虛擬實驗及其在生理學教學中的應用探析

馬智聰

摘 要 生理學教學中，實驗課程是其中非常重要的一部分，通過開展實驗課程，更好的培養學生的觀察能力以及動手能力，讓學生能夠在遇到問題時能夠將問題進行分析解決。但是，有許多的生物實驗較為血腥，在開展過程中容易產生令人不適的生理和心理反應，而且利用活物進行實驗，需要充足的資金作為經濟支撐，還需要更加高級的安全防護系統，來保障學生在實驗過程中的安全。而虛擬實驗的應用就可以很好地解決這些困境，在讓學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，提高學生實驗的積極性，提高學習效率。下文將針對虛擬實驗及其在生理學教學中的應用展開探析。

關鍵詞 虛擬實驗 生理學教學 應用探析

中圖分類號：G424 文獻標識碼：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

生理學教學是當前高等醫學教育的一門基礎課程，而隨著高校擴招政策的實行，學生的數量有大幅度的增多，然而高校的實驗器材、教師資源等多方面都受到了限制，導致當前的高校生理學教學中的實驗課程難以展開，即使能夠進行實驗，實驗課程的效果也不能夠達到預期的效果。很多的高校將生理學實驗課程的課時減少，導致學生只能在課上進行理論知識的學習，而忽略了學生的實驗操作能力，使生理課程的教學效果受到影響。

2虛擬實驗的分析

2.1虛擬實驗

虛擬實驗教學方式的思想是來自于對現實世界進行虛擬的思想，對生理學實驗課程進行的虛擬是借助計算機以及仿真軟件來將實際的生理學實驗課進行模擬，能夠模擬出與真實實驗課程相似的實驗環境，然后學生能夠通過計算機進行虛擬實驗，這樣一來，能夠使高校生理學實驗課程進行落實。隨著互聯網技術的快速發展，借助計算機技術能夠將生理學實驗課程中的實驗器材以及實驗材料進行較好的模擬，這是因為大多數能夠以圖片的形式呈現，因此，更加方便了學生進行虛擬實驗。讓高校學生借助虛擬實驗進行生理學實驗課程，具有一定的優點，但同時也具有一定的不足。

2.2虛擬實驗的優點

虛擬實驗能夠將現實中存在的事物借助計算機以及仿真軟件將其進行模仿，緩解了高校生理學教學中實驗課程的壓力。通過借助虛擬實驗，不僅能夠將真實的事物進行模擬，還能夠將宏觀和微觀世界中難以模擬的事物進行模擬，并且能夠清晰準確的展現出來。借助虛擬實驗，能夠將一些高難度的實驗進行模擬，例如飛機飛行的模擬實驗，就能夠通過虛擬實驗進行，同時，一些實驗所需要的材料價格昂貴，如果實驗過程出現失誤，就會導致材料的浪費，如果借助虛擬實驗進行這種類型的實驗，就能夠避免這種情況的出現，節約資源，不會過多的消耗材料。一些生理學中的實驗很難在現實中進行，因此，可以借助虛擬實驗，在計算機中進行實驗。不僅如此，通過借助虛擬實驗，還能夠將實驗現象進行觀察記錄，使實驗效果更加明顯。

其次，利用虛擬實驗的教學方法進行生理學教學有利于降低學生們對動物實驗的抵觸情緒。在生物學動物實驗過程中，通常需要對活物進行藥物注射、物理實驗研究、解剖研究等等，在實驗過程中，容易出現操作失誤的情況，從而導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生實驗課堂的參與度，容易導致學生對生物學課堂產生抵觸情緒。而且，利用活物進行實驗時，由于活物的價格比較貴，成本高，在分配時實驗品減少，也不利于學生更好的觀察實驗現象，導致生物學實驗效率低下，不利于生物學課程教學任務的順利完成。

2.3虛擬實驗的缺點

虛擬實驗是借助計算機等互聯網工具實現的，但是在虛擬實驗過程中，學生并不能真正的參與到實驗中來，只能借助信息技術和多媒體技術了解實驗的過程，這就意味著學生對生物學的理解有可能只停留在理論層面，有時候學生看似在認真聽講，在虛擬實驗中學習生物學，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生不容易發現自身存在的問題，實踐出真知，進行實踐教學活動，教學內容才更能夠加深學生學習的印象。還有，虛擬實驗雖然有利于節約資源，提高實驗效率，但是學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，然而高校的學生在進行生理學虛擬實驗的過程中，缺乏一定的獨立思考的能力，導致很多學生在虛擬實驗中很難達到預期的效果。虛擬實驗與真實的實驗兩者之間是互補的關系，有些實驗在借助虛擬實驗進行的過程中，并不能夠將真實實驗完全替代，然而學生不能夠進行實際的操作，降低虛擬實驗的效果。這些都是虛擬實驗存在的不足。

3虛擬實驗在生理學教學中的設計

生理學教學中需要將生理學理論知識與實際的實驗操作結合展開教學，學生在生理學課堂中只能夠進行相關理論知識的獲取，不進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，生理學教學中很多的理論知識都是通過經典的實驗來進行講解的，借助實驗能夠更好的幫助學生掌握理論知識，因此將生理學理論知識教學與實驗教學相結合才能夠更好的提高高校學生生理學課程學習的效果。

3.1生理學虛擬實驗的設計原則

生理學實驗教學中進行虛擬實驗設計時，要遵循一定的原則，在進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實驗課程進行充分的分析之后再決定實驗課程是否有必要設計成為虛擬實驗，如果整個實驗過程中只有小部分需要借助虛擬實驗進行，或者是實驗過程中只有小部分需要設計成示教的形式，則可以適當的減少虛擬實驗的設計；如果實際的生理學實驗過程中一些實驗操作步驟更加強調對學生動手能力的培養，則可以適當的減少虛擬實驗的設計；如果一些生理實驗課程在實際的實驗過程中，更加偏重對學生的示教，那么可以適當的增加虛擬實驗設計，并以虛擬實驗操作為主要的內容。除此之外，虛擬實驗的設計還需要遵循一定的可控性原則，可控性原則是需要在設計虛擬實驗的過程中，注意到學生與虛擬實驗之間的互動，一些操作步驟可以通過學生的操作實現，這樣一來，能夠幫助學生加深對實驗操作步驟的記憶，因此在進行虛擬實驗設計時要適當的設計一些能夠進行操作的界面，方便學生進行控制；虛擬實驗的設計還需要遵循直觀性原則，直觀性原則需要虛擬實驗在進行設計時能夠將生理實驗中的一些數據以及實驗現象進行直觀的觀察，方便學生將實驗數據以及實驗現象進行記錄；虛擬實驗在進行設計時，還要考慮到虛擬實驗的可行性以及經濟性的原則，考慮到一些高校在進行生理學實驗教學時是否具有一定的計算機設施來支持虛擬實驗的進行，將高校的各方面條件進行綜合的考慮，在高校條件允許的情況下，展開虛擬實驗教學。對于經濟條件相對較差的高校，可以在進行虛擬實驗設計時，采用Flash軟件進行設計，能夠較好的實現可行性原則以及經濟性原則。降低設計成本，降低經濟負擔。

3.2虛擬實驗結構模塊的分析

虛擬實驗的結構模式將借助泌尿實驗進行分析。在進行泌尿虛擬實驗設計時，實驗原理主要是將泌尿相關的理論知識通過文本以及圖表的方式進行展示，并且，展現出相關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。通過實驗原理模塊，讓學生能夠了解到進行此項虛擬實驗的目的，并將此項虛擬實驗的相關理論知識進行熟悉，做到對理論知識掌握的基礎上還能夠將實驗操作步驟進行掌握。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給學生，讓學生能夠直接的觀看到。

表1 兩個班級在滿意程度上的比較

隨機選擇72人進行對比試驗，分為兩個班，每個班各有36人，一班進行動物實驗，二班進行虛擬實驗，將兩組實驗中同學對實驗結果的滿意度以及對實驗的消耗進行對比分析。對比結果：其中進行動物實驗的36名同學中，有28人滿意，8人不滿意，滿意率為77.78%；進行虛擬實驗的36名同學中，有15人滿意，有21人不滿意，滿意率41.67%，詳見表1。學生對于實驗資源的消耗情況如下，動物實驗拿兔子舉例，一只兔子80元，全班分為九組進行實驗，動物實驗組需要消費720元，而浪費了學校實驗室已有的虛擬實驗設備；而二班的虛擬實驗不需要消費動物，又充分利用了學校已有資源，總體費用較低。結論：進行虛擬實驗能夠較好的提高資源的利用率，值得推廣應用。在進行虛擬實驗的過程中，教師要對學生有一定的了解，在進行虛擬實驗的設計中，將學生容易出現問題的地方進行著重的強調，對于一些視頻部分可以設計成能夠進行快進、后退的形式，讓學生能夠進行反復的觀看，方便學生進行學習，提高學生學習的效率。實驗操作步驟模塊完成之后進行虛擬實驗模塊，這一模塊是學生進行生理學虛擬實驗課程中最重要的一部分。學生在進行虛擬實驗模塊中，要對實驗操作步驟有一定的了解，能夠熟練的進行操作，并通過借助計算機以及仿真軟件進行虛擬實驗，虛擬實驗的過程中，學生能夠借助計算機進行實驗過程中的每一個步驟，并將實驗過程的現象進行觀察記錄，讓學生能夠在虛擬實驗中完成一個完整的實驗。進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，可以通過點擊相關的鏈接進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行解決。最后一個模塊為復習小節模塊，這一模塊將針對實驗模塊過程中遇到的問題、實驗現象以及實驗過程中的難點進行提問，讓學生進行思考，鍛煉學生的思維能力，并認識到自身存在的不足。

3.3生理學虛擬實驗技術的實現

3.3.1借助Flash軟件實現虛擬實驗的設計

隨著互聯網技術的發展，各種各樣的技術軟件呈現在人們面前，在進行虛擬實驗設計中，通過借助Flash軟件進行虛擬實驗的設計，具有一定的優勢，首先這項軟件所設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。運用Flash軟件進行虛擬實驗時，能夠較好的實現導入和導出功能，將文本、音頻、動畫等多項內容進行結合，最終呈現出非常好的動畫效果，能夠加深學生對實驗過程的記憶。因此，當前的生理學虛擬實驗設計中首先采用Flash軟件技術進行設計。除了Flash技術之外，還有Vrml技術和ActiveX技術。

3.3.2虛擬實驗程序設計步驟

在進行虛擬實驗設計時，首先要將素材進行收集，將各個實驗中所需要圖形進行收集，將這些圖片壓縮成為JPG格式進行保存，并將收集的素材進行合理的整理。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行收集并充分利用。有些圖片可以直接從網站上進行下載，然后再借助一些計算機軟件將圖片進行處理，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行處理，將標準的示教視頻進行拍攝，然后放在虛擬實驗教學視頻中，讓學生能夠學習標準的實驗操作步驟以及操作的標準動作。視頻文件的轉換可以借助Wildform Flix軟件。最后進行動畫的制作，將虛擬實驗中所需要的實驗儀器、實驗藥品等設計好之后 ，通過對各個實驗過程的編排，借助Active預演能夠實現場景的模擬操作。完成的視頻可以直接加入到模擬實驗的網頁當中，還可以放在PPT中進行演示，如果學生在心理學虛擬實驗課程中遇到不能解決的問題，可以通過點擊網頁鏈接找到這些視頻，方便學生進行學習。

4結語

隨著互聯網技術的發展，計算機已經逐漸成為高校教學中一項必不可少的教學工具。將當前的生理學實驗引入虛擬實驗教學，大大的提高了學生對于生理學實驗課程的熱愛度。虛擬實驗教學方式在當前的生理學實驗教學中發揮出了巨大的作用，通過借助計算機技術、互聯網技術以及各種軟件技術，將真實的生理學實驗轉變成為虛擬實驗，豐富了高校生理學教學手段和教學內容，使當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的關系，不能夠全部依賴虛擬實驗進行教學，將虛擬實驗課程進行合理的安排，更好的提高學生的學習效率。

項目名稱：虛擬實驗在高校生理實驗教學中的應用研究XCU2017-ZZ-032

參考文獻

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