医学机能学教学虚拟实验的设计

谢忠好，陈醒言，范小芳，龚永生，胡良冈

（温州医学院，浙江 温州 325035，1.信息与工程学院；2.基础医学院）

医学机能学教学虚拟实验的设计

谢忠好1，陈醒言2，范小芳2，龚永生2，胡良冈2

（温州医学院，浙江 温州 325035，1.信息与工程学院；2.基础医学院）

医学；虚拟实验；机能学；实验教学

机能学的实验教学是医学教育的重要组成部分。传统的实验教学占用并消耗大量的实验动物、器材、教学场地和师资力量。随着学校设置专业的增加及招生人数的增多，机能实验学教学改革成为医学教育改革的热点问题。由于传统的医学实验所需物品比较复杂，有的实验最多要准备三十多种物品，缺少哪一种，都会直接影响实验效果；部分实验要求操作者具备较高的技术操作水平，稍有不慎，容易导致实验的失败[1]。由此，我们提出了用虚拟实验的方式，让学生通过简单的操作设置，去验证书本上的理论，免去了传统实验一些不必要的环节，让学生有充分的时间独立思考与分析，激发学生的学习主动性与积极性。

1 虚拟实验设计

以蟾蜍坐骨神经-腓肠肌标本的制备和电刺激对骨骼肌收缩的影响实验为例[2]，虚拟实验主要采用了WEB和FLASH技术，将实验内容与虚拟技术结合到一起，并且可以很容易扩展为网络实验平台。整个平台力求重点突出，层次分明，并着重培养学生运用知识的能力。

1.1 虚拟实验的组成部分 与传统的实验指导书一样，虚拟实验平台也设置相关的栏目，便于学生及时的查阅。相比较传统的指导书，虚拟平台可以提供更为丰富的材料来帮助学生去加深对整个实验原理的理解。虚拟实验的具体组成参见图1。

1.2 软件的设计 虚拟实验以Dreamweaver为开发平台，采用Java技术来实现页面的动态效果，并引入了微软的Agent组件中的Merlin角色，为实验的不同章节做语音讲解。软件界面如图2所示。实验准备和实验目的部分主要以文本和图表的形式，对机能实验知识和实验原理作较为详实的阐述。实验方法和注意事项主要以彩图的形式对实验动物和实验器材逐条进行解释，对容易出现错误的步骤进行详细说明，并辅以实验室老师的实验演示视频。每个栏目的内容基本上与实验指导书保持一致，同时加入许多多媒体元素，帮助学生更好地理解整个实验的原理，掌握实验的方法。模拟实验是该平台的重点部分，它采用Flash8.0的开发环境，通过Action Script脚本模拟肌肉在不同电刺激下肌肉张力的变化曲线。

1.3 虚拟实验的开发 在电刺激对骨骼肌的影响实验当中，主要模拟的是在不同电流强度的刺激下，肌肉收缩效果。虚拟实验使用了电刺激骨骼肌产生收缩肌力的数学模型[3]，模拟了不同电刺激下对肌肉收缩的影响。

Flash强大的动画与向量画效果弥补了一般动画与HTML指令的不足，再辅以Action script便可以实现一流的人机交互功能。由此，我们选择了Flash 8.0作为开发环境，再运用Flash高级Action技术[4]，对上述模型进行应用。整个软件的实现效果见图3。

肌肉的张力曲线绘制代码如下：

点击单刺激按钮，启动仿真，肌肉会出现一个电击的抖动效果，虚拟实验平台根据当前设置好的肌肉长度和电压值，在示波器上面模拟出力学曲线，并将相关的数据显示出来。

在单刺激下，刺激间隔时间大于肌肉收缩时程，示波器上将出现肌肉的单收缩张力曲线。在多刺激下，肌肉力量将会出现一个连续周期性的波形效果，而根据频率的不同，将出现肌肉不完全强直收缩和完全强直收缩的张力曲线。在整个实验过程当中，学生通过阅读前面的相关资料，在具备了一定的实验背景知识后，即可开始实验，摆脱了对实验室设备和相关材料的依赖。

2 结语

通过虚拟实验平台上的练习，学生能够掌握机能学实验的方法、原理和结果，达到取得实际实验操作容易失败而难以实现的效果，培养动手能力，学习实验技能，深化基础知识的目的，同时增强了学生对机能实验的兴趣。与传统的医学实验相比，虚拟实验可以节省实验设备检查维护和准备时间，减少对实验室设备的依赖，提高实验效率，让学生有更多的时间花在实验的验证与探索上面[5]。虚拟实验不受环境温度、动物状态和人为等因素的影响，给教学带来了新的生机与活力。但由于仿真和实践或多或少存在偏离，目前这种2D的模拟形式从交互上只能实现实验参数上的调整，在对模拟动手操作能力显得不足，所以今后还可以考虑使用VTK等开发包制作更为逼真的3D模型。学生可以在上面虚拟的组装试验台，制作标本，做相关实验操作，通过高度仿真实际操作来提高对实验的熟练程度和实验的成功率。

[1] 李燕平.对当前医学实验教学的几点思考[J]. 临床和实验医学杂志,2008,7(6):188-189.

[2] 龚永生 ,陈醒言.医学机能学实验教程[M].北京:人民卫生出版社,2001: 87-92.

[3] 尚禹,白净.电刺激骨骼肌产生收缩肌力的数学模型[J]. 国际生物医学工程杂志,2007,30(2):77-80.

[4] 黎良.利用Flash动作脚本制作函数演示课件[J]. 中国教育技术装备,2006(6):34-37.

[5] 严颂庄. 虚拟仪器和仿真实验--现代实验教学的新成员[J].湘潭师范学院学报:自然科学版, 2002,24(3):33-36.

[6] 王莎莉,田庆宜.生理学教学实验模拟课件的开发 [J].实验室研究与探索,2003,22(4):23-24.

TP37

B

1000-2138(2011)02-0168-02

2010-09-08

温州医学院教学改革基金资助项目（WYJG0735）。

谢忠好(1983-)，男，浙江温州人，助理实验师。

胡良冈，高级实验师，Email：hu_lg@189.cn。

吴健敏）

·综 述·