虚拟实验及其在生理学教学中的应用探析

马智聪

摘 要 生理学教学中，实验课程是其中非常重要的一部分，通过开展实验课程，更好的培养学生的观察能力以及动手能力，让学生能够在遇到问题时能够将问题进行分析解决。但是，有许多的生物实验较为血腥，在开展过程中容易产生令人不适的生理和心理反应，而且利用活物进行实验，需要充足的资金作为经济支撑，还需要更加高级的安全防护系统，来保障学生在实验过程中的安全。而虚拟实验的应用就可以很好地解决这些困境，在让学生感受实验过程的同时，降低实验的残酷性和资金需求，同时有利于安全实验，提高学生实验的积极性，提高学习效率。下文将针对虚拟实验及其在生理学教学中的应用展开探析。

关键词 虚拟实验 生理学教学 应用探析

中图分类号：G424 文献标识码：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

生理学教学是当前高等医学教育的一门基础课程，而随着高校扩招政策的实行，学生的数量有大幅度的增多，然而高校的实验器材、教师资源等多方面都受到了限制，导致当前的高校生理学教学中的实验课程难以展开，即使能够进行实验，实验课程的效果也不能够达到预期的效果。很多的高校将生理学实验课程的课时减少，导致学生只能在课上进行理论知识的学习，而忽略了学生的实验操作能力，使生理课程的教学效果受到影响。

2虚拟实验的分析

2.1虚拟实验

虚拟实验教学方式的思想是来自于对现实世界进行虚拟的思想，对生理学实验课程进行的虚拟是借助计算机以及仿真软件来将实际的生理学实验课进行模拟，能够模拟出与真实实验课程相似的实验环境，然后学生能够通过计算机进行虚拟實验，这样一来，能够使高校生理学实验课程进行落实。随着互联网技术的快速发展，借助计算机技术能够将生理学实验课程中的实验器材以及实验材料进行较好的模拟，这是因为大多数能够以图片的形式呈现，因此，更加方便了学生进行虚拟实验。让高校学生借助虚拟实验进行生理学实验课程，具有一定的优点，但同时也具有一定的不足。

2.2虚拟实验的优点

虚拟实验能够将现实中存在的事物借助计算机以及仿真软件将其进行模仿，缓解了高校生理学教学中实验课程的压力。通过借助虚拟实验，不仅能够将真实的事物进行模拟，还能够将宏观和微观世界中难以模拟的事物进行模拟，并且能够清晰准确的展现出来。借助虚拟实验，能够将一些高难度的实验进行模拟，例如飞机飞行的模拟实验，就能够通过虚拟实验进行，同时，一些实验所需要的材料价格昂贵，如果实验过程出现失误，就会导致材料的浪费，如果借助虚拟实验进行这种类型的实验，就能够避免这种情况的出现，节约资源，不会过多的消耗材料。一些生理学中的实验很难在现实中进行，因此，可以借助虚拟实验，在计算机中进行实验。不仅如此，通过借助虚拟实验，还能够将实验现象进行观察记录，使实验效果更加明显。

其次，利用虛拟实验的教学方法进行生理学教学有利于降低学生们对动物实验的抵触情绪。在生物学动物实验过程中，通常需要对活物进行药物注射、物理实验研究、解剖研究等等，在实验过程中，容易出现操作失误的情况，从而导致实验的动物遭受不同程度的伤害，这在很大程度上降低了学生实验课堂的参与度，容易导致学生对生物学课堂产生抵触情绪。而且，利用活物进行实验时，由于活物的价格比较贵，成本高，在分配时实验品减少，也不利于学生更好的观察实验现象，导致生物学实验效率低下，不利于生物学课程教学任务的顺利完成。

2.3虚拟实验的缺点

虚拟实验是借助计算机等互联网工具实现的，但是在虚拟实验过程中，学生并不能真正的参与到实验中来，只能借助信息技术和多媒体技术了解实验的过程，这就意味着学生对生物学的理解有可能只停留在理论层面，有时候学生看似在认真听讲，在虚拟实验中学习生物学，但是并没有真正掌握实验的要点。而且，在虚拟实验过程中学生不容易发现自身存在的问题，实践出真知，进行实践教学活动，教学内容才更能够加深学生学习的印象。还有，虚拟实验虽然有利于节约资源，提高实验效率，但是学生动手参与实验的过程是不可替代的，在实践中加深对知识的印象。在虚拟实验中，需要学生具备一定的独立思考以及分析问题的能力，然而高校的学生在进行生理学虚拟实验的过程中，缺乏一定的独立思考的能力，导致很多学生在虚拟实验中很难达到预期的效果。虚拟实验与真实的实验两者之间是互补的关系，有些实验在借助虚拟实验进行的过程中，并不能够将真实实验完全替代，然而学生不能够进行实际的操作，降低虚拟实验的效果。这些都是虚拟实验存在的不足。

3虚拟实验在生理学教学中的设计

生理学教学中需要将生理学理论知识与实际的实验操作结合展开教学，学生在生理学课堂中只能够进行相关理论知识的获取，不进行实际的实验操作则很难做到对理论知识的理解和掌握，因此，生理学教学中很多的理论知识都是通过经典的实验来进行讲解的，借助实验能够更好的帮助学生掌握理论知识，因此将生理学理论知识教学与实验教学相结合才能够更好的提高高校学生生理学课程学习的效果。

3.1生理学虚拟实验的设计原则

生理学实验教学中进行虚拟实验设计时，要遵循一定的原则，在进行虚拟实验的过程中要遵循一些必要性原则，必要性原则要求教师要将生理学实验课程进行充分的分析之后再决定实验课程是否有必要设计成为虚拟实验，如果整个实验过程中只有小部分需要借助虚拟实验进行，或者是实验过程中只有小部分需要设计成示教的形式，则可以适当的减少虚拟实验的设计；如果实际的生理学实验过程中一些实验操作步骤更加强调对学生动手能力的培养，则可以适当的减少虚拟实验的设计；如果一些生理实验课程在实际的实验过程中，更加偏重对学生的示教，那么可以适当的增加虚拟实验设计，并以虚拟实验操作为主要的内容。除此之外，虚拟实验的设计还需要遵循一定的可控性原则，可控性原则是需要在设计虚拟实验的过程中，注意到学生与虚拟实验之间的互动，一些操作步骤可以通过学生的操作实现，这样一来，能够帮助学生加深对实验操作步骤的记忆，因此在进行虚拟实验设计时要适当的设计一些能够进行操作的界面，方便学生进行控制；虚拟实验的设计还需要遵循直观性原则，直观性原则需要虚拟实验在进行设计时能够将生理实验中的一些数据以及实验现象进行直观的观察，方便学生将实验数据以及实验现象进行记录；虚拟实验在进行设计时，还要考虑到虚拟实验的可行性以及经济性的原则，考虑到一些高校在进行生理学实验教学时是否具有一定的计算机设施来支持虚拟实验的进行，将高校的各方面条件进行综合的考虑，在高校条件允许的情况下，展开虚拟实验教学。对于经济条件相对较差的高校，可以在进行虚拟实验设计时，采用Flash软件进行设计，能够较好的实现可行性原则以及经济性原则。降低设计成本，降低经济负担。

3.2虚拟实验结构模块的分析

虚拟实验的结构模式将借助泌尿实验进行分析。在进行泌尿虚拟实验设计时，实验原理主要是将泌尿相关的理论知识通过文本以及图表的方式进行展示，并且，展现出相关实验原理的操作步骤，将实验过程中的一些步骤以动画的形式呈现。通过实验原理模块，让学生能够了解到进行此项虚拟实验的目的，并将此项虚拟实验的相关理论知识进行熟悉，做到对理论知识掌握的基础上还能够将实验操作步骤进行掌握。实验原理模块之后是实验操作步骤模块，这一模块需要将实验过程中所需要的实验器材和实验步骤清晰地呈现给学生，让学生能够直接的观看到。

表1 两个班级在满意程度上的比较

随机选择72人进行对比试验，分为两个班，每个班各有36人，一班进行动物实验，二班进行虚拟实验，将两组实验中同学对实验结果的满意度以及对实验的消耗进行对比分析。对比结果：其中进行动物实验的36名同学中，有28人满意，8人不满意，满意率为77.78%；进行虚拟实验的36名同学中，有15人满意，有21人不满意，满意率41.67%，详见表1。学生对于实验资源的消耗情况如下，动物实验拿兔子举例，一只兔子80元，全班分为九组进行实验，动物实验组需要消费720元，而浪费了学校实验室已有的虚拟实验设备；而二班的虚拟实验不需要消费动物，又充分利用了学校已有资源，总体费用较低。结论：进行虚拟实验能够较好的提高资源的利用率，值得推广应用。在进行虚拟实验的过程中，教师要对学生有一定的了解，在进行虚拟实验的设计中，将学生容易出现问题的地方进行着重的强调，对于一些视频部分可以设计成能够进行快进、后退的形式，让学生能够进行反复的观看，方便学生进行学习，提高学生学习的效率。实验操作步骤模块完成之后进行虚拟实验模块，这一模块是学生进行生理学虚拟实验课程中最重要的一部分。学生在进行虚拟实验模块中，要对实验操作步骤有一定的了解，能够熟练的进行操作，并通过借助计算机以及仿真软件进行虚拟实验，虚拟实验的过程中，学生能够借助计算机进行实验过程中的每一个步骤，并将实验过程的现象进行观察记录，让学生能够在虚拟实验中完成一个完整的实验。进行虚拟实验的过程中，如果遇到一些不能够自己解决的问题，可以通过点击相关的链接进入实验原理模块或者是实验操作步骤模块，然后将遇到的问题进行解决。最后一个模块为复习小节模块，这一模块将针对实验模块过程中遇到的问题、实验现象以及实验过程中的难点进行提问，让学生进行思考，锻炼学生的思维能力，并认识到自身存在的不足。

3.3生理学虚拟实验技术的实现

3.3.1借助Flash软件实现虚拟实验的设计

随着互联网技术的发展，各种各样的技术软件呈现在人们面前，在进行虚拟实验设计中，通过借助Flash软件进行虚拟实验的设计，具有一定的优势，首先这项软件所设计出的实验所需的器材具有较小的容量，并且，具有较高的兼容性和动画效果。运用Flash软件进行虚拟实验时，能够较好的实现导入和导出功能，将文本、音频、动画等多项内容进行结合，最终呈现出非常好的动画效果，能够加深学生对实验过程的记忆。因此，当前的生理学虚拟实验设计中首先采用Flash软件技术进行设计。除了Flash技术之外，还有Vrml技术和ActiveX技术。

3.3.2虚拟实验程序设计步骤

在进行虚拟实验设计时，首先要将素材进行收集，将各个实验中所需要图形进行收集，将这些图片压缩成为JPG格式进行保存，并将收集的素材进行合理的整理。对于声音素材的收集，可以借助光盘或者直接进行声音的录制，在通过一些音频处理软件将声音压缩成MPRG格式。将这些声音和图片素材进行收集并充分利用。有些图片可以直接从网站上进行下载，然后再借助一些计算机软件将图片进行处理，能够有效的提高资源的利用率。将素材收集整理之后，需要将虚拟实验中的示教视频进行处理，将标准的示教视频进行拍摄，然后放在虚拟实验教学视频中，让学生能够学习标准的实验操作步骤以及操作的标准动作。视频文件的转换可以借助Wildform Flix软件。最后进行动画的制作，将虚拟实验中所需要的实验仪器、实验药品等设计好之后 ，通过对各个实验过程的编排，借助Active预演能够实现场景的模拟操作。完成的视频可以直接加入到模拟实验的网页当中，还可以放在PPT中进行演示，如果学生在心理学虚拟实验课程中遇到不能解决的问题，可以通过点击网页链接找到这些视频，方便学生进行学习。

4结语

随着互联网技术的发展，计算机已经逐渐成为高校教学中一项必不可少的教学工具。将当前的生理学实验引入虚拟实验教学，大大的提高了学生对于生理学实验课程的热爱度。虚拟实验教学方式在当前的生理学实验教学中发挥出了巨大的作用，通过借助计算机技术、互联网技术以及各种软件技术，将真实的生理学实验转变成为虚拟实验，丰富了高校生理学教学手段和教学内容，使当前的教育观念得到了更新。虚拟实驗与真实的实验之间是一种互补的关系，不能够全部依赖虚拟实验进行教学，将虚拟实验课程进行合理的安排，更好的提高学生的学习效率。

项目名称：虚拟实验在高校生理实验教学中的应用研究XCU2017-ZZ-032

参考文献

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[3] 樊守艳，王继浩，朴伶华等.网络虚拟实验应用与生理学理论教学一体化模式的研究[J].继续医学教育，2018，32（1）：7-8.