医学虚拟仿真实验具体内容介绍

医学虚拟仿真实验具体内容介绍（精选8篇）

医学虚拟仿真实验具体内容介绍 第1篇

虚拟实验具体内容介绍

（1）机能学基础性虚拟实验教学软件包含四个相对独立的操作实验：家兔的基本实验虚拟操作、蟾蜍的基本实验虚拟操作、大鼠的基本实验虚拟操作、小鼠的基本实验虚拟操作。所有内容全部采用人机互动的虚拟仿真操作来完成，同时配合动画演示，相关仪器设备的使用和操作知识。我们以大小鼠和蟾蜍的基本实验虚拟操作举例说明：

《大、小鼠基本操作综合实验》介绍了大、小鼠在实验中经常用到的几种基本操作，通过虚拟操作的演示和互动，把实验中的重点、难点表示出来，使学生通过该虚拟实验，熟悉大小鼠实验的各项基本操作，掌握实验的重点。

虚拟实验操作流程及技术点描述：

大小鼠的捉持主要采用动画演示的形式，生动体现了捉持的要点。

大小鼠的固定，又分为徒手固定，固定板固定，头部固定以及固定器固定。学生可以自行选择固定方式，对大小鼠进行固定。

大小鼠的分组与编号；分组演示了如何使用Excel软件取得随机数字后分组。编号着重介绍了背毛单色标记法。

常用给药方法的虚拟操作：灌胃法，皮下注射法，皮内注射法，肌肉注射法，腹腔注射法，静脉注射法.部分采用透视或同步放大局部让学生更直观更系统的学习以上的给药方式及注意事项。

常用麻醉方法的虚拟操作：通过虚拟实验——吸入麻醉和腹腔注射麻醉，让学生熟悉并掌握常用麻药的使用及配制方法。

大小鼠取血的虚拟操作：分为摘眼球取血法，眼眶后静脉丛穿刺取血法，心脏取血，腹主动脉采血法。

大鼠处死方法的演示，脊椎脱臼法，急性失血法，麻醉致死法，气体窒息致死法，击打法。

大鼠主要脏器摘取：学生可动手摘取虚拟大鼠的主要脏器，可掌握各主要脏器的位置和摘取后的性状。

家兔的基本实验虚拟操作内容包括：

家兔麻醉方法，颈部手术包含颈部皮肤切开、分离皮下筋膜、气管插管、颈动脉插管、颈外静脉插管、颈部迷走神经、交感神经、降压神经分离等内容，家兔腹部手术包含回盲部肠系膜分离术、输尿管插管术、膀胱插管术等内容，家兔腹股沟手术主要含分离股动脉股、静脉插管或股神经，以备动脉放血、静脉输血输液、注射药物等内容。

（2）在《离体心脏灌流实验》的虚拟实验软件中，包含四个基本实验元素：离体心脏制备操作录像；8种药物对蛙心灌流影响的虚拟子实验；8种未知药物对蛙心灌流的虚拟实验；以及每个子实验完成后的知识点自测。在已知药物对蟾蜍心脏灌流的虚拟实验中，为同学提供了心脏灌流的动画与3D心脏的虚拟环境，学生亲自动手在虚拟空间内使用8种不同的药物分别加入灌流液中，观察不同药物、不同剂量对离体心脏功能的影响，实验操作过程基本不受时间限制。

（3）在《坐骨神经-缝匠肌实验》的虚拟实验软件中，包含三个基本实验元素：坐骨神经-缝匠肌制备与实验操作录像；五种不同条件下，坐骨神经-缝匠肌虚拟实验；每个子实验完成后的知识点自测。在坐骨神经-缝匠肌虚拟实验中，采用了3D的神经冲动与骨骼肌收缩的机制模式图，以及实验机制解释的3D原理图构建逼真的虚拟环境。例如，在终板电位实验中，学生可以在显微镜下亲自动手操作玻璃电极进行实验，不同的子实验都有详尽实验原理解释和知识点测试题。

（4）在《多因素对呼吸系统功能的影响》的虚拟实验软件中，首先是建立了数字化虚拟3D透明家兔模型，在此基础之上完成大型、综合性呼吸功能虚拟实验。其包含三个基本实验元素：家兔呼吸功能实验操作过程录像；虚拟实验中含有9个不同的子实验，如气道延长、气道狭窄、吸入氮气、吸入CO2、代谢性酸中毒（含纠正酸中毒）、气胸（开放性与张力性）、肺水肿等，以及每个子实验完成后的知识点自测。学生在实验操作中，可观察到透明兔的呼吸（肺泡）运动变化、呼吸与血压曲线变化、血气与电解质变化，以及呼吸的声音变化。

（5）在《微循环灌流与血液动力学实验》的虚拟实验软件中，建立了数字化虚拟3D微循环血液灌流模型，并配合虚拟3D透明兔模型组建大型、综合性血循环虚拟实验。在此虚拟教学软件中包含三个基本实验元素：微循环灌流与血液动力学实验操作录像；虚拟实验中含有5个不同类型的子实验，如失血10%、失血30%、失血50%、过敏性休克、心源性休克，每个子实验完成后的知识点自测。在实验操作中，学生可以自主设计治疗方案，如失血导致休克时，源于同学选择药物、时间节点不同，虚拟实验结果也不尽相同，此时虚拟动物的呼吸运动变化、腹腔内脏血管变化、呼吸与血压变化、微循环与微血流变化，血液pH、Na+、K+、HCO3-、CO2都会发生不同的改变。

（6）《行为药理学实验》的虚拟实验教学软件是以抗老年痴呆药物石杉碱甲的药效学研究--Morris水迷宫实验为主线，涵盖三个基本实验元素：水迷宫实验的基本原理与操作录像；老年痴呆动物模型的制作与虚拟实验具体操作；以及抗老年痴呆相关领域的研究进展和知识点自测。虚拟操作部分包括石杉碱甲对三种老年痴呆模型（东莨菪连续注射、鹅蒿蕈氨酸基底前脑注射及双侧穹窿伞切断）的药效学研究，通过虚拟操作，可产生大量实验数据，学生上机操作得到的结果非单一结果，而是随机化，不同同学不同情况的操作，产生的实验数据也不同，同时也可对实验数据进行统计分析，这充分体现了药理学实验的特点。该软件可使操作者在短时间内掌握抗老年痴呆药物药效学研究的基本方法并获得大量的相关知识信息。

（7）在《影响尿液的生成实验》的虚拟实验教学软件中，含有三个基本实验元素：影响尿液的生成实验操作录像；虚拟实验中含有7个不同类型的子实验，如输入0.9NaCl溶液、输入20%葡萄糖、注射利尿药、注射去甲肾上腺素、刺激迷走神经、失血和尿路机械性梗阻，每个子实验完成后的知识点自测。

（8）在《肠道平滑肌受体动力学实验》的虚拟实验教学软件中，含有三个

基本实验元素：肠道平滑肌受体动力学实验操作录像；虚拟实验中含有2个不同类型的子实验：如神经体液因素对消化道平滑肌收缩与慢波的影响、ICC起搏电位或电流的观察，实验完成后的知识点自测。

（9）医学行为药理学—抗抑郁药的药效学评价实验包括以下内容：

强迫游泳实验：当实验动物放进一个有限的空间使之游泳，动物在该环境中拼命挣扎试图逃跑又无法逃脱，一段时间后，就变形成漂浮不动状态，仅露出鼻孔保持呼吸，四肢偶尔划动以保持身体不至于沉下去，这种状态叫做 “不动状态”，一种 “行为绝望”行为，这种行为绝望模型与抑郁症类似，而且对绝大多数抗抑郁药物敏感，其药效与临床药效显著相关，被广泛用于抗抑郁药物的初选。

小鼠悬尾实验：小鼠在悬尾状态下很快会出现绝望行为，表现为不再挣扎，呈现特有的安静不动状态，抗抑郁药和中枢兴奋药可以明显缩短不动状态的持续时间。绝大多数抗抑郁药物既能缩短不动状态，又能减少或不影响小鼠的自主活动。

大鼠学习无助：当动物置于一种不可逃避的厌恶刺激环境（如足电休克）时，会产生一种绝望行为，表现为对刺激不再逃避，并干扰了以后的适应性反应。此时动物脑内儿茶酚胺水平降低，被公认为是一种抑郁状态，抗抑郁药可以对抗这种状态。

虚拟实验操作流程及技术点描述：该实验需要把实验对象（大/小鼠）进行分组（阳性对照组，用药组、空白对照组）训练，按照实验受试药物进行用药造模，然后，把每组的老鼠分别放入相应的实验装置进行单项实验（强迫游泳/静止悬尾/学习无助），然后根据老鼠的运动轨迹和运动状态（静止/运动，但是学习无助实验是统计逃逸成功的次数和质量），来统计各组老鼠实验数据上的规律，从而通过多次大量的实验后，来评价受试药物抗抑郁的实效性。虚拟实验可以让实验者随时停止实验或查资料，也可以把数据进行归纳统计好另外储存用作分析。

整个虚拟实验开发的难点是对虚拟实验对象（大/小鼠）的动作形态上要保持真实性和科学性。要实现这个功能必须根据大量的真实实验数据，从而分析出实验对象不同组别的运动规律，然后利用Flash中as3编程语言工具进行建立模型，此数据模型主要从3个参数指标来表现区别不同组别的运动规律：实验对象随机运动轨迹区域分布，随机运动状态时间分布和随机运动生物动作科学真实性（水平运动和垂直运动）。比如一只空白组大鼠进行穿梭箱实验，在未放电情况下，它的运动轨迹应该以箱底边缘为主，触壁身体上探次数在3-5次，当放电之后，逃逸成功26-30次。我们以它的参数为标准模型，然后根据用药的不同，适当的调整这个参数，这样系统就可以随机产生相应的数据值。

（10）心血管活动调节综合实验

利用虚拟动物实验，模拟哺乳动物动脉血压的直接测量方法的全过程，以动脉血压为指标，观察某些因素对家兔心血管活动包括血压和心率的影响。

虚拟实验操作流程及技术点描述： 主要有以下内容： 夹闭右颈动脉 刺激右侧降压神经 刺激右侧迷走神经 药物作用

虚拟实验难点，我们将实验家兔透明3d化，使学生在操作的同时可以直观的看到血管神经和跳动的心脏。学生通过选择相应工具，对家兔进行以上各种不同的刺激作用，同时血压曲线和心力环及3d家兔发生相应的变化。

（11）中枢神经系统综合实验内容：

实验一 反射弧的分析；

实验二 脊髓半离断动物的观察； 实验三 去小脑动物的观察； 实验四 大脑皮层运动功能定位与去大脑僵直； 实验五 豚鼠大脑皮层躯体感觉诱发电位； 实验六 自发脑电波及致痫时脑电波的分析。

虚拟实验操作流程及技术点描述：在中枢神经系统的参与下，机体对各种刺激发生的反应过程称为反射。反射弧是反射发生的结构基础。反射弧包括感受器、传入神经、反射中枢、传出神经和效应器五部分。反射弧完整是引发反射的必要条件，一旦其中任何一个环节的解剖结构和生理完整性受到破坏，反射活动就无法实现。硫酸对皮肤的伤害性刺激可以引起受刺激肢体的反射性屈曲，本实验以此屈曲反射来分析反射弧的组成，通过利用不同浓度的硫酸（0.5%-2%，）在正常状态下直接刺激实验对象（青蛙）的身体部位（腹部皮肤和下肢趾尖），通过实验对象的刺激反应（曲腿反射）来观察神经反射效果，然后再通过利用硫酸对剪断右侧坐骨神经后做同样的刺激实验，从而得出反射弧的完整性与反射活动的关系。

本虚拟实验开发的难点是对虚拟实验对象身体不同的刺激部位做出不同的动作反应，并且随着刺激时间的长短而反应也不同。开发的思路是主要根据大量真实实验的录像，分析记录实验对象的动作特点，并给与对象相应的动作库，让实验对象根据实验操作者的操作而做出适当的动作反应。

（12）医学化学基础操作类综合实验包括以下内容：

常压蒸馏实验操作； 酸碱滴定实验操作；

有机物熔点沸点的测定实验操作； 重结晶的实验操作；

色谱分析的实验操作；

用PH计测定醋酸的电离常数的实验操作； 分光光度法测定Fe3+的含量的实验操作。虚拟实验操作流程及技术点描述：

将医学化学常用的基础操作实验虚拟化，学生通观看实验演示部分，学习实验流程了解实验中的注意事项后，再到虚拟实验中进行考核，学生自己使用虚拟实验器材后，产生自动计算的实验数据，并相应实现对实验的虚拟操作，系统通过对学生的实验情况进行评分，以方便教师掌握学生的学习情况。（13）细菌的形态学综合实验包括以下内容：

革兰染色法；抗酸染色法；负染色法；镀银染色法；姬姆萨染色法； 鞭毛染色法；芽孢染色法；荚膜染色法；Albert染色法； 悬滴法和压滴法；光学显微镜的使用；暗视野显微镜的使用。虚拟实验操作流程及技术点描述：

本虚拟实验将细菌的形态学虚拟化，使学生在动手操作的过程中，同步观察到细菌的具体动态，将“看不见”变为随时可以看见，而不是以往的要实验结束了才能到显微镜下看一眼，生动的对比了各个实验对不同细菌的优劣。使学生们对细菌有了生动具体的认识，加深了学生学习的兴趣，取得了更好的教学效果。（14）医学寄生虫学综合实验包括以下内容：

生理盐水直接涂片法；饱和盐水漂浮法；粪便沉淀孵化法；厚涂片透明法； 肛周检查虫卵；血液检查；骨髓穿刺；皮内试验；环卵沉淀试验； 旋毛虫动物模型；日本血吸虫动物模型；鼠疟原虫动物模型； 刚地弓形虫动物模型。

虚拟实验操作流程及技术点描述：

虚拟医学寄生虫学实验采用了视频，动画演示和交互游戏多种方式。使学生可以从直观，微观，亲自操作多个角度体验虚拟实验，将一些学生难以参与的实验如“骨髓穿刺”这种临床上难以展开的实验，我们采用了虚拟实验可以让学生反复操作，掌握实验要点重点。虚拟动物实验正顺应了国际动物保护组织的呼声，而且更加生动。

（15）医学细胞培养综合实验包括以下内容： 细胞培养是从生物体内取出细胞或组织，在体外模拟体内生理环境，在无菌、适当温度和一定营养条件下进行孵育培养，使之生存和生长，并维持其结构和功能的一种培养技术。采用虚拟实验主要模拟内容为：

细胞培养所需的较大型仪器设备的使用； 实验的准备工作； 细胞的换液； 细胞的传代； 细胞的计数； 细胞的接种； 细胞的冻存和复苏。

虚拟实验操作流程及技术点描述：本实验是重在对细胞的培养（换液、传代、储存和复苏）等常用实验室操作的技能培养，本虚拟实验主要是建立了一个仿真实验室场景，把实验用到的设备、工具和药品都放到实验的虚拟场景中去，虚拟实验的操作者可以根据本实验的具体流程，把“细胞的换液”、“细胞的传代”、“细胞的冻存和复苏”、“细胞的转染”等实验流程全部操作一遍。所用到的设备参数和实验数据都可以通过虚拟实验室的场景对设备和工具进行模拟输入设定。

本实验的主要难点是针对操作失误会导致错误的结果，本实验总结了大量的真实实验，通过统计和筛选设置了实验中容易出现的12个错误方向，并对错误值进行两个等级的设定，一旦实验操作者进入错误区域，就标志着本次实验的失败。实验中显微镜和其他仪器设备所看到的都是真实的实验图片。

（16）标准化病人PBL教学实验—心衰类疾病与水肿

根据临床对标准化病人的需要，结合PBL的教学理念和模式，配合病理生理学的教学内容，开发模拟PBL的教学软件，来模拟心力衰竭患者就诊、体检、实验室辅助检测、诊断和案例分析与讨论（含文献检索、文献阅读、发病机制的演示等）全过程的PBL教学模式。

虚拟实验操作流程及技术点描述：本PBL主要通过患者唐某，因为感冒发烧到医院来就诊，虚拟医生（就是虚拟实验操作者）根据患者的病理特点，决定进行选择初步体检和判定，然后根据结果再选择实验室检查，然后根据实验室的各项指标数据进行判定发病原因和就诊方法。本PBL设定四个学员为一组，共同讨论共同决策，其中提交的数据以组长为准，PBL虚拟实验可以随时停止给学员以查资料讨论的时间，同时系统支持学员间的在线即时交流。

本实验的难点是对急性心力衰竭的发病原因要进行充分透彻的解释，就必须借助虚拟心脏的三维动画，一个标准的心脏内外部件都完整的模型在国内都还没有出现，必须在临床心脏专家指导下进行从头开始，还要进行虚拟动画制作，难度很高，工作量也很大。

另外一个难点是是对讨论组出现判断错误的设定和引导。对于病例的会诊，经常会让学员组进入到一个其他类似病例的误区，本PBL在临床医学专家的资料和建议下，设置了4个容易误判的病例，并设置了3个等级的错误阶段，当学员组进入到误判病例3级分析时，即宣告本次课题学习失败。

（17）标准化病人PBL教学实验—细胞增殖分化凋亡异常与疾病

根据临床对标准化病人的需要，结合PBL的教学理念和模式，配合病理生理学的教学内容，开发模拟PBL的教学软件，来模拟白血病患者就诊、体检、实验室辅助检测、诊断和案例分析与讨论（含文献检索、文献阅读、发病机制的演示等）全过程的PBL教学模式。

虚拟实验操作流程及技术点描述：本PBL主要通过患者小谭，因为有皮肤出血点等症状，到医院来就诊，虚拟医生（就是虚拟实验操作者）根据患者的病理特点，决定进行选择初步体检和判定，然后根据结果再选择实验室检查，然后根据实验室的各项指标数据进行判定发病原因和就诊方法。本PBL设定四个学员为一组，共同讨论共同决策，其中提交的数据以组长为准，PBL虚拟实验可以随时停止给学员以查资料讨论的时间，同时系统支持学员间的在线即时交流。

本实验的难点是对白血病的发病原因要进行充分透彻的解释，就必须借助三维动画表现细胞增殖分化凋亡的原因及机制。

另外一个难点是是对讨论组出现判断错误的设定和引导。对于病例的会诊，经常会让学员组进入到一个其他类似病例的误区，本PBL在临床医学专家的资料和建议下，设置了4个容易误判的病例，并设置了3个等级的错误阶段，当学员组进入到误判病例3级分析时，即宣告本次课题学习失败。（18）标准化病人PBL教学案例—中风病人的中医诊断与治疗

本案例从老年人常见的中风病出发，探索老年性疾病的中医辨证论治，藉此锻炼学生的中医辨证论治思维和方法。模拟中风患者就诊、中医望闻问切、实验室辅助检测、诊断和案例分析与讨论（含文献检索、文献阅读、发病机制的演示等）全过程的PBL教学模式。

通过启迪和促使学生了解和掌握中医基本思辨规律和方法。其软件操作与以上二个软件的操作类似，学生分组讨论，主要实现以下教学目的：

1、中风的主要临床表现、发作的常见病因、中医的辨证论治主要有哪些方法。

2、中风的治疗过程及各种注意事项

3、中风恢复期的治疗方法及注意事项。

医学虚拟仿真实验具体内容介绍 第2篇

随着科学技术的迅速发展,医学实验教学方面出现了许多的新技术和应用,对医学教学产生了很大的影响。其中虚拟仿真技术是目前比较先进的技术应用,且获得了广泛的应用和发展,特别是对计算机技术和多媒体技术的应用,提高了医学实验的教学质量,创新了医学实验教学的模式。虚拟实验教学是一种在计算机技术基础上发展起来的情景模拟技术,能够让用户体验到一种身临其境的感觉,实现和具体的情景接触,产生一定的体验,为实际的操作提供一定的基础。

1虚拟仿真技术的概述

虚拟仿真技术是在计算机技术的基础上发展起来的新兴的科学技术,是指利用多媒体技术的结合,创造形成一个有视觉、听觉和触觉的虚拟现实环境,让用户体验到一种身临其境的感觉。在这个虚拟的环境中,用户能够感受到空间中客体的存在,也可以和虚拟空间中的客体进行相关的互动,这项技术的应用,主要是加快用户对相关知识的认识效率。虚拟仿真技术涉及的方面比较多,主要包括计算机技术、多媒体技术、网络技术和人工智能技术等,另外,还有计算机的图像处理和模式的识别等,是现代仿真技术的有效发展和外延[1]。虚拟仿真技术的主要特点就是,让用户获得真实的体验,和虚构的客体进行交互,并产生一定的想象。在虚拟的空间中,实验人员可以进行和现实世界中同样的活动和实验,而且受到的外界影响因素比较小,实验产生的效果也更好一些。特别是在医学教学中的应用,能够有效的提高学生的实践能力和创新能力,因此,虚拟仿真技术的应用具有重要的意义。

医学虚拟仿真实验具体内容介绍 第3篇

一、虚拟仿真实验的应用优势

虚拟仿真实验系统是以计算机虚拟现实和数码仿真技术为核心, 生物仿真引擎、处理因素数据库、虚拟环境界面等多种技术为支撑的虚拟现实系统。在计算机环境中建立的虚拟实验环境使实验者可以像在真实的环境中一样运用各种虚拟实验器械和设备, 对实验对象进行虚拟操作, 完成各种预定的实验项目, 起到学习训练的作用。该系统由于不受试验动物、试剂的制约, 学生在预习、复习或拓展训练时采用虚拟实验比实时实验有更大的优越性。虚拟仿真实验教学是教师综合应用虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库以及网络通讯等多种技术, 通过构建一个逼真可视化的实验操作环境和实验对象, 使学生在开放、自主、交互的虚拟环境中开展高效、安全且经济的实验, 达到真实实验不具备或难以实现的教学效果。虚拟仿真实验教学具有明显优势, 并对传统实验教学思想、体系、 模式、内容、方法以及手段等都产生了颠覆性影响。学生通过对仿真实验系统的反复多次模拟操作, 可以加深对实验原理及操作步骤的理解, 还可节省大量时间进行综合性、设计性、探究性的实验, 为学生综合能力、创新精神和创新能力的培养提供保障。

二、虚拟仿真实验应用于医学实验教学的必要性

目前我国高校医学专业实验教学面对日益扩大的招生规模, 师资力量相对不足;医学生学习过程中, 开设动物实验是增加学生学习兴趣、降低理论学习难度, 应用学习技术的有效措施, 但在目前的基础医学教学中, 由于受实验动物、试剂、器材、实验准备、教师、场所及时间协调和一些特殊设备的影响, 很多实验课的大规模开设非常困难。试剂的配置、仪器的检修、人员的配套, 开设大规模实验课的运作成本也居高不下;教学资源的限制不能满足每个学生独立完成整套实验操作;很多医学院校的基础医学教学只能开设有限的几个传统性实验, 这使学生理解实验机制受到了很大的限制;多数医学院校使用的教材因受出版周期和征订程序等因素的影响, 其更新速度远不及医学理论的飞速发展, 最新的科研进展往往难以在教科书中得到及时的体现[2];部分学生过分关注分数, 对实验课程没兴趣, 不重视, 更忽略对实验过程和结果的讨论分析, 平时也很少关注新技术新理论的发展, 缺少创新思维, 走入临床后动手操作能力比较弱, 对异常结果无法做出合理的解释。面临这种人才培养与临床实际需求之间脱轨的现状, 迫切要求采用一种新的教学模式来适应社会的发展。要将科研成果有效地应用于教学, 使学生在掌握已成定论的基础知识的基础上, 又能理解有关疾病发生机制的最新进展, 就更需要借助于来自于实验的感性认识, 以进一步增强学生的创新能力[3]。

三、虚拟仿真实验在基础及临床实验中的应用

在基础医学实验方面, 门秀丽等将虚拟仿真实验系统有效应用于病理生理学实验教学, 对比传统教学模式班级和引入虚拟仿真实验系统的实验班级的教学效果, 采用座谈会、问卷调查、期末考试成绩分析及一年后抽样考试等形式, 对比结果显示实验班级成绩明显优于对照班, 说明虚拟仿真实验的应用在一定程度上提高了学生的学习效果[4]。西南大学药学实验教学中心开发构建了药物制备工程虚拟仿真实验模块、 药理生理学虚拟仿真实验模块、体内药物分析虚拟仿真实验模块和药物分子虚拟筛选实验模块等虚拟仿真实验项目, 使学生更加全面、系统的掌握药理学实验技能和基本操作。王少康等以食物中毒事件为核心, 利用计算机虚拟现实和数码仿真技术, 虚拟食物中毒现场情景, 通过人机对话, 使学生像在真实的环境中一样运用各种虚拟实验器械和手段, 结合食品卫生学专业知识和我国食物中毒的相关法律法规, 从食物中毒经常性准备、现场卫生学调查、可疑食物的控制和污染样品采集、实验室检测、中毒人群救治、行政处罚实施等方面对食物中毒进行虚拟处理, 提高学生食物中毒事件的现场应急处理能力。食物中毒虚拟仿真实验的建立和开展, 能够在解决上述实际问题之余, 提高推动预防医学专业的教学改革, 提高学生的主观能动性和就业竞争力, 更加符合精英教育的教学理念[5]。

乔明曦等针对药剂学专业特点, 将药剂学虚拟仿真实验教学作为传统实体实验教学的重要补充, 通过完善药剂学虚拟仿真实验教学课程体系的建设, 加强药剂学虚拟仿真实验教学队伍建设, 完善药剂学虚拟仿真实验教学平台建设等途径进行研究[6]。谭珂等人研发的肝脏手术虚拟仿真教学系统, 能较好地展现出肝组织以及肝内管道之间的空间毗邻关系, 有效地提高了虚拟场景的沉浸感, 虚拟膝关节镜手术仿真训练系统仿真腔镜下的手术场景, 提供的视觉、听觉信息使得用户产生一种正在进行真实手术的沉浸感。该系统在国家执业医师协会培训基地用于培训关节镜医师, 取得了良好的教学效果[7]。虚拟仿真技术在我国口腔医学教育领域也有了初步的尝试和应用。国内一些知名院校已在各专业课程的教学过程中逐步借助虚拟仿真技术来实现特定的教学功能, 改进或替代传统的教学方式, 其教学效果获得了师生的认可与好评, 实现了教学质量的提升[8]。华西口腔实验教学中心现阶段虚拟仿真实验教学中心包含数字化3D虚拟口腔解剖实习平台、穆格数字化虚拟口腔技能培训系统及口腔医学机器人训练机等, 虚拟仿真实验教学中心能实现传统实验不具备或难以完成的教学功能, 在涉及高危或极端的环境、不可及或不可逆的操作, 以及高成本、高消耗、大型或综合训练等情况时, 为医学人才培养提供可靠、安全和经济的实验项目。张冬芹等在3DS MAX中完成人物面部唇裂畸变形态的建模, 将得到的头部模型导入软件进行面部数据处理, 应用虚拟仿真技术完成医学手术过程的三维虚拟仿真[9]。

四、虚拟仿真实验教学应用可行性及应用前景

医学虚拟仿真实验教学具有教学训练过程安全无风险、高效率、学习体验真实、教学过程可调控以及知识库多样性等优点, 对促进医学教育与训练模式的改革, 提高训练效率和质量有着重要意义, 在医学教育领域具有广阔的应用前景, 但医学实验对象因其复杂性, 对实验技术操作要求高, 现阶段的虚拟仿真实验操作软件开发种类及数量有限, 已开发的软件尚有待进一步完善提升品质, 实验建模方面要求更高的逼真度、更准确人体几何模型、体现人体的生物物理特性、触觉反馈的精确性和实时性提高;医学虚拟仿真教学环境架构方面要求更加完善, 教师教学过程中以及学生实验中的实际可操作性也要求更高。需要使用者与网络技术人员合作, 将医学理论及实验知识与网络技术完美结合, 教师在教学过程中做到取长补短, 学生通过虚拟实验课程的学习与训练, 减少其现实操作时出现许多失误问题[10], 将虚拟实验和真实实验结合起来, 争取达到完美的教学目的和效果。

虚拟仿真实验教学模式已成为一种高速发展的新型实验教学模式, 实验教学平台的建设和发展对于推动实验和实践教学改革、完善传统实验的不足及提高教学质量具有重要意义。随着计算机科技水平的发展, 医学实验教学课程体系的完善和建设将为虚拟仿真实验教学可持续发展注入活力, 虚拟仿真实验的内容将不断的发展, 对医学实验教学水平带来持续的提高, 实现传统实验无法完成的教学功能, 为医学生进入临床操作前的学习提供先进、高效的实验平台, 推进医学教育的不断改革与发展。

参考文献

[1]周学东, 张凌琳, 叶玲, 等, 虚拟仿真技术在口腔医学教育领域的应用[J].实验技术与管理, 2014, 3 (5) :4-6.

[2]王建枝, 刘声远, 张业平, 等.在医学本科生教学中加强创新意识和科研技能培养的探索[J].中国病理生理杂志, 2004, 20 (4) :703-704.

[3]王少康, 孙桂菊, 杨立刚, 等.营养与食品卫生学食物中毒虚拟仿真实验的构建初探[J].教育教学论坛, 2015, 11 (44) :233-234.

[4]门秀丽, 赵利军, 孔小燕, 等, 虚拟仿真实验系统在病理生理学教学中的应用[J].基础医学研究, 2013, 2 (15) :148-149.

[5]乔明曦, 杨丽, 方亮, 等, 可持续发展的药剂学虚拟仿真实验教学模式探讨[J].药学教育, 2015, 3l (2) 55-57.

[6]谭珂, 潘新华, 高原.医学虚拟仿真教学环境的构建[J].中国医学教育技术, 2012, 26 (5) :535-538.

[7]曹礼, 邓锋, 宋锦磷, 等.虚拟仿真教学平台提高医学实践操作学习效率的方法改革与应用探索[J].教育教学论坛, 2013, (39) :43-44.

[8]张冬芹, 阿地力, 莫明, 等.虚拟现实技术在医学手术中的应用[J].机械设计与制造, 2011, (11) :62-63.

医学虚拟仿真实验具体内容介绍 第4篇

关键词 初中物理；虚拟仿真技术；实验教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）05-0159-02

1 前言

随着现代科技的快速发展，计算机和互联网等技术在教育领域里得到广泛推广、普及和应用，这为传统的初中物理实验教学注入新鲜的血液，增强了实验教学的效果。虚拟仿真实验技术是当前科学前沿技术在初中物理实验教学中运用的具体体现，可以突破实验仪器和设备不足等教学限制，帮助学生直观、形象地模拟各种物理实验的操作过程，有利于促使学生积极投入实验教学中来，不断提升实验教学效率。

2 虚拟仿真实验技术软件分析

仿真物理实验室 仿真物理实验室是一款针对中学物理课堂开放性而设计的专业物理学习软件，可以为学生提供完善的综合实验室，更好地实现各种物理演示实验，有利于学生更好地验证自己的实验猜想。比如可以为学生提供一个包括平面角、凹凸透镜和棱镜等物理模型在内的光学实验室，使师生按照自己制订的实验方案来自行构建各种实验模型，探究有关的物理规律。学生可以借助光学实验室来合理构建凸透镜成像模型，以发现和归纳出凸透镜成像的具体规律。另外，该种虚拟软件具有较高的集成度，并且易于操作，可以使学生便捷地进行各种物理实验，真实性比较强。

MATLAB仿真软件 MATLAB仿真软件是一款用于数据可视化、分析与计算的计算机软件，广泛应用于工程计算以及图像、通信与信号处理等领域中，并且主要包括MATLAB和Simulink两个部分。与仿真物理实验室这款仿真软件相比，MATLAB仿真软件具有比较强的灵活性，更加有利于构建有关的实验模型，同时其界面比较简洁，有利于编程，另外还有集成度高、数据处理能力强等优点，是一款功能非常强大的仿真软件。

3 虚拟仿真实验技术软件的具体应用

在测量型实验中的应用 测量型实验是初中物理中一种基本的实验类型，步骤比较简单，所用设备也比较容易获得；但是针对那些比较复杂的测量实验而言，无法使学生在真实的实验环境下进行。借助虚拟仿真实验技术软件的合理运用，可以帮助学生更好地观察有关的物理实验现象。

以“伏安法测小灯泡电阻”为例，就虚拟仿真技术软件在物理实验中的具体运用进行分析和探究，以帮助学生更好地掌握测量小灯泡电阻的方法。首先，在仿真实验开展之前，物理教师需要先让学生明确本次实验课程开展的主要目标，并要使学生掌握电流表和电压表测电阻的方法，以便学生可以借助欧姆定律的合理运用来测量有关的电阻值。而在具体的模拟仿真实验开展中，物理教师可以采用边讲解边进行虚拟实验的方法和手段，引导学生根据欧姆定律原理来连接软件中的各种实物电路图，接着要求学生通过鼠标滑动变阻器的划片来改变电阻数值，并要记录对应的电流和电压数值，最后引导学生绘制出小灯泡电阻的伏安特性图，从而使学生更好地发现和掌握有关的物理规律。

在探究型实验中的应用 探究型实验也是高中物理中一种常见的实验类型，其重在培养学生透过现象看本质的能力，以便让学生养成科学的探究精神和意识，有助于使学生更好地发现有关的物理实验规律。此外，探究型实验的开展也可以使学生针对具体的物理问题采用不同的实验来加以解决。在真实物理实验开展过程中，因各种外界因素的影响，物理实验方案有可能无法顺利实施，所以可以借助虚拟实验的引入来解决这一问题。教学实践表明，虚拟实验教学的效率更加有利于实验目标的完成。如在凸透镜成像规律的探究型试验中，光线的影响对于实验观察的效果具有较大的影响，而如果没有准确的实验结果，更谈不上实验规律的有效总结。此时可以在实验开展过程中应用虚拟仿真实验技术软件，确保探究实验开展的质量。

下面以凸透镜成像规律的探究为例，就虚拟仿真实验技术软件在探究型物理实验中的运用进行分析和探究[1]。

首先，物理教师可以引导学生观察在实际生活中存在的各种与凸透镜有关的现象，并提出有关的探究性问题，比如物距大小是否会对成像产生影响？具体特点是什么？接着物理教师需要引导学生结合自己的猜想来设计有关的探究性实验。然后，物理教师鼓励学生将自己的实验思想借助仿真软件来进行检验，并记录试验中的各种数据结果。最后，物理教师让学生根据分析所得到的各种数据来帮助学生更好地归纳出凸透镜成像的规律。另外，通过虚拟仿真实验技术软件运用，为学生排除其他影响实验结果的客观因素，比如室内光照情况等，从而可以使学生全身心地去探究有关的实验结论[2]。

在演示型实验中的应用 演示型实验也是一种比较常见的物理实验形式，其可以帮助学生更好地理解有关的物理知识、规律和原理，深化学生对于这些知识的理解和认识。但是在当前的初中物理教学过程中，因班级人数过多，部分学生可能因距离过远而无法清晰地观察教师所做的各种物理实验，部分甚至可能会因为观察不清楚而发牢骚或在课堂上公然睡觉等。虚拟仿真实验技术软件可以有效地解决上述学生观察不清、缺乏学习物理知识兴趣的问题，也可以解决那些受外界环境因素影响大的演示型实验效果不理想的问题，增强学习的效果。

如针对光的反射实验，物理教师可以借助光的反射演示实验来帮助学生更好地了解和掌握反射定律。但是影响自然光的反射实验效果的因素比较多，物理教师开展演示实验的效果不是非常理想。虚拟仿真实验技术软件在其中的运用则可以有效克服这个问题。首先，物理教师可以引导学生借助仿真软件平台来演示光反射现象，激发学习物理知识的兴趣，帮助学生根据有关的现象来自行设计实验去总结和验证反射定律，从而提高课堂演示实验的应用质量。

虚拟仿真实验技术软件除了应用于测量型、探究型和演示型等物理实验中，还可以应用于设计型和操作型等类型的物理实验中，并均取得良好的教学效果。因此，在平时的初中物理实验中，物理教师需要以身作则，不断提升自己的专业能力，尤其应用虚拟仿真实验技术软件开展实验教学的能力。还要明确虚拟仿真实验技术软件在实验教学中存在的缺陷和不足，以更好地发挥其教学优势。另外，学校也应该积极进行相关虚拟仿真实验技术软件的引进，满足初中物理实验教学需求。但是为了确保软件设计的科学性，希望有关设计人员必须要加强与一线教师的沟通和交流，从而充分发挥虚拟仿真实验技术软件与传统物理实验教学摸式二者的优势，不断提升软件的应用功能和质量。

总之，虚拟仿真实验技术软件在初中物理实验教学中的运用可以为学生创设一个虚拟的“真实”实验操作情境，有利于激发学生参与实验学习的积极性，调动学生的热情，同时也有助于实验的顺利开展，免受客观因素的影响。因此，在初中物理实验教学过程中，物理教师必须合理运用虚拟仿真实验技术软件来开展教学，还要兼顾传统物理实验教学，从而不断提升实验教学的质量。

参考文献

[1]刘长春.虚拟仿真实验于初中物理试验教学的应用[J].中学课程辅导，2013（22）：16-17.

医学虚拟仿真实验具体内容介绍 第5篇

1 传统医学检验实验教学存在的问题

目前, 医学检验专业课程包括生物化学检验、分子生物学检验、微生物学检验、临床基础检验、血液学检验、寄生虫学检验、免疫学检验、临床检验仪器学等课程。这些课程在实验教学过程中存在以下几个问题。

1.1 生物安全隐患

教学过程中使用的标本很多来自临床, 标本中可能存在病原体, 因此运输、使用、储藏、销毁过程中存在着一定的生物安全隐患。

1.2 仪器检验教学成本高

对于今后从事临床医学检验工作的学生, 了解现代临床检验仪器的原理、使用和维修是至关重要的, 但检验仪器价格昂贵, 运行维护成本高, 学校购置能力有限, 因此, 学校全部购进常规检验仪器并进行日常实验教学存在较大的难度。同时, 去附属医院走马观花式的见习教学效果无法保证。

1.3 形态学检验教学难度大、过程长、资源有限

形态学检验内容繁多、信息量大, 包含了血液、骨髓、尿液、体液、排泄物、分泌物及相关组织标本的细胞学、血液学、免疫学、微生物学、寄生虫学的显微形态学内容, 同时形态学内容错综复杂、千变万化, 对于初学者来说难度非常大, 而课堂教学课时有限, 无法保证每个病例每位学生都能观察到比较全面的形态学内容, 同时形态学检验的标本片有效使用期限有限, 无法长期使用, 从而导致了形态学教学效果并不理想[3]。

1.4 专业课程实践教学按课程分隔, 存在一定局限性

传统的医学检验专业教学是以课程为单位进行的, 其优点是保证了课程教学的系统性和整体性, 比较容易培养学生的基本操作技能, 而医学检验临床工作面对的是各种标本, 可能存在复杂的化学、微生物学、细胞学和免疫学等的病变, 需要进行相关检测, 并对各项实验结果进行综合分析, 才能为疾病诊断和鉴别诊断提供客观的依据。而这种综合分析问题、解决问题的能力是单独一门课程的教学难以做到的。

1.5 学生不能参与实验的全过程

因实验课时有限, 学生不能参与实验准备、预实验, 不能对实验结果进行课堂分析, 大多数学生对实验内容的学习只局限于教师已经准备好的内容, 因此学生对实验的理解与掌握还不够全面。

2 虚拟实验教学平台应用的探索

2.1 构建预实验模块, 实现学生全程参与实验

开发实验操作软件, 将一些常用的、实验耗材大、存在一定生物安全隐患的实验构建虚拟的实验模块。学生在网上可以进行各项实验的预实验, 整个过程需自主选择实验所需器材、设备和检验程序, 在全部选择正确的情况下可以出现理想的结果, 在选择失误或错误的情况下实验结果会出现偏差或者无法进行下一步实验, 从而促使学生提前预习实验内容, 掌握各种实验器材、设备的使用原理和适用范围, 这样学生在虚拟实验平台上熟悉了实验内容和实验操作, 为学生课前预习实验和课后的复习提供了更加直观的资源。

2.2 整合实验教学视频资源, 逐步建立实验视频资源库

将医学检验专业课实验教学录像按照岗位工作要求重新整理和分类, 按照基本技能操作 (如采血技术、显微镜的使用、离心机的使用等) 和综合技能进行分类整合。学生可根据自己对知识的掌握程度、兴趣或工作中的专业需要进行选择性学习。

2.3 建立医学检验形态学资源库

针对形态学检验内容多, 教学难度大, 典型标本片收集难度大、保存时间短等问题, 我们以“疾病为主体, 标本为框架”制作典型的图片资源库。比如:外周血的形态学检验包括血细胞形态 (临床基础检验和血液学检验范畴) 、病原微生物 (微生物学检验范畴) 和疟原虫 (寄生虫学检验范畴) 。

2.4 建立仪器虚拟操作平台

将临床检验科常用的大型仪器的原理、结构、使用等制作成数字3D动画。学生在学习过程中可以利用虚拟的操作仪器进行标本检测, 从而对检验仪器有初步直观的认识, 为今后实习和工作打下良好的基础。

2.5 构建网络实验考核模块

为了改变传统的实验考试方式, 我们构建了网络实验考核模块, 根据与实验相关的知识 (如实验原理、实验步骤、注意事项和结果分析等) 建立考核题库, 考核系统能够实时给学生进行评分, 并能对每道试题进行分析。

3 虚拟实验教学平台应用的心得与体会

通过近几年虚拟网络平台的逐步建设和不断完善, 经过学生的使用和反馈, 我们积累了一定的建设及使用的经验和体会。

3.1 平台丰富了实验教学的形式和内容, 有利于培养学生的实验操作能力

虚拟仿真实验教学平台的预实验模块使学生可以自由在网络上提前进行预实验, 也可以对实验进行课后复习。课前的预实验为课堂实验教学打下了良好的实验基础, 也提高了实验课的教学效果和学生的学习兴趣。实验视频资源库和形态学资源库按临床工作岗位的需要, 将各门专业课程典型的实验操作视频和形态学检验的高清图片整合于同一平台, 有利于培养学生的综合操作能力。网络实验考核模块不仅考核实验操作, 也考查与实验相关的理论知识, 促进学生更加全面地掌握实验操作和相关理论。通过对实习和毕业学生的调查, 学生普遍认为虚拟实验教学平台对实验操作能力的培养起到了非常重要的作用。总之, 实验教学虚拟平台的建立和使用, 丰富了传统教学的内容和形式, 更有利于培养学生的综合能力, 是对传统课堂实验教学的有益补充和延伸。

3.2 虚拟实验教学平台建设中存在的问题和困难

虽然虚拟实验教学平台的使用取得了较好的效果, 但是还存在一些问题和困难。首先, 我们虽然强调和督促学生按时完成虚拟平台的学习, 但从平台的使用统计来看, 使用虚拟平台的学生占学生总人数的80%, 经常使用的学生占50%左右。因此, 如何提高平台的使用率、提高学生学习的积极性是我们在以后建设和使用中需要探索解决的问题。其次, 虚拟实验教学平台的建设需要长期人力和物力的投入。因而, 利用多种途径筹集平台建设的资金、积极积累和总结建设经验、及时更新平台内容是我们必须重视的问题。

4 结语

通过几年虚拟网络平台的建设, 将医学检验实验教学的资源和内容整合于虚拟的、人机交互的、开放的实验教学平台, 有利于学生掌握各种实验器材设备的使用、实验原理、实验操作、注意事项和结果分析等知识, 有利于强化和培养学生的实践操作能力, 有利于提高学生分析问题和解决问题的能力。综上所述, 虚拟网络平台的使用是对传统实验课堂教学的有益补充, 是改革实验教学的有益尝试。

参考文献

[1]Julio F, Lincoln C, Zulfiqar A B, et al.Health professionals for a new century:transforming education to strengthen health systems in an interdependent world[J].Lancet, 2010 (376) :1923-1958.

[2]朱小飞, 郭晓芳, 孙瑞利, 等.基于网络虚拟实验室在医学检验实验教学中的应用探讨[J].国际检验医学杂志, 2012, 33 (20) :2356-2357.

医学虚拟仿真实验具体内容介绍 第6篇

摘要：在当前医学实验教学体系较为落后的情况下，虚拟仿真实验教学作为一种新型实验教学方式极大补充了传统医学实验教学的不足，本文以虚拟仿真实验教学在医学实验教学中的应用为例，讨论分析了虚拟仿真实验教学在医学实验教学中的优缺点和注意事项。

关键词：虚拟仿真；医学教学；优缺点

【中图分类号】G642 ；R-4 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2016）34-0001-02

世界医学教育联合会执行委员会于 2001 年 6 月通过并发布的《医学教育全球标准》指出：“医学毕业生的质量是衡量医学院校教育质量的最终标准，医学专业教育的目标是不仅包括思想道德与职业素质目标、知识目标，还包括技能目标。”医学实验教学则是培养医学生医学技能必不可少的重要手段，而目前传统医学实验教学普遍存在教学体系落后、教学资源不能得到有效共享、成本消耗较大、教学服务难以标准化、效率低等不足的特点[1]。

医学虚拟仿真实验是基于虚拟现实基础之上的 21 世纪新型教学方式， 医学仪器虚拟实验室通过将多媒体计算机模拟仿真技术与医学仪器设备性能相结合，在电脑屏幕上创造出模拟的仪器性能及实验结果，从而达到真实实验的效果[2]。

一、验对象及工具

1.实验对象：随机选我校护理专业6个班300名同学，A组3个班150同学为对照组，B组3个班150名同学为实验组。

2.实验工具：人民卫生出版社《健康评估》教材第三版，心脏体格课件及录像， XF-BT型心肺检查模拟人及配套虚拟软件。

二、验方法

A组班级采用传统教学模式，即教师采用课堂多媒体课件讲授后学生观看教学录像，教师再示范，学生练习后进行考核；B组学生采用结合虚拟仿真实验教学方式，即教师采用课堂多媒体课件讲授，学生采用XF-BT型心肺检查模拟人及配套虚拟软件练习后考核。从教学资源共享程度、学生主动参与教学程度、操作技能掌握熟练度、建立临床思维满意度、教学方法满意度和考核结果六个方面展开调查。

1.教学资源共享程度

通过上表调查，对照组有50%同学认为传统教学模式不能实现教学资源共享，31%同学认为可轻度实现教学资源共享；实验组100%同学认为可在不同程度上实验教学资源共享。

2.学生主动参与教学程度

通过上表调查，对照组能够吸引学生积极参与主动学习10分钟的人数占57.3%，能够坚持主动学习10-20分钟的人数占28.7%，即大部分学生在20分钟后进入被动式教育；实验组能够吸引学生积极参与主动学习30分钟以上人数占87.3%，其中38.7%同学能够主动学习60-70分钟。

3.操作技能掌握熟练度

通过上表调查，对照组对操作技能不掌握的还有26%，57.3%的同学能够进行一般性操作，能够熟练完成检查的人仅占3.3%；实验组操作技能不掌握的仅有2%，61.3%同学虽然手法上还有欠缺，但基本上能够顺利完成整个心脏体格检查。

4.能否建立临床思维满意度

通过上表调查，对照组57.3%同学认为传统教学模式不能培养临床思维模式；而实验组87%同学认为虚拟仿真实验教学有助于培养临床思维模式。

5.教学方法满意度

通过上表调查，对照组79%对教学方法感到满意；而实验组98%对教学方法感到满意，明显高于对照组。

6.考核结果

通过考核结果分析，对照组26%同学在60分以下，57%同学在60-70份范围；实验组2%同学在60分以下，39%同学在81-90分范围。

三、结论

1.能够实现大范围教学资源共享。

《全国医学卫生服务体系规划纲要》中明确指出，要开展健康中国云服务计划，积极应用移动互联网、物联网、云计算、可穿戴设备等新技手术，推动惠及全民的健康信息服务和智慧医学服务，推动健康大数据的应用，逐步转变服务模式，提高服务能力和管理水平。可见，大范围教学资源共享在现代医学发展中的作用越来越大，医学院校实行教学资源共享已经势不可挡，而虚拟仿真实验教学刚好可以实現大范围教学资源共享，对推动惠及全民的健康信息服务和智慧医学服务，推动健康大数据的应用均能够起到重大作用。

2.能够吸引学生主动参与教学。

教学是“教”与“学”相辅相成，只有教师的“教”或学生的“学”均不能称为成功教学，而虚拟实验教学通过其趣味性、互动性，让学生在做中学、学中做，学生通过不断参与和教师的互动实现了教学目的。

3.够有效操作技能掌握熟练度。

虚拟仿真实验教学既有虚拟实验的“虚”，也有仿真实验的 “实”，做到虚实结合。学生既可以通过电脑程序模拟的病房、病人，按照医院流程给患者进行模拟练习，进行技能操作，又可以通过仿真病房在模型中进行加强训练，极大加强学生对操作技能掌握的熟练程度。

4.极大加强培养学生临床思维能力的培养。

医学虚拟仿真实验教学通过计算机模拟了患者从入院到检查、诊断、治疗和护理的整个过程，让学生从视觉上直观感受到患者看病的整个流程，这对医学生建立整体临床思维能力具有极大的促进作用。

5.能够提升学生对教学方法满意度。

与传统教学教师教、学生听的模式相比较，虚拟仿真实验教学法更具趣味性、互动性、直观性和整体性，让学生做中学，学中做，学做结合。

四、注意事项

1.注意虚实结合。

医学虚拟仿真实验教学过程中要注意虚实结合，医学虚拟仿真实验教学过程中部分操作直接由计算机代替学生直接完成，学生没有直接动手的经历，这就要求教师在上课过程中要注意将计算机虚拟实验的“虚”和仿真病房、现实病房中的“实”有机结合，才能让学生真正掌握操作技能。

2.结合专业特点，切忌满目跟风。

医学虚拟仿真实验教学需要教师根据专业、科目特点，什么科目、什么实验内容适合虚拟仿真实验教学要做到胸有成竹，实验内容需要精挑细琢切，切忌不顾专业和实际实验水平，盲目跟风。

3.教师整体素质有待进一步提高。

构建虚拟实验室需要较高素质的人才配备，同时对教师也提出了相应的要求，如何确定一套完善的虚拟实验室实施方案将是一个需要在实践中不断总结、完善的课题。

参考文献：

[1]钟照华，医学教育认证与教学改革[J] 全国医学院校人才培养模式创新与实践报告会2015，7，23。

医学虚拟仿真实验具体内容介绍 第7篇

1 基础医学实验教学中存在的问题

中医类院校基础医学实验教学是培养中医药相关专业学生科研思维、验证书本理论知识、培养学生动手操作能力以及操作严谨性的必要环节, 主要包括解剖学、生理学、组织胚胎学、微生物与医学免疫学、生物化学、中医诊断学及方剂学等课程, 开设此类基础医学课程实验对医学生动手能力的提高和基础知识的掌握起着非常关键的作用[1]。但从教师及学生的问卷调查结果中发现, 实验教学效果差强人意, 结合笔者自身实验教学经验分析, 其可能原因主要有以下几个方面。

1.1 实验教学模式陈旧, 考核体系不完善

通过调查研究发现, 目前实验教学模式仍延续传统模式:首先由实验指导老师罗列实验操作步骤、注意事项, 课前1/4时间由教师进行讲解或示教, 再由学生自己按照实验步骤进行操作, 并未参与实验前准备过程。对于学生来说, 与其说是实验, 不如说是简单的模仿操作。在此过程中, 若稍微涉及存在难点或技术性的操作时, 学生的实验成功率便会大大降低。由于绝大部分同学没有查阅过相关文献资料, 对于实验中出现的现象也不会提出任何质疑, 缺乏自己的见解与思考, 整个实验课程对于学生科研思维和创新能力的培养作用微乎其微。

实验效果的考核往往通过简单的实验报告来呈现。有教学经验的老师都知道, 学生的实验报告是千篇一律的, 没有自身的体会, 一方面是由于学生及老师对实验的忽视, 另一方面也反映出实验教学的反馈机制存在较大缺陷。

1.2 实验过程中动手机会少

首先, 受课时的限制, 实验课程通常选择代表性强、简单经济的经典实验项目, 而对于耗时长、设备要求高的综合性实验基本不开展。贵重仪器、大体标本等比较缺乏, 常需十几人为一个小组进行实验, 甚至仅仅观看实验示教, 极大减少了学生的动手机会, 降低了实验积极性。此外, 某些危险系数高的实验, 如分子生物学实验中使用的显色剂 (具有致癌性) 、微生物培养实验中致病菌的培养、蛇毒对蛋白质的影响等被限制开展, 很多知识学生只能从书本上获得。

1.3 教师资源缺乏

实验指导老师的培养与理论教学老师一样复杂, 其必须要具备良好的语言表达及逻辑思维能力, 在掌握基本理论原理和实验操作能力的同时, 还必须把握住整个实验流程的动态, 及时解决实验中出现的问题。目前, 国家规定实验教学中, 25位同学必须配备一名实验指导老师, 暂且不说其是否能够实现, 即使可以实现, 一名指导老师也难于同一时间内照顾到实验过程中的每一位同学、每一步实验。

究竟如何改变当前困境, 提高医学类学生的实验教学效果, 这就需要我们充分利用现代信息化技术, 适应信息化和国际化的要求, 创建绿色、安全的基础医学虚拟仿真平台, 利用现代科学技术, 开展多种方式的信息技术应用活动。鼓励学生利用信息手段主动学习、自主学习、合作学习, 培养其利用信息技术学习的良好习惯, 发展兴趣特长, 提高学习质量, 增强其在网络环境下提出问题、分析问题和解决问题的能力。

2 解决途径与方法优势

虚拟仿真技术又称为虚拟现实技术, 是利用计算机创建一个可视化实验操作环境, 通过操作虚拟实验仪器或设备进行各种实验, 达到与真实实验相一致的教学目的和要求[2]。为顺应以教育信息化工作为主线的高等教育改革发展趋势, 必须整合各类实验教学资源、融合信息技术与学科专业知识、结合教学与科研, 通过校企联合建设绿色、安全的基础医学虚拟仿真平台[3], 开设虚拟仿真实验教学。

我校虚拟仿真平台对学校已有网络虚拟实验教学资源, 包括但不限于中国数字人教学系统、病理组胚数字切片教学系统、机能虚拟仿真教学系统等资源进行整合、包装, 同时实行校企合作开发中医方剂学、医学细胞培养综合实验、分子生物学实验室基本操作、核酸提取及聚合酶链反应 (PCR) 实验、基因工程实验、蛋白提取及免疫印迹 (Western blot) 和酶联免疫吸附 (ELISA) 实验、细菌的形态学综合实验、医学寄生虫学综合实验、医学化学基本操作虚拟实验等一系列基础实验及综合性实验项目, 从而建立以各大学科为模块, 各学科基本实验或综合性实验为基础的层次结构清晰的基础医学虚拟仿真实验教学平台。实现校内外、本地区及更广范围内的实验教学资源共享, 满足多地区、多学校和多学科专业的虚拟仿真实验教学需求[4]。目前已经初步应用于部分班级, 通过实际检验, 虚拟仿真实验在教学中的优势得以体现, 主要表现在以下几个方面。

2.1 资源更加丰富

基础医学实验教学虚拟仿真实验室是现代信息化技术与教学内容深度融合的产物[5], 其利用虚拟三维软件技术拓展实践领域, 丰富教学内容, 降低成本和风险, 开展绿色实验教学。通过整合机能学虚拟仿真实验、病理组胚数字切片库等现有虚拟实验资源, 引进中医方剂学、分子生物学、病原生物学等优质资源, 综合了基础医学所有实验项目, 在同一平台内, 可以开展基础医学各学科相关实验。随着实验的进行, 依次对实验原理、注意事项、操作步骤等各方面加以表述, 并配有实验操作视频, 同时配置了虚拟实验操作, 对实验中的注意事项及操作易失误处设置选项, 并做出解析, 使虚拟实验发挥更好的效果。除此之外, 在完成基础实验的同时, 虚拟仿真实验室还能开设综合实验项目, 解决因资源缺乏、设备不足而无法开展部分实验的问题。

2.2 学习更加便捷

医学虚拟仿真实验室是信息技术与教学内容深度融合的产物, 具有安全、开放、共享的特点, 突破了时间和空间的限制。无论是通过手机还是电脑, 校内还是校外, 学生均可以访问全面开放的虚拟实验室, 达到“随时、随地、随心”进行学习的效果, 从而最大限度地利用有限教学资源。虚拟仿真实验的开展很大程度地改变了传统教学模式, 缓解了教学压力。利用先进的网络技术, 简单明了地进行虚拟实验操作, 充分激发了学生的学习兴趣, 提供了更好的动手操作环境, 对于全面培养学生的科研思维、实践动手能力和创新意识具有重大意义。

2.3 环境更加和谐

以往的实验教学是以小组的形式进行, 受教学资源的限制只能在有限的空间内进行原理、步骤等理论学习及实验操作。若使用到有毒试剂或有害病原微生物时, 某些实验室便不能保证学生的安全性。虚拟仿真实验室的建立彻底改变了此种现状, 将传统小组教学形式变为个人线上学习, 在缓解师资力量不足的同时, 将实验环境变得无害、卫生, 使实验空间无限扩大, 实验经验交流线上进行, 实验效果反馈即刻展现。让许多有意义但因安全问题无法开展的实验得以进行, 进一步扩展了实验范围。

3 结语

中医药的国际化发展需与现代科学技术相结合, 与其他学科相交叉, 相互促进, 共同发展。以虚拟平台为媒介, 综合提升学生素质, 推进中医理论发展, 学生可以“随时、随地、随心”进行学习, 极大程度改善了学习环境, 充分激发了学生的学习兴趣、积极性和主动性。如何能更好地发挥虚拟仿真平台的无限潜力, 拓展其应用范围, 还有待进一步探索。

参考文献

[1]王燕, 车敏, 楚慧媛.中医院校建设基础医学虚拟仿真实验教学中心的探索与实践[J].甘肃中医学院学报, 2015, 32 (4) :92-94.

[2]康娜, 赵海军.浅析虚拟仿真实验在提升高职实践课中的凸显优势[J].商情, 2011 (47) :74.

[3]王卫国.虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议[J].实验室研究与探索.2013, 32 (12) :5-8.

[4]教育部高等教育司.关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知[EB/OL].http://www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/A08_gggs/201308/156121.html.

医学虚拟仿真实验具体内容介绍 第8篇

基础医学实验教学是医学教育能力培养体系的重要组成部分,也是整个教学过程中理论联系实际,培养学生动手能力、观察、解决问题能力以及创新能力的重要环节[1]。基础医学实验教学除带教教师外,还涉及实验动物、实验试剂、实验器械、实验仪器、实验场所等等,受制于上述因素,使得基础医学的开放实验难以方便开展;为及时更新实验项目、推动实验教学改革,实验课时在一定程度得到了压缩,部分复杂或经典型难以纳入常规实验教学,不足以满足高需求的学习,随着现代信息技术的发展,虚拟仿真实验的出现极大的缓解了实验教学的困扰,成为基础医学实验教学的重要辅助手段之一。

虚拟仿真实验是在计算机的环境下,虚拟实验界面,模拟实验流程。虚拟实验摆脱了实验动物、实验试剂、器械仪器、实验场所等限制,使得开放实验变得便捷、有趣、高效,同时以无消耗的反复训练,迎合了现代学生学习模式的计算机化、网络化的学习特点,抓住学生学习兴趣的,节约了人力、物力。目前全国医学院校中,已经建成基础医学虚拟系统的大致包含机能学虚拟实验系统、分子生物学虚拟实验系统、形态学数码仿真系统、解剖学自主学习平台等,它们主要以图文、flash动画等媒体加流程控制形式实现,仿真度不高、没有三维空间感、沉浸感。Unity 3D作为跨平台游戏开发引擎,应用于虚拟仿真实验的开发,为虚拟仿真系统带来了三维空间感觉,进一步提高虚拟实验系统的仿真度。

2 Unity3D引擎

Unity3D是由Unity Technologies开发的一个让玩家轻松创建三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等有互动内容的多平台综合型游戏开发工具,是一个全面整合的专业游戏引擎,是利用交互的图型化开发环境为首要方式的软件[2,3,4]。Unity3D很好地支持了3ds Max,当模型导入Unity3D后,3ds Max中的标准材质会自动转变为unity默认的材质球。Unity3D拥有可视直观的游戏编辑环境,支持脚本语言包括Java Script、C#、Boo,Unit降低了开发的难度,提高开发效率,其编辑器可以在Windows和Mac OS X系统下运行,程序可以发布至Windows、Mac、i Phone、Android等平台,亦可通过Unity web player插件,发布成网页游戏模式,支持Mac和Windows的网页浏览,是目前最受热捧的游戏开发引擎之一,近来被广泛应用于虚拟仿真系统的开发中。

3 Unity3D在基础医学虚拟仿真实验中应用

3.1 Unity3D应用范围

Unity3D作为游戏开发引擎,擅长于对三维场景、三维模型、角色进行控制,可在三维空间轻松完成交互,并可与图文、动画、音视频进行配合,实现较强的三维体验感,极大激发学生的学习兴趣,因基础医学实验教学内容丰富,实验模式多样,涵盖的面较宽,在Unity3D应用于基础医学虚拟仿真实验系统开发时,我们会发现有些工作Unity3D引擎并不擅长,结合Unity3D的特性,就基础医学实验教学包含的机能学、形态学、解剖学三个主要方向,进行分析如下:

机能学包含生理学、药理学、病理生理学、生物化学与分子生物学等学科的实验教学内容。实验大致可分解动物手术过程,药物、刺激因素对血压、呼吸、泌尿、张力等影响关系,分子层面实验流程进展。Unity3D在进行机能学虚拟实验开发时可以构建三维实验场景,可以上学生在实验室进行自主漫游,了解实验室功能分区;可以通过三维交互操作,虚拟动物手术过程;可以三维环境下,虚拟使用相关仪器、器械,可以虚拟分子实验反应结果;药物、刺激因素对血压、呼吸、泌尿、张力等影响关系可以通过其他方式展现。

形态学包含组织学、胚胎学、病理学、病原生物学、微生物学、细胞生物学、免疫学、遗传学等学科的实验教学内容。实验大致可可分解为切片与标本学习、流程性实验与操作技术学习、显微镜与相关仪器操作等。切片学习主要是对显微镜下切片的结构识别,实践教学中,通常通过数字切片图片库进行学习,不适合采用Unity3D进行展现,对于大体标本的学习可以通过三维模型,进行任意角度的观察学习,其他部分也适合采用Unity3D进行虚拟仿真系统构建。

解剖学实验教学主要是人体解剖结构的识别,运用Unity3D构建3D人体,可以按照系统解剖分类,进行解剖结构学习,同时可以拓展断层扫描的学习。

3.2 Unity3D开发流程

运用Unity3D进行虚拟仿真系统开发,需遵从软件工程的思想进行开发流程设计,从项目需求分析入手,设计系统各模块实现的功能[5]。项目的开发流程的第一步根据需求分析,确立各模块流程脚本文档,用于指导模块开发;第二步根据项目具体需求场景模型采样、贴图等素材准备;第三步通过3ds Max相关场景、模型及其贴图、过程动画的完成;第四步创建Unity3工程,导入3ds Max相关模型,调节灯光与材质;第五步根据流程脚本及功能需求进行模型交互程序实现;第六步进行工程发布(图1)。

3.3 关键技术

3.3.1 场景建模技术

Unity3D常用建模方式有两种,一种为通过自身的建模工具完成,另一种是导入3ds Max等第三方模型,Unity3S导入模型格式必须为.fbx。在实际开发中运用最多的方式是通过3ds Max建模导入到Unity3D工程中,在3ds Max中进行场景建模前,首先需修改3ds Max单位与Unity的比例保持一致,3ds Max系统单位为cm,Unity系统单位为m,需要统一模型比较。模型导出时,需要注意模型的轴向应该与3ds Max的世界坐标一致,此时调整模型轴向,把轴在X轴方向旋转90度,导出模型时注意勾选Embed Media(图2),这样导出的模型将会在unity中才能自动生成贴图。

3.3.2 碰撞交互

三维空间的流程性实验中,模型之间能够发生交互,源于模型间的碰撞检测机制[6]。在Unity 3D中检测碰撞发生的方式有两种:一种是碰撞器,另一种是触发器。碰撞器是物体之间相互碰撞,会产生碰撞的效果,触发器只是检测两个物体有没有接触,没有碰撞效果产生,在虚拟场景中漫游时,如果我们允许漫游者穿透一堵墙,我们可以选择触发器,如果我们希望人被墙阻挡了,我们需要选择碰撞器,两种方式的应用都非常广泛,根据不同功能需求是采用不同的方式。

碰撞器为一组件,它包含了很多种类,如:Box Collider,Capsule Collider等,这些碰撞器应用的场合不同,但都必须加到物体上,碰撞信息检测如下:

A)进入碰撞器:Mono Behaviour.On Collision Enter(Collision collision Info)

B)退出碰撞器:Mono Behaviour.On Collision Exit(Collision collision Info)

C)停留碰撞器:Mono Behaviour.On Collision Stay(Collision collision Info)

触发器,只需要在检视面板中的碰撞器组件中勾选Is Trigger属性选择框即可,触发信息检测:

A)进入触发器:Mono Behaviour.On Trigger Enter(Collider other)

B)退出触发器:Mono Behaviour.On Trigger Exit(Collider other)

C)停留触发器:Mono Behaviour.On Trigger Stay(Collider other)

4 结语

国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作顺应了高等教育的发展趋势,是高等学校实验教学信息化的最新举措,必将对我国高等教育质量的提高产生积极重要的作用[7]。Unity3D作为一款三维游戏开发引擎,因其使用便捷、开发高效,采用Unity3D开发的虚拟仿真系统,仿真度高,沉浸感强,进步提升了学生的学习兴趣,促进了实验教学改革。据教育部网站公示,近两年建成的国家级虚拟仿真实验教学中心里,Unity3D被广泛的应用于虚拟仿真系统的开发,受到了一致好评。

摘要：该文分析了基础医学实验教学的现状,阐述了目前基础医学虚拟仿真系统的特点及Unity3D引擎的特点,分析了在基础医学实验教学中,适合采用Unity3D进行虚拟仿真系统开发的范围、开发流程及关键技术,评价了Unity3D在虚拟仿真系统开发中的应用前景。

关键词：Unity3D,虚拟仿真,基础医学实验

参考文献

[1]侯燕芝,王军,董小黎,郝刚,张利平,童学红,尚宏伟.实验教学过程规范化管理的研究与实践[J].实验室研究与探索,2012,10:112-114.

[2]方沁.基于Unity和3dmax的虚拟实验室三维建模设计与实现[D].北京:北京邮电大学,2015.

[3]Menard M,Shi X M,Li Q.Game Development With Unity[M].Beijing:China Machine Press,2012.

[4]于潇翔,彭月橙,黄心渊,等.基于Unity 3D的道具系统研究与开发[J].成都理工大学学报(自然科学版),2014,41(4):523-528.

[5]朱惠娟.基于Unity3D的虚拟漫游系统[J].计算机系统应用,2012,10:36-39+65.

[6]周见光,石刚,马小虎,等.增强现实系统中的虚拟交互方法[J].计算机工程,2012,38(1):251-252,255.