虚拟软件的设计开发与应用探讨

虚拟软件的设计开发与应用探讨

仲伟珍夏蕴秋郭沈波陶尚敏陈雪红韩彦弢

仲伟珍夏蕴秋郭沈波陶尚敏陈雪红韩彦弢谢靖王春波（青岛大学医学院266071）

【摘要】目的探讨虚拟实验在机能学实验中的应用。方法将动物实验“离体子宫平滑肌的生理特性及其影响因素”改为虚拟实验，然后将其应用于本科生的机能学实验中，通过学生一段实验的使用，考察学生对此实验软件设计与开发的反应情况。结果学生对此软件反应良好。结论在机能学教学实验中，可以开发与利用虚拟软件。

【关键词】虚拟机能实验软件开发

培养动手能力、设计能力和创新能力是实验教学的重要目标。但是目前学生主要根据实验指导书进行验证性实验，实验操作训练不足，创新能力难以提升。

机能学实验室承担力生理学、药理学、病理生理学的实验教学任务，一直以动物为实验基础，每次实验都离不开动物，从几元钱一只的小白鼠一直到几十元的家兔，每次的实验用量也从几只到几十只，实验经费耗费太大。实验过程中也给动物造成巨大的痛苦，剥夺动物的生存权力。国际动物保护组织倡导实行“3R”原则（替代Replacement、优化Refinement、减少Reduction），遵循这一原则，针对传统实验教学中存在的教学方法单一，知识学习和实验动手操作相互分离，学生缺乏学习主动性和创造性等问题，我们提出了虚拟实验教学系统的解决方案[1]。

虚拟实验是一种运用虚拟现实技术模拟真实实验的计算机教学软件。它采用多媒体技术在计算机上建立虚拟实验环境，提供可操作的虚拟实验仪器，使学生在网上通过接近真实的人机交互界面完成实验，提供实验教学、虚拟教学的一体化管理。

实验仿真平台为学生自由搭建实验模型提供了可能。学生既可通过实验仿真平台动手操作，又可自主设计实验，有利于培养学生设计能力和创新意识。

“离体子宫平滑肌的生理特性及其影响因素”实验是探讨小鼠子宫平滑肌的生理特性及各种药物对它的影响，本实验要求条件高，实验结果受仪器和环境影响比较大，容易出现结果不理想，为了让学生能顺利的观察到理想的实验结果，又不至于浪费实验动物和材料，我们决定将此实验开发成虚拟软件。

一、首先总结整理“小白鼠子宫平滑肌的生理特性及影响因素”整个的动物实验过程。

二、收集实验素材：

实验目的（观察小白鼠离体子宫的生理特性及其影响因素）

实验原理（各种药物的简介及对平滑肌的作用及原理，）

实验器材（恒温浴槽、张力换能器、BL-420生物机能实验系统的图片、说明及使用方法）

实验动物（小白鼠，图片及简介）

实验方法（利用Bl-420生物机能实验系统将离体子宫的各种反应通过电脑反映出来）

实验步骤（小白鼠的提前预处理，小白鼠的处死，打开腹腔、找到子宫、截取子宫、剔除附着的筋膜，将一段子宫连接到通气勾上、通氧、营养液、37℃、待子宫收缩节律后，以此滴加各种药物，观察各种药物对子宫的舒缩变化的影响。）

实验结果（观察各种条件下子宫的节律性收缩、舒张、强制性收缩等情况。通过子宫的舒缩变化，分析各种药物对平滑肌的影响，并分析其原理）。

对实验动物、器材、操作过程拍照，便于学生学习观看分析。

三、根据实验内容利用3DSMax7、AdobePhotoshop、Flash等编写程序，制作动画，对声音、背景、色调进行调整，开发出具有一定功能的交互式网络动画，最终完成此实验的虚拟软件。

四、在虚拟实验室安装运行此虚拟软件，并将其应用到学生实验中，学生可以自己在虚拟条件下模拟操作整个的实验过程，使学生能在没有实际操作的前提下先了解学习整个的实验过程，包括实验目的，实验原理，实验仪器的使用，实验药物的作用原理与应用，实验方法，整个的实验过程，出现的实验现象，实验结果及讨论，注意事项等，对此实验有个整体概念，这样以后再做此类动物实验时，可以做到心中有数，操作起来得心应手，减少盲目性及失误性，更容易做出实验结果，学生对此实验的印象会大大加深，有利于以后的科研工作[2]。

为此，我们应用到学生实验后，学期末我们都会让学生做一个反馈，学生普遍反映：通过虚拟实验，学生更容易掌握本实验的一些原理、重点、难点及注意事项，在实际操作中更加得心应手，该软件的开发具有很好的利用价值[3]。

虚拟软件的开发可以使学生在较短的时间内完成从生理—病理—药理—临床的整个实验过程，解决了动物实验时间长，耗资大，操作复杂的缺点，为学生提供良好的学习复习环境。软件实用性强，既解决实验经费高，耗时长的问题。设计并研发具有自主知识产权的软件，具有很高的推广开发的价值。

将虚拟实验应用于基础医学实验教学是一种新型的教学模式。虚拟实验可以促进学生学用结合，实验的安排更加灵活方便且不受时间空间限制。虚拟实验可减少实验设备的维护强度，缓解当前实验设备不足，实现理论教学和实践教学的有机融合。将虚拟实验合理地运用于传统实验中，实现优势互补，激发学生自主学习的兴趣，提高实验教学质量[4]。

开发虚拟实验，通过建立虚拟实验室，在实践教学中有益于拓宽实验渠道，可以解决实验教学问题，完善现有实验教学体系。有助于增加学生动手实践机会，是现有实验教学的有益补充。这是学生实验的一大探索，会为以后实验的改革探讨打下坚实的基础。

参考文献

[1]韩彦弢，周颖斌，陈雪红，等.医学机能实验学虚拟实验室建设的探讨[J].中国药理通讯，2011(3):35-36.

[2]刘爱东，王箐，田琳，等.虚拟实验在机能学实验教学中的应用与体会[J].西北医学教育，2012,20(1):88-90.

[3]刘华，许薇，唐兰.虚拟实验在机能实验学中应用前景的探讨[J].健康必读.2011(7):396-397.

[4]刘筱蔼，李建华，胡景鑫，等.机能实验学虚拟动物实验教学软件的设计与开发.中国医学教育技术.2010,24(3):252-255.