虚拟实验室在医学实验教学中的应用研究.doc

摘要:近年来,国内外众多医学院校及科研机构纷纷提出虚拟实验室的概念,即基于计算机网络构建的一个综合不同工具和技术的信息化、网络化的虚拟实验环境。该文具体阐述了虚拟实验室的内涵、研究现状、实际应用及其运用中的利与弊,特别列举了虚拟实验室在医学实验学教学中的具体应用,探索如何利用虚拟实验室更高效地完成教学任务,提高教学质量。关键词:虚拟实验室;实验教学;远程教育l虚拟实验室的内涵虚拟实验室的概念是早在1989年由美国弗吉尼亚大学的Wolf教授提出的,用来描述计算机网络化的虚拟实验室环境。虚拟实验室综合利用计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术,模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能,使人能够沉浸在计算机生成的逼真的三维虚拟环境中,并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互[1-4]。利用计算机,再加一套虚拟实验软件,实现“以虚代实”、“以软代硬”,就相当于建立了一个拥有先进设备的实验室。用计算机虚拟仪器设备可以进行设备参数测定、操作练****3],将冗长枯燥的教学过程改进为“简单虚拟实验一简单实物实验一复杂模拟实验一综合性实物实验”这一循序渐进的过程,不但增强教学趣味、简化知识体系,同时也得以确保教学资源的优化与共享[3]。2虚拟实验室在国内外的研究现状虚拟实验室的研究和应用广受研究机构和软件供应商的重视。早在1995年,互联网上便出现了“虚拟青蛙解剖”实验,“实验者”可以用虚拟手术刀层层分离青蛙,观察它的肌肉和骨骼组织。目前,国际上具有代表性的生物、医学虚拟实验室有:霍华德休斯医学研究所(HowardHughesMedicalInstitute,HHMI)开发的细菌鉴定实验室、心脏病实验室、免疫实验室、神经生理学实验室等;诺贝尔基金会(NobelFoundation)开发的虚拟生化实验室[1]。国内虚拟实验室的建设起步要晚一些,与发达国家还存在一定差距,但发展较快,目前已有部分高校初步建立了虚拟实验室和各类虚拟教学系统[5]。2003年初,第一军医大学完成了国内首例女虚拟人的数据采集。医生可以为虚拟病人模型进行手术,并可以利用网络远程控制机器人,实施远程手术。手术实际进展的图像也可通过机器人摄像机实时传递并与虚拟病人叠加,以便医生实时掌握手术情况,发出手术指令[6]。第二军医大学生理学教研室从20世纪90年代开始,对生理学虚拟实验进行初步探索,对“蛙心灌流”、“哺乳动物血压调节”以及“动作电位的产生机制和记录方法”等实验进行了成功的模拟,并先后在国内生理学界的交流会上获得好评。近年来,他们对原有实验进行升级,初步建成了机能学虚拟实验室[]。选形态学科中结构典型的组织切片信息,即可将制作成的虚拟切片存储在计算机内,按不同学科和章节分库保存,并且建立相应的虚拟切片库。虚拟切片库在方便教学的同时,也在一定程度上实现了资源共享,增进了师生互动。,在清晰度、质感、素材输入难易度上全面超越了常规三维建模方法制作的电子标本。三维动画相对于传统二维图片,具有立体直观、使用方便、无损耗、易扩展等优点,在人体解剖教学及医学科普教育中有良好的应用前景。