虚拟实验室在医学实验教学中的应用研究

《虚拟实验室在医学实验教学中的应用研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、虚拟实验室在医学实验教学中的应用研究摘要：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

2、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、操作练习[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

3、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

4、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[1.7]。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

5、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。3虚拟实验室在医学实验学教学中的应用3．1虚拟解剖虚拟三维人体解剖学展示系统使用虚拟三维技术进行人体解剖学标本的演示，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。3．2虚拟诊断学以多媒体编程技术和虚拟现实技术为基础，应用语义识别、TTS发音、动态图形识别和多种音视频素材，构建一个仿真的临床技能培训和诊断思维环境，采取人机交互方式进行实验。虚拟诊断技术具有创新性、

6、交互性、智能性、仿真性、开放性和可扩展性等优点，用于训练和培养医学生、研究生和青年医师，有助于增强诊断学实验教学效果、提高学生的积极性和自主性、培养与学生临床技能和思维能力。3．3虚拟切片系统传统的组织切片存在数量庞大、不易储存和查找不便等弊端，在实际教学过程中很不方便。运用虚拟切片系统，将组织切片转化为数字化的信息，并从中挑虚拟实验室具有明显的低成本、高效率、功能全等优点，足以弥补真实实验室的不足，因而广受高校和研究机构推崇。3．4虚拟胚胎学教学胚胎发育过程相对抽象复杂，是医学生理解的难点。应用虚拟胚胎学教学系统，可以实现在课堂上的具体展示，使学生充分认识人胚胎发生与早期发育的全过程，解决

7、因实际教学中对孕妇和胎儿进行跟踪研究不便的教学难点，并且可以在很短的时间内将完整生理过程呈现出来。3．5虚拟手术教学系统虚拟手术是采用虚拟现实技术，利用医学影像数据，利用计算机建立一个虚拟环境，并借助该环境的信息进行手术计划制订、手术演练、手术教学、手术技能训练、术中引导手术、术后康复等工作。学生通过网络可以学习手术前准备、手术全过程以及手术后治疗等。虚拟手术教学系统使教学与临床结合得更紧密，以更高的质量完成