統(tǒng)的圖像再現(xiàn)手段(如電影、電視以及DV，等)相比，有著本質(zhì)的飛躍[2]。虛擬仿真技術(shù)對圖像的再現(xiàn)不僅僅局限于對實物的再現(xiàn)，它更多地被應用在超現(xiàn)實畫面的再現(xiàn)上[3]。

虛擬實驗室的概念是由美國弗吉尼亞大學(Un- iversity of Virginia)的威廉·沃爾夫(William Wolf)教授于1989年首先提出的，其初衷是為了方便不同實驗室中的科研人員共享彼此的數(shù)據(jù)、儀器設備，并能交流思想和進行遠程科研合作[4]。當前虛擬實驗室應用在發(fā)達國家已十分普及，涉及到科研、教學、商業(yè)、娛樂等各行各業(yè)。近年來，國內(nèi)虛擬仿真技術(shù)應用得到了較快發(fā)展，受到了高校教育界的青睞。其功能也由單純的設備資源的遠程共享，發(fā)展到依托虛擬資源、場景、模型等建立的網(wǎng)絡協(xié)作平臺。將虛擬仿真技術(shù)應用到機能實驗學教學中，建立機能虛擬實驗室具有較廣闊的發(fā)展前景。

2 該校機能虛擬實驗室建設內(nèi)容

長沙醫(yī)學院自2008年就撥?？詈蛯T用于研究計算機技術(shù)在教學、考試、辦公等方面的應用?，F(xiàn)學校已建立了較先進的機能虛擬實驗室，包括4個部分，即虛擬實驗教學模塊、實驗報告模塊、實驗管理模塊、師生交流模塊。同時，搭建了網(wǎng)絡平臺以供學生自主學習。

2.1 虛擬實驗教學模塊

該校機能虛擬實驗教學模塊分為資料室、準備室、動物房、模擬實驗室、考場五部分。資料室中介紹了生理學、藥理學、病理生理學三門理論課和機能實驗學相關(guān)知識。準備室介紹了機能常用儀器設備、器械、試劑、物品等性能、方法相關(guān)知識；動物房介紹實驗動物的生理特性、生理常數(shù)和應用，所介紹的動物包括蟾蜍、大鼠、小鼠、豚鼠、裸鼠、金黃地鼠、家兔、貓、犬、獼猴，等；模擬實驗室介紹了70個單項實驗，每個實驗項目由簡介、原理、錄像、模擬、結(jié)果等部分組成。單項實驗所涉及的基礎知識、基本原理、基本技能以及注意事項，大多采用Flash技術(shù)進行簡潔、生動地介紹。實驗步驟采用3D動畫加Flash技術(shù)進行設計，學生可以自由、反復開展實驗步驟操作訓練；考場部分主要是通過大量的試題來讓學生掌握基本知識，實現(xiàn)無紙化考試，可以節(jié)約大量資源。

2.2 實驗報告模塊

主要對學生完成實驗后，提供相關(guān)的實驗報告模板，供學生下載，由學生填寫相關(guān)內(nèi)容以及實驗結(jié)果，完成后上傳電子版實驗報告，由教師進行批閱，并進行記錄。

2.3 實驗管理模塊

由學生管理、教師管理、儀器管理和學生成績管理等組成。學生通過瀏覽器進行注冊登錄，登錄成功后可瀏覽實驗項目，查看實驗的詳細資料，預約實驗項目及做實驗的時間，在線發(fā)送和接受消息，進行問題討論和實驗登記，實驗完成后可通過網(wǎng)絡書寫實驗報告并提交報告。教師管理方面：可對實驗內(nèi)容添加、修改、整理、刪除，批改實驗報告，填寫評語和成績，提交批改結(jié)果，與學生進行討論。儀器管理方面：對新設計開發(fā)的虛擬儀器上傳并進行分類整理，以便實驗使用。成績管理方面：對學生的實驗情況(實驗次數(shù)、實驗報告及完成情況)給出成績，并進行統(tǒng)計分析及提供查詢，等。

2.4 師生交流模塊

教師和學生可以通過論壇進行充分交流，學生可以將實驗中的收獲、經(jīng)驗和體會及問題發(fā)布到論壇上，教師可以將一些典型的問題提出來，供大家探討。學生在這種寬松的環(huán)境下發(fā)表自己的見解，教師從中可以及時得到實驗教學的反饋信息，以便整改。

3 該校機能虛擬實驗室應用及效果

如何科學地使用虛擬系統(tǒng)進行教學，吸引和提高學生的積極性，促進教學質(zhì)量的提高是值得探討的。許多高校將虛擬實驗系統(tǒng)用于學生業(yè)余時間訓練，作為現(xiàn)實實驗的補充，沒有把虛擬實驗教學納入到教學計劃中來，導致虛擬實驗室作用發(fā)揮不足。因此，學校機能實驗教學組經(jīng)研究，改善機能虛擬實驗室應用方法，促進學生主動進入虛擬實驗室學習，教學效果明顯。

3.1 方法

將2013級臨床專業(yè)班300名學生作為改革對象，隨機分為普通班和教改班。普通班：采用“教師課堂上講解實驗目的、原理、方法，然后教師進行示教，學生課后完成實驗報告書寫”的傳統(tǒng)教學模式。機能虛擬只供學生業(yè)余時間學習。教改班：第一次上機能課時，引領(lǐng)學生進入機能學虛擬實驗室，給學生講授虛擬實驗室的操作方法、包含內(nèi)容及特點；然后每次實驗下課前都交代學生認真預習下次實驗操作步驟，復習該次實驗內(nèi)容。另外，精選現(xiàn)實無法開設的虛擬實驗項目納入到教學計劃中，專門開設一次高難度、高風險的虛擬實驗項目教學。

3.2 評價方式

對兩個班用相同考題進行考核，結(jié)果進行統(tǒng)計學評價。對兩個班學生在家兔耳緣靜脈注射術(shù)、動脈插管術(shù)、氣管插管術(shù)、蛙心插管術(shù)等項目操作中所用時間進行統(tǒng)計評價。

3.3 統(tǒng)計學方法

對兩個班學生考試成績的分析采用SPSS 16.0 統(tǒng)計軟件進行t檢驗，以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。

3.4 結(jié)果

兩班學生期末操作成績比較，教改班學生的操作成績與普通班比較差異有統(tǒng)計學意義(t=4.028，P<0.05)，如表1所示。

表1 教改班與普通班期末成績比較

兩班學生在平時實驗操作中，開展家兔耳緣靜脈注射術(shù)、動脈插管術(shù)、氣管插管術(shù)、蛙心插管術(shù)等項目，所需時間比較，如圖1所示。

圖1 教改班與普通班具體項目操作時間比較

4 討論

機能實驗學是以活體動物為研究對象的一門實驗學科。機能實驗教學中學生操作時間不足、實驗失敗率高和動手機會少等是教學過程中的普遍問題[5-6]。將虛擬仿真技術(shù)運用到醫(yī)學機能學教學中，建立機能虛擬實驗室，搭建網(wǎng)絡教學平臺，學生使用不受時間、地點的限制，如學生可以在寢室、實驗室、圖書館等場地使用虛擬實驗室進行學習。受益面廣泛，可以多年級、多次數(shù)進行學習，大大提高了實驗效果。然而，許多高校沒有將虛擬教學納入到教學計劃中來，只是供學生業(yè)余時間訓練用，很難有效促進學生自覺地進行虛擬學習。學校通過研究將機能虛擬項目有目的地納入到教學計劃，積極引導學生時常進行虛擬訓練，促使學生自覺訓練。這種教學改革方法在臨床專業(yè)學生中運用比較顯示：改革班學生動手操作能力大幅度提高，學生自主學習能力明顯提升，學生考核成績明顯提高，較好地培養(yǎng)了學生自主學習能力和終身學習能力，值得推廣。

[1]李春艷，易燁.虛擬仿真實驗室的建設與實驗教學的改革[J].中國管理信息化,2014,17(24):114-115

[2]門秀麗，趙利軍，孔小燕，等．虛擬仿真實驗系統(tǒng)在病理生理學教學中的應用[J]．基礎醫(yī)學教育，2013，15(2)：148-149

[3]譚珂，潘新華，高原．醫(yī)學虛擬仿真教學環(huán)境的構(gòu)建[J]．中國醫(yī)學教育技術(shù)，2012，26(5)：535-538

[4]王燕，羅懷青，衡建福.機能實驗學虛擬實驗室建設與應用[J]．醫(yī)學與法學，2012，4(4)：376

[5]李從德．加強學科融合促進機能實驗教學改革[J]．教育教學論壇，2013(52):45-46

[6]黃念芳，楊敏．充分發(fā)揮機能學實驗室在現(xiàn)代醫(yī)學教育中的作用[J]．醫(yī)學信息，2013，26(8):15

Construction and practice of the virtual laboratory of function

LuoHuaiqing,HanLi,HengJianfu,WangYan,JiangPengcheng,HeJianjun

SchoolofBasicMedicine,ChangshaMedicalCollege,Changsha410219,China

The virtual simulation lab is strongly characterized by interactivity, authenticity, and multi-perception. Introducing it to establish the virtual laboratory of function, constructing a network-based teaching platform and carrying out virtual simulation-assisted teaching of functional experiments can help to arouse students' interest in learning, improve their hands-on ability and autonomic learning ability, and ultimately uplift the quality of experimental teaching.

virtual simulation laboratory; functional experiment; teaching quality

湖南省教育廳教學改革項目[2013(223號)]

2015-05-04

羅懷青(1978-)，男，湖南耒陽人，碩士，副教授，主要研究方向：生理學和機能實驗學教學及改革。

何建軍(1974-)，男，湖南衡陽人，博士研究生在讀，教授，主要研究方向：高等教育與管理。 電話：0731-88602607；E-mail:BUCKS215@163.com

G434

A

1004-5287(2015)05-0532-03

：10.13566/j.cnki.cmet.cn61-1317/g4.201505016