馬智聰

摘 要 生理學(xué)教學(xué)中，實驗課程是其中非常重要的一部分，通過開展實驗課程，更好的培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力以及動手能力，讓學(xué)生能夠在遇到問題時能夠?qū)栴}進(jìn)行分析解決。但是，有許多的生物實驗較為血腥，在開展過程中容易產(chǎn)生令人不適的生理和心理反應(yīng)，而且利用活物進(jìn)行實驗，需要充足的資金作為經(jīng)濟(jì)支撐，還需要更加高級的安全防護(hù)系統(tǒng)，來保障學(xué)生在實驗過程中的安全。而虛擬實驗的應(yīng)用就可以很好地解決這些困境，在讓學(xué)生感受實驗過程的同時，降低實驗的殘酷性和資金需求，同時有利于安全實驗，提高學(xué)生實驗的積極性，提高學(xué)習(xí)效率。下文將針對虛擬實驗及其在生理學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用展開探析。

關(guān)鍵詞 虛擬實驗 生理學(xué)教學(xué) 應(yīng)用探析

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.06.068

Virtual Experiment and its Application in Physiology Teaching

MA Zhicong

（Xuchang University， Xuchang， Henan 461000）

Abstract In the teaching of physiology， the experimental course is a very important part of it. By carrying out the experimental course， we can better cultivate students' observation ability and practical ability， so that students can analyze and solve problems when they encounter problems. However， many biological experiments are bloody and prone to uncomfortable physiological and psychological reactions in the process of carrying out. Moreover， using living animals to carry out experiments needs sufficient funds as economic support， and more advanced safety protection system is needed to ensure the safety of students in the process of experiments. The application of virtual experiment can solve these difficulties well. While letting students feel the experimental process， it can reduce the cruelty of the experiment and the need for funds. At the same time， it is conducive to safe experiment， improve the enthusiasm of students' experiment and improve the efficiency of learning. In this paper， we will discuss the virtual experiment and its application in physiology teaching.

Keywords virtual experiment； physiology teaching； application analysis

1前言

生理學(xué)教學(xué)是當(dāng)前高等醫(yī)學(xué)教育的一門基礎(chǔ)課程，而隨著高校擴(kuò)招政策的實行，學(xué)生的數(shù)量有大幅度的增多，然而高校的實驗器材、教師資源等多方面都受到了限制，導(dǎo)致當(dāng)前的高校生理學(xué)教學(xué)中的實驗課程難以展開，即使能夠進(jìn)行實驗，實驗課程的效果也不能夠達(dá)到預(yù)期的效果。很多的高校將生理學(xué)實驗課程的課時減少，導(dǎo)致學(xué)生只能在課上進(jìn)行理論知識的學(xué)習(xí)，而忽略了學(xué)生的實驗操作能力，使生理課程的教學(xué)效果受到影響。

2虛擬實驗的分析

2.1虛擬實驗

虛擬實驗教學(xué)方式的思想是來自于對現(xiàn)實世界進(jìn)行虛擬的思想，對生理學(xué)實驗課程進(jìn)行的虛擬是借助計算機(jī)以及仿真軟件來將實際的生理學(xué)實驗課進(jìn)行模擬，能夠模擬出與真實實驗課程相似的實驗環(huán)境，然后學(xué)生能夠通過計算機(jī)進(jìn)行虛擬實驗，這樣一來，能夠使高校生理學(xué)實驗課程進(jìn)行落實。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，借助計算機(jī)技術(shù)能夠?qū)⑸韺W(xué)實驗課程中的實驗器材以及實驗材料進(jìn)行較好的模擬，這是因為大多數(shù)能夠以圖片的形式呈現(xiàn)，因此，更加方便了學(xué)生進(jìn)行虛擬實驗。讓高校學(xué)生借助虛擬實驗進(jìn)行生理學(xué)實驗課程，具有一定的優(yōu)點，但同時也具有一定的不足。

2.2虛擬實驗的優(yōu)點

虛擬實驗?zāi)軌驅(qū)F(xiàn)實中存在的事物借助計算機(jī)以及仿真軟件將其進(jìn)行模仿，緩解了高校生理學(xué)教學(xué)中實驗課程的壓力。通過借助虛擬實驗，不僅能夠?qū)⒄鎸嵉氖挛镞M(jìn)行模擬，還能夠?qū)⒑暧^和微觀世界中難以模擬的事物進(jìn)行模擬，并且能夠清晰準(zhǔn)確的展現(xiàn)出來。借助虛擬實驗，能夠?qū)⒁恍└唠y度的實驗進(jìn)行模擬，例如飛機(jī)飛行的模擬實驗，就能夠通過虛擬實驗進(jìn)行，同時，一些實驗所需要的材料價格昂貴，如果實驗過程出現(xiàn)失誤，就會導(dǎo)致材料的浪費(fèi)，如果借助虛擬實驗進(jìn)行這種類型的實驗，就能夠避免這種情況的出現(xiàn)，節(jié)約資源，不會過多的消耗材料。一些生理學(xué)中的實驗很難在現(xiàn)實中進(jìn)行，因此，可以借助虛擬實驗，在計算機(jī)中進(jìn)行實驗。不僅如此，通過借助虛擬實驗，還能夠?qū)嶒灛F(xiàn)象進(jìn)行觀察記錄，使實驗效果更加明顯。

其次，利用虛擬實驗的教學(xué)方法進(jìn)行生理學(xué)教學(xué)有利于降低學(xué)生們對動物實驗的抵觸情緒。在生物學(xué)動物實驗過程中，通常需要對活物進(jìn)行藥物注射、物理實驗研究、解剖研究等等，在實驗過程中，容易出現(xiàn)操作失誤的情況，從而導(dǎo)致實驗的動物遭受不同程度的傷害，這在很大程度上降低了學(xué)生實驗課堂的參與度，容易導(dǎo)致學(xué)生對生物學(xué)課堂產(chǎn)生抵觸情緒。而且，利用活物進(jìn)行實驗時，由于活物的價格比較貴，成本高，在分配時實驗品減少，也不利于學(xué)生更好的觀察實驗現(xiàn)象，導(dǎo)致生物學(xué)實驗效率低下，不利于生物學(xué)課程教學(xué)任務(wù)的順利完成。

2.3虛擬實驗的缺點

虛擬實驗是借助計算機(jī)等互聯(lián)網(wǎng)工具實現(xiàn)的，但是在虛擬實驗過程中，學(xué)生并不能真正的參與到實驗中來，只能借助信息技術(shù)和多媒體技術(shù)了解實驗的過程，這就意味著學(xué)生對生物學(xué)的理解有可能只停留在理論層面，有時候?qū)W生看似在認(rèn)真聽講，在虛擬實驗中學(xué)習(xí)生物學(xué)，但是并沒有真正掌握實驗的要點。而且，在虛擬實驗過程中學(xué)生不容易發(fā)現(xiàn)自身存在的問題，實踐出真知，進(jìn)行實踐教學(xué)活動，教學(xué)內(nèi)容才更能夠加深學(xué)生學(xué)習(xí)的印象。還有，虛擬實驗雖然有利于節(jié)約資源，提高實驗效率，但是學(xué)生動手參與實驗的過程是不可替代的，在實踐中加深對知識的印象。在虛擬實驗中，需要學(xué)生具備一定的獨立思考以及分析問題的能力，然而高校的學(xué)生在進(jìn)行生理學(xué)虛擬實驗的過程中，缺乏一定的獨立思考的能力，導(dǎo)致很多學(xué)生在虛擬實驗中很難達(dá)到預(yù)期的效果。虛擬實驗與真實的實驗兩者之間是互補(bǔ)的關(guān)系，有些實驗在借助虛擬實驗進(jìn)行的過程中，并不能夠?qū)⒄鎸崒嶒炌耆娲?，然而學(xué)生不能夠進(jìn)行實際的操作，降低虛擬實驗的效果。這些都是虛擬實驗存在的不足。

3虛擬實驗在生理學(xué)教學(xué)中的設(shè)計

生理學(xué)教學(xué)中需要將生理學(xué)理論知識與實際的實驗操作結(jié)合展開教學(xué)，學(xué)生在生理學(xué)課堂中只能夠進(jìn)行相關(guān)理論知識的獲取，不進(jìn)行實際的實驗操作則很難做到對理論知識的理解和掌握，因此，生理學(xué)教學(xué)中很多的理論知識都是通過經(jīng)典的實驗來進(jìn)行講解的，借助實驗?zāi)軌蚋玫膸椭鷮W(xué)生掌握理論知識，因此將生理學(xué)理論知識教學(xué)與實驗教學(xué)相結(jié)合才能夠更好的提高高校學(xué)生生理學(xué)課程學(xué)習(xí)的效果。

3.1生理學(xué)虛擬實驗的設(shè)計原則

生理學(xué)實驗教學(xué)中進(jìn)行虛擬實驗設(shè)計時，要遵循一定的原則，在進(jìn)行虛擬實驗的過程中要遵循一些必要性原則，必要性原則要求教師要將生理學(xué)實驗課程進(jìn)行充分的分析之后再決定實驗課程是否有必要設(shè)計成為虛擬實驗，如果整個實驗過程中只有小部分需要借助虛擬實驗進(jìn)行，或者是實驗過程中只有小部分需要設(shè)計成示教的形式，則可以適當(dāng)?shù)臏p少虛擬實驗的設(shè)計；如果實際的生理學(xué)實驗過程中一些實驗操作步驟更加強(qiáng)調(diào)對學(xué)生動手能力的培養(yǎng)，則可以適當(dāng)?shù)臏p少虛擬實驗的設(shè)計；如果一些生理實驗課程在實際的實驗過程中，更加偏重對學(xué)生的示教，那么可以適當(dāng)?shù)脑黾犹摂M實驗設(shè)計，并以虛擬實驗操作為主要的內(nèi)容。除此之外，虛擬實驗的設(shè)計還需要遵循一定的可控性原則，可控性原則是需要在設(shè)計虛擬實驗的過程中，注意到學(xué)生與虛擬實驗之間的互動，一些操作步驟可以通過學(xué)生的操作實現(xiàn)，這樣一來，能夠幫助學(xué)生加深對實驗操作步驟的記憶，因此在進(jìn)行虛擬實驗設(shè)計時要適當(dāng)?shù)脑O(shè)計一些能夠進(jìn)行操作的界面，方便學(xué)生進(jìn)行控制；虛擬實驗的設(shè)計還需要遵循直觀性原則，直觀性原則需要虛擬實驗在進(jìn)行設(shè)計時能夠?qū)⑸韺嶒炛械囊恍?shù)據(jù)以及實驗現(xiàn)象進(jìn)行直觀的觀察，方便學(xué)生將實驗數(shù)據(jù)以及實驗現(xiàn)象進(jìn)行記錄；虛擬實驗在進(jìn)行設(shè)計時，還要考慮到虛擬實驗的可行性以及經(jīng)濟(jì)性的原則，考慮到一些高校在進(jìn)行生理學(xué)實驗教學(xué)時是否具有一定的計算機(jī)設(shè)施來支持虛擬實驗的進(jìn)行，將高校的各方面條件進(jìn)行綜合的考慮，在高校條件允許的情況下，展開虛擬實驗教學(xué)。對于經(jīng)濟(jì)條件相對較差的高校，可以在進(jìn)行虛擬實驗設(shè)計時，采用Flash軟件進(jìn)行設(shè)計，能夠較好的實現(xiàn)可行性原則以及經(jīng)濟(jì)性原則。降低設(shè)計成本，降低經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

3.2虛擬實驗結(jié)構(gòu)模塊的分析

虛擬實驗的結(jié)構(gòu)模式將借助泌尿?qū)嶒炦M(jìn)行分析。在進(jìn)行泌尿虛擬實驗設(shè)計時，實驗原理主要是將泌尿相關(guān)的理論知識通過文本以及圖表的方式進(jìn)行展示，并且，展現(xiàn)出相關(guān)實驗原理的操作步驟，將實驗過程中的一些步驟以動畫的形式呈現(xiàn)。通過實驗原理模塊，讓學(xué)生能夠了解到進(jìn)行此項虛擬實驗的目的，并將此項虛擬實驗的相關(guān)理論知識進(jìn)行熟悉，做到對理論知識掌握的基礎(chǔ)上還能夠?qū)嶒灢僮鞑襟E進(jìn)行掌握。實驗原理模塊之后是實驗操作步驟模塊，這一模塊需要將實驗過程中所需要的實驗器材和實驗步驟清晰地呈現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生能夠直接的觀看到。

表1 兩個班級在滿意程度上的比較

隨機(jī)選擇72人進(jìn)行對比試驗，分為兩個班，每個班各有36人，一班進(jìn)行動物實驗，二班進(jìn)行虛擬實驗，將兩組實驗中同學(xué)對實驗結(jié)果的滿意度以及對實驗的消耗進(jìn)行對比分析。對比結(jié)果：其中進(jìn)行動物實驗的36名同學(xué)中，有28人滿意，8人不滿意，滿意率為77.78%；進(jìn)行虛擬實驗的36名同學(xué)中，有15人滿意，有21人不滿意，滿意率41.67%，詳見表1。學(xué)生對于實驗資源的消耗情況如下，動物實驗?zāi)猛米优e例，一只兔子80元，全班分為九組進(jìn)行實驗，動物實驗組需要消費(fèi)720元，而浪費(fèi)了學(xué)校實驗室已有的虛擬實驗設(shè)備；而二班的虛擬實驗不需要消費(fèi)動物，又充分利用了學(xué)校已有資源，總體費(fèi)用較低。結(jié)論：進(jìn)行虛擬實驗?zāi)軌蜉^好的提高資源的利用率，值得推廣應(yīng)用。在進(jìn)行虛擬實驗的過程中，教師要對學(xué)生有一定的了解，在進(jìn)行虛擬實驗的設(shè)計中，將學(xué)生容易出現(xiàn)問題的地方進(jìn)行著重的強(qiáng)調(diào)，對于一些視頻部分可以設(shè)計成能夠進(jìn)行快進(jìn)、后退的形式，讓學(xué)生能夠進(jìn)行反復(fù)的觀看，方便學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。實驗操作步驟模塊完成之后進(jìn)行虛擬實驗?zāi)K，這一模塊是學(xué)生進(jìn)行生理學(xué)虛擬實驗課程中最重要的一部分。學(xué)生在進(jìn)行虛擬實驗?zāi)K中，要對實驗操作步驟有一定的了解，能夠熟練的進(jìn)行操作，并通過借助計算機(jī)以及仿真軟件進(jìn)行虛擬實驗，虛擬實驗的過程中，學(xué)生能夠借助計算機(jī)進(jìn)行實驗過程中的每一個步驟，并將實驗過程的現(xiàn)象進(jìn)行觀察記錄，讓學(xué)生能夠在虛擬實驗中完成一個完整的實驗。進(jìn)行虛擬實驗的過程中，如果遇到一些不能夠自己解決的問題，可以通過點擊相關(guān)的鏈接進(jìn)入實驗原理模塊或者是實驗操作步驟模塊，然后將遇到的問題進(jìn)行解決。最后一個模塊為復(fù)習(xí)小節(jié)模塊，這一模塊將針對實驗?zāi)K過程中遇到的問題、實驗現(xiàn)象以及實驗過程中的難點進(jìn)行提問，讓學(xué)生進(jìn)行思考，鍛煉學(xué)生的思維能力，并認(rèn)識到自身存在的不足。

3.3生理學(xué)虛擬實驗技術(shù)的實現(xiàn)

3.3.1借助Flash軟件實現(xiàn)虛擬實驗的設(shè)計

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，各種各樣的技術(shù)軟件呈現(xiàn)在人們面前，在進(jìn)行虛擬實驗設(shè)計中，通過借助Flash軟件進(jìn)行虛擬實驗的設(shè)計，具有一定的優(yōu)勢，首先這項軟件所設(shè)計出的實驗所需的器材具有較小的容量，并且，具有較高的兼容性和動畫效果。運(yùn)用Flash軟件進(jìn)行虛擬實驗時，能夠較好的實現(xiàn)導(dǎo)入和導(dǎo)出功能，將文本、音頻、動畫等多項內(nèi)容進(jìn)行結(jié)合，最終呈現(xiàn)出非常好的動畫效果，能夠加深學(xué)生對實驗過程的記憶。因此，當(dāng)前的生理學(xué)虛擬實驗設(shè)計中首先采用Flash軟件技術(shù)進(jìn)行設(shè)計。除了Flash技術(shù)之外，還有Vrml技術(shù)和ActiveX技術(shù)。

3.3.2虛擬實驗程序設(shè)計步驟

在進(jìn)行虛擬實驗設(shè)計時，首先要將素材進(jìn)行收集，將各個實驗中所需要圖形進(jìn)行收集，將這些圖片壓縮成為JPG格式進(jìn)行保存，并將收集的素材進(jìn)行合理的整理。對于聲音素材的收集，可以借助光盤或者直接進(jìn)行聲音的錄制，在通過一些音頻處理軟件將聲音壓縮成MPRG格式。將這些聲音和圖片素材進(jìn)行收集并充分利用。有些圖片可以直接從網(wǎng)站上進(jìn)行下載，然后再借助一些計算機(jī)軟件將圖片進(jìn)行處理，能夠有效的提高資源的利用率。將素材收集整理之后，需要將虛擬實驗中的示教視頻進(jìn)行處理，將標(biāo)準(zhǔn)的示教視頻進(jìn)行拍攝，然后放在虛擬實驗教學(xué)視頻中，讓學(xué)生能夠?qū)W習(xí)標(biāo)準(zhǔn)的實驗操作步驟以及操作的標(biāo)準(zhǔn)動作。視頻文件的轉(zhuǎn)換可以借助Wildform Flix軟件。最后進(jìn)行動畫的制作，將虛擬實驗中所需要的實驗儀器、實驗藥品等設(shè)計好之后 ，通過對各個實驗過程的編排，借助Active預(yù)演能夠?qū)崿F(xiàn)場景的模擬操作。完成的視頻可以直接加入到模擬實驗的網(wǎng)頁當(dāng)中，還可以放在PPT中進(jìn)行演示，如果學(xué)生在心理學(xué)虛擬實驗課程中遇到不能解決的問題，可以通過點擊網(wǎng)頁鏈接找到這些視頻，方便學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。

4結(jié)語

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)已經(jīng)逐漸成為高校教學(xué)中一項必不可少的教學(xué)工具。將當(dāng)前的生理學(xué)實驗引入虛擬實驗教學(xué)，大大的提高了學(xué)生對于生理學(xué)實驗課程的熱愛度。虛擬實驗教學(xué)方式在當(dāng)前的生理學(xué)實驗教學(xué)中發(fā)揮出了巨大的作用，通過借助計算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及各種軟件技術(shù)，將真實的生理學(xué)實驗轉(zhuǎn)變成為虛擬實驗，豐富了高校生理學(xué)教學(xué)手段和教學(xué)內(nèi)容，使當(dāng)前的教育觀念得到了更新。虛擬實驗與真實的實驗之間是一種互補(bǔ)的關(guān)系，不能夠全部依賴虛擬實驗進(jìn)行教學(xué)，將虛擬實驗課程進(jìn)行合理的安排，更好的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

項目名稱：虛擬實驗在高校生理實驗教學(xué)中的應(yīng)用研究XCU2017-ZZ-032

參考文獻(xiàn)

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