虚拟仿真实验技术(收集3篇)
虚拟仿真实验技术范文篇1
关键词：实验教学虚拟仿真技术医学
中图分类号：R445文献标识码：A文章编号：1674-098X（2015）07（b）-0118-02
Abstract：Withthereformofmedicalmodeandthedevelopmentofinnovationeducation，traininghighqualitymedicaltalentshasbecomeanimportantmissionforeachofmedicalcolleges.Asanimportantteachingmethodoftraininghigh-qualitypracticalmedicaltalents，virtualsimulationtechnologyplaysanimportantroleinpromotingmedicalexperimentalteachingreformandinnovatingmedicaleducationteachingmodeandtraininginthestandardizationofthemedicalstudents'comprehensiveskills.VirtualsimulationexperimentteachinghasbeencarriedoutinChengduMedicalCollegebyvirtualexperimentsplatformandclinicalsimulationlaboratoryteachingsystemconstructed，whichpromotesthestudents'innovationabilityandimprovetheteachingquality.
Keywords：experimentalteaching；virtualsimulationtechnology；medicine
高等医学教育属医学生的临床前技能教育阶段，实验教学和临床见习、实习的实践教学贯穿了整个医学教育过程的始终。充分的实验室训练操作是医学生获得必要的综合技能的重要环节[1]，在医学实践教学环节中，通过计算机网络向学习者提供“自主、交互、开放”的数字化的虚拟实验环境是国内外高等医学教育革新教学手段的普遍潮流，已成为现代教育技术应用的一大趋势。
1传统医学形态学实验面临的挑战
随着高等教育改革的不断深化，几乎每个普通高等医学院校都面临招生规模急剧扩大引发的场地、设备、师资等教学资源短缺等问题困扰，加上医学专业特殊性、传统的医学实验、实践教学模式已面临重大挑战。
1.1人体教学标本资源日趋紧张
在医学教学中，人体解剖标本的观察和直接参与尸体解剖是加强实践性教学、培养学生动手能力的一个重要环节。近年来，随着招生人数的不断扩大，多数医学院校已经出现人体尸体标本严重短缺的现象，并且影响到了实验教学的质量，有的院校甚至取消了局部解剖学的尸体解剖环节[2]。虽然，许多医学院校已逐渐开展了社会人士的遗体捐献工作，在一定程度上缓解了尸源不足的问题，但距离教学需要仍相距甚远。此外，随着医疗技术的进步以及我国病理尸检工作的萎缩，一些比较常见的疾病如感染性/传染性疾病、寄生虫病等也已很难获得教学标本，使得实验教学资源日趋紧张。
1.2实验项目单一、陈旧
多年来，实验教学一直处于从属地位，实验内容多侧重于验证性实验，自主实验及综合实验项目明显不足。医学科学发展迅猛，一些新技术、新理论不断涌现，而实验内容过于单一陈旧，更新速度严重滞后，十分不利于医学生实践能力及创新能力的培养。部分涉及生物医学前沿技术的实验项目，可能由于实验仪器或耗材昂贵，或实验准备或操作时间太长，或操作专业性要求太高，也限制了实验项目的广泛开展。
1.3缺乏与时俱进的教学手段
传统实验教学多采用老师示教、讲解，学生按照实验指导按部就班的实验，然后撰写实验报告，缺乏丰富多样的教学方法和手段，很难激发学生的学习热情，实验室也难以做到真正意义的开放，不利于学生自主学习模式的开展和规范化的实验技能培养，因此，教学效果难以得到保证。
1.4实验室安全管理难度加大
近年来，随着中央与地方院校共建项目的逐渐实施，大量先进仪器购入以及现代化实验室的建设，加上许多大学生创新、开放实验项目的开展，使大量的不同层次的学生走进了基础医学实验室，人员流动性增大，实验实验室利用率明显加大，容易出现各种安全问题，如实验动物、实验药品、实验操作、生物危害与生物安全等问题[3]，给基础医学实验室的安全管理带来了巨大挑战。
2医学虚拟仿真实验的特点
医学虚拟仿真实验是针对医学实验的现象及过程，通过仿真、虚拟现实、多媒体等技术及相关设备将操作实践与实验材料、实验仪器、实验内容、实验方法步骤等有机结合在一起，从而模拟现实的实验环境，对仿真试剂或人体器官、“实验动物或标本”等进行虚拟操作，实现对学习操作人员的各种感官反馈的模拟，获得身临其境的学习体验。可完成某种预定的实验项目，所取得的学习或训练效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果[4]。虚拟仿真实验具有激发学生学习兴趣、内容丰富、体验逼真、安全无污染、节约成本、高效开放等特点。医学虚拟仿真实验是医学与信息技术深度融合的产物，在生物医学实验教学、临床教学、疾病诊断、假体植入、手术模拟、康复保健、远程医疗等诸多方面有着广阔的应用前景，近年来已在国内外多所医学院校开展运用[5]。
3医学虚拟仿真实验教学平台的建设
成都医学院医学虚拟仿真实验教学中心是以“以实为本、以虚补实、虚实结合”和“安全、开放、共享”为原则，依托基础医学实验教学中心、临床医学实验教学中心、药学实验教学中心、检验医学实验教学中心等4个省级实验教学示范中心，通过整合全校虚拟仿真教学资源而建立的，是基于校园骨干网覆盖的“集约、合作、开放”的、采取“校―企合作、校―校合作、校―院（医院）合作”方式建设的“共建、共管、共享”实验教学平台，2014年该平台正式成为100所部级虚拟仿真实验教学中心。
该中心资源由仿真实验室资源和虚拟数字资源两大部分组成。仿真实验室由高功能模拟人、心肺听诊、心肺复苏、综合穿刺、外科手术、OSCE考试等6个仿真功能实验室组成，可开展综合类技能训练类实验30项。虚拟数字资源主要包括基础医学、临床医学、药学、PBL实验教学等5个模块组成，可开展虚拟操作实验300项。中心现有专兼职教学、开发、管理人员31人，其组成人员分为3类：第一类为具有医学专业背景的人员组成（26人，其中正高5人，副高12人）；第二类为具有信息工程及网络技术专业背景人员组成（3人，其中正高1人，副高2人）；第三类为外聘企业技术人员（2人，均为高级工程师）。中心主任由主管教学副校长担任，全面负责中心的规划和建设。
4我校虚拟仿真实验的应用
我校虚拟仿真实验面向临床医学、麻醉学、医学影像学、护理学、药学、医学检验学等所有专业的本、专科层次医学生及研究生开放。据2013年数据，已开设16门实验课程，年实验学生人数达5100人/年，年实验人时数达816400人时数时/年，开放实验课达139500人时数/年；培训住院医师2166人次；成为四川省规范化住院医师临床技能大赛的指定承办单位。
近几年随着学生虚拟实验开展力度的加大，虚拟仿真实验教学平台对我校实验教学的贡献度也不断提高，已取得了一批教学成果。2010年和2012年，参加全国大学生基础医学创新实验大赛各获1项三等奖。2011年获第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品决赛一、二、三等奖、优秀奖各1项；2011年首届全国护士执业水平技能大赛获理论成绩一等奖、技能三等奖、团体二等奖；2012年获第三届全国高等医学院校大学生临床技能竞赛分区赛一等奖、总决赛一等奖；2013年、2014个分获第四届全国高等医学院校大学生临床技能竞赛分区赛一等奖、总决赛二等奖。
5结语
总之，虚拟仿真实验技术作为培养高素质应用型医学人才的重要教学手段，有着传统医学实验无法比拟的优势，对推动医学实验教学改革、创新医学教育教学模式、医学生综合技能的规范化培养等方面具有重要作用。虽然虚拟仿真技术目前还存在一定的不足，如实验过程中现实感不足、缺乏真实环境中的实物感、无法体现团队合作精神等，但我们相信，随着现代信息技术的不断发展，虚拟仿真实验技术将日趋完善，并为高等医学教育的发展和进步发挥更为重要的作用。
参考文献
[1]胡晓松，潘克俭，张晓，等.依托虚拟仿真实验教学平台促进医学生实践创新能力[J].中国现代教育装备，2015（1）：6-8.
[2]刘荣志，程田志.新形势下收集人体解剖教学标本的探索与实践[J].中国现代药物应用，2009，3（13）：209-210.
[3]彭波，计雁林.基础医学实验教学存在的安全问题和防护策略[J].黑龙江医学，2012，36（8）：610-611.
虚拟仿真实验技术范文篇2
1环境工程学的特点及传统教学中存在的问题
随着环境控制技术迅速发展，污染控制工程理论和实践的知识量也越来越多，知识点的更新速度也越来越快。我国各理工科院校的环境科学专业基本都开设有环境工程学课程，但纵观课程的教学现状，存在诸多不尽如人意的地方。
1.1教学内容多且广泛
环境工程学包含废水污染控制、大气污染控制、固体废物处理以及噪声控制等，内容多而杂，容易造成学生对知识的掌握广而不深，学而不精。对应的专业教材知识更新慢；理论课程课时过多，实践课程课时少，专业技能训练难以保证[1]。
1.2实习实训教学效果差
环境工程课程实习实训都是集中将学生带到某个与专业相关的单位比如污水处理厂，学生只能参观某些处理单元，不得随便操作任何设备、仪器，对于如何控制管理水处理工艺的运行、如何解决运行问题等，仍然得不到学习和锻炼。实习实训教学现场通常比较嘈杂，学生对参观的内容往往是“走马观花”，不能达到实习实训的目的。
1.3实验项目偏少且单一
环境工程实验作为环境工程学理论课程的后续实验课程，该课程不仅能加深、巩固学生对环境工程基本理论的理解，同时还可增强分析问题和进行科学实验的独立工作能力；有利于掌握有关环境工程实验研究方法和实验技巧，培养整理、分析数据能力，提高环境工艺、工程方面的科研思维能力和创新意识。但是目前环境工程实验教学仅限于几个固定实验，比如：活性污泥实验、大气除尘演示实验、氧传递系数测定实验等，实验项目偏少。教学方式大多是在教师讲解之后，学生“依样画葫芦”进行实验，学生对实验目的和步骤理解得不够透彻，在整个实验过程中处于一种被动的地位。另外，学生对实验设备缺乏感性认识，即使把实验指导书中对设备的基本构造、使用方法和注意事项看了多遍，仍不得要领，甚至不能正确地操作设备。另外，某些实验项目受到设备数量、品种、成本等方面的限制而无法开展。
2虚拟仿真技术在环境工程学理论及实验教学中的应用
虚拟仿真教学是指利用实物和计算机软件共同模拟出真实的情境，让学生在模拟的情境下进行探究和学习。随着科学技术的迅猛发展，虚拟仿真技术越来越广泛地被应用于各领域的专业教学，如自动化[2]、水电机组监测与故障诊断等[3]。虚拟仿真教学可以根据教学的实际需要和效果，对教学内容进行动态的组织和修改，具有很强的针对性和互动性，能够充分发挥学生的主动思维[4]。
2.1虚拟仿真技术水污染控制的运用
虚拟仿真技术教学可以提升学生对城市生活废水、工业废水处理系统的认识，提高教学效果。在仿真系统中，学生按照时间操作规程的要求对各个工艺参数进行调整，最终确定处理后的废水与污泥能否与实际设计的标准要求相符[5]。学生可根据提示熟悉虚拟水厂构筑物分布和水厂概况，查看主要动力设备的知识点，了解水厂主要动设备能耗和药剂成本，了解污水处理厂的相关工作规定和安全章程等。比如：虚拟仿真水厂包含巡检项目和事故预案工况等，分别是正常工况巡检、出水总氮超标、出水总磷超标、出水COD超标、反应池曝气量调节、初沉池排泥撇渣、内回流的调节、SVI调节，从而掌握污水处理厂常见事故的应急处理预案和解决措施。
2.2虚拟仿真技术在大气污染控制的运用
虚拟仿真实验技术范文篇3
[关键词]虚拟仿真技术运动生理学实验立体化
[中图分类号]G712[文献标识码]A[文章编号]1009-5349（2016）06-0236-02
运动生理学主要是研究人体在体育活动和运动训练影响下机体在结构和机能方面的各种变化，探索人体在运动过程中机能变化的规律，以及形成和发展运动技能的生理学规律，探讨人体运动能力发展和完善的生理学机理，论证并确立各种科学的训练制度和训练方法。人体在体育活动和运动训练影响下机体机能变化的动态数据是运动生理学研究的重点和难点。因其变化的动态性和不易感知性，使学生学习起来特别抽象，难以理解。单纯的依据课本的数据进行比对，就更加没有说服力，极大增加了学生学习和掌握的难度。在运动生理学实验课堂上开展实验教学过程是增加降低理论学习难度，提高学生学习积极性的有效措施，但在目前的运动生理学实验教学过程中，由于受实验标本的采集与存放、试剂的调配与更新、实验器材的种类限制、教师预实验的准备、场所与时间限制和一些复杂设备的影响等，很多实验课开展的效果并不理想，学生获得的实验数据较少并且缺乏说服力，后期重复实验更是无法独立操作完成。很多大型实验由于没有时间准备预实验，教师操作的效果也不理想，开设运动生理学大型实验的成本较高，耗费人力、物力较大却收效甚微，使学生深刻理解运动生理学知识受到很大限制。
为了节约成本，很多学校就只开展几个传统型的简单实验，但是最新的理论知识和科学研究，学生就难以接触，且这几个实验由于脱离高端技术使学生难以对实验印象深刻。实验知识的匮乏也影响了学生独立感知，自主研究的积极性，理论应用起来更加捉襟见肘。因此，我们迫切需要一项技术既可以节省实验成本，提高实验成功率，又能使学生自主感知，自主钻研，使学生得到专业便捷的技能训练，虚拟仿真技术应运而生。他不但简化了实验课程准备工作，而且高速的数据处理库提高了实验的精确度和动态呈现机体对刺激反应的敏感度，大大激发了学生学习的兴趣，大量数据的多角度呈现，更加激起学生探索的欲望，可以说完美解决了运动生理学实验所必须的多项技术。
一、虚拟仿真技术简介
虚拟现实技术又称虚拟现实技术或模拟技术，就是通过计算机模拟技术将一个真实的系统在另一个占用空间比较小的、制作相对容易的虚拟系统中进行模仿实现真实人机对话体验的技术。随着计算机人工智能技术的不断进步和发展，虚拟仿真技术越来越精良并逐步自成体系，成为继数学推理、科学实验之后人类认识自然界客观规律的第三类基本方法。人投入到这种环境中，立即有“身临其境”的感觉，并可亲自操作，自然地与虚拟环境进行交互，虚拟环境还能够实时地做出相应的反应。
虚拟仿真技术，是仿真技术与虚拟现实技术结合而产生的一种更高级的仿真技术。在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上，虚拟仿真技术以构建全系统统一的完整的虚拟环境为典型特征，并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体。实体可以是模拟器，也可以是其他的虚拟仿真系统，也可用一些简单的数学模型表示。实体在虚拟环境中相互作用，或与虚拟环境作用，以表现客观世界的真实特征。虚拟仿真技术的这种集成化、虚拟化与网络化的特征，充分满足了现代仿真技术的发展需求。
虚拟仿真实验系统的特点：首先虚拟实验系统的仿真引擎代替了实物，实验过程不再需要反复消耗标本和试剂，且实验结束不需要废料收集和处理，完美解决了传统实验过程中所缺乏的节能和环保处理；第二，学生做实验不再受到实验器材的限制，学生没有理解的实验允许反复操作，增强了学生动手动脑的实践能力，大型实验也省去了繁琐的准备过程，节约了教师的准备工作；第三，虚拟仿真技术因其技术的成熟性，允许学生自我提升与拓展，课本之外的实验，学生也可以自主钻研，不受材料限制，大大提高学生学习与思考的积极性。此外，虚拟仿真技术平台还为学生提供在线测评功能，网络化的学习模式，为学生自我巩固与提升提供了一个良好空间，抓住了学生学习的兴趣点。
二、运动生理学实验与虚拟仿真技术相结合
以前学校进行的运动生理学实验主要是通过课本理论的教授进行理论学习，然后再通过小白鼠、青蛙等动物进行实验验证，这种探究方法单一而且让学生很难完全信服。几乎所有运动生理学实验的理论，都来自观察动物在运动过程中的机能活动并对其因果关系的分析来实现。放到人体之后的结论显得单薄而且缺乏说服力。另外，由于人力及物力资源的种种限制，实验课本身课时较短，很多实验结果本身缺乏科学性和完整系统性，所以很多实验的结果与最终需要印证的结论相关性不符，做得有名无实。
近年来虚拟仿真技术的广泛应用大大提高了运动生理学实验的应用广度和深度，很多难以实现的实验技术经过模式过程之后学生可以真切地感受到学习起来更加容易，记忆也更加深刻。将虚拟仿真技术运用到运动生理学实验教学，是传统教育手段与现代教学技术的创造性结合。虚拟仿真技术的优点主要体现在：多媒体展示的集成性、人机交互的操作性、大容量存储的丰富性、高速传输的便捷性、超时空交流的共享性等。
虚拟仿真技术应用于实验可以分为三个阶段：一是初级阶段，即学生刚开始接触系统阶段，这个时期学生对虚拟仿真系统还比较陌生，很多的功能还不熟悉，教师需要对学生加以引导，根据学生的反馈对系统加以修改和调整，尽量达到彼此合作融洽；二是模块建立阶段，当学生对系统有了初步的了解之后，就需要根据教学的进度和学生学习的侧重点对系统里面的实验加以增减和调整，做到既能满足学生知识掌握，又可以达到能力提升效果，并将最前沿的知识嵌入实验模块，让学生一起走进实验室观摩也是很好的教学方式，观摩过程中学生对知识的理解和应用会更加深刻，让学生明白科学探索的过程其实就是知识应用的过程，这个过程真正存在并不是遥不可及，培养起多思考多动脑的习惯；三是模块应用阶段，即通过所学的知识，所做的实验，探究人体运动生理学知识的运用与开发，这个过程是一个开放的过程，根据每个人理解的不同，所能探索的结果也各有千秋，没有标准的答案，探索永无止境。
例如在学习“人体安静与运动过程中心率和动脉血压变化”课程时，单纯的文字说明和表格对比虽然可以使学生直观的看到数值的变化，但是体现在人体中的动态变化却很难发现和感受。通过查阅大量文献，进行总结归纳，并通过计算机辅助教学把实验课的内容搬到理论课上，经过文本、图片、动画、视频、仿真空间体验等几步的动态体感之后，让学生直观地观察到人体从静态到运动再到运动逐步加快的过程中心率和动脉血压的直观的、动态的、连续的变化过程，把实验的结论与学生的多种感官相互关联，把知识的传授过程由被动的灌输、被迫接受转化为学生自己总结、归纳、探索，使学习过程变得快乐且学生更加容易接受。运动的方法有好多种，速跑和慢跑是两种不同的运动方式，他所牵动的器官不同，达到的效果不同，学生为此进行了一次愉快的辩论，最终大家都为自己的观点鼓掌叫好。每种运动背后都包含着大量的科学知识，合理的运动就是最好的科学。
三、现状与前景展望
实验课一定要“重视学生在教学活动中的主体地位，充分调动学生学习的积极性、主动性和创造性”，一门课程的学习，结果只是一方面，重视学生在实验过程中的参与度和知识获得过程，才是我们教学的目的。对于运动生理学的掌握我们完全可以直接告诉学生结果：做扩胸训练有助于增加肺活量，做引体向上可以锻炼背阔肌，仰卧起坐可以锻炼腹肌，等等，我们单纯的教授完毕对学生有什么效果呢？他的扩胸运动很到位，肺活量大有增加；他的引体向上很到位，却导致了肌肉拉伤；他的仰卧起坐连贯而有力，却导致脊柱受损……这种风险不仅对普通人是存在的，而且对那些经常锻炼的人亦然。现代人的养生观念很强，每个人都需要运动，但是运动也需要讲究技巧与方法，我们学习运动生理学的目的就是知其然，更要知其所以然。大量逼真完备的实验设备，解放了学生的思想，相应的研究过程中碰到的问题也就越多，为了满足学生探索的需求与我们日常面临的挑战，我们的路任重而道远。
随着人们对虚拟仿真技术的逐步完善，虚拟仿真技术的应用范围越来越广，下一步我们将搜集更多的文字、图片、音频、动画等素材，组建更多的虚拟仿真实验模型，让虚拟仿真技术更好地服务于运动生理学及各个学科的实验，尤其是以后更可以丰富中小学课堂的教学课堂。通过虚拟仿真技术的应用让学生处于一种多层次、多角度、立体化的学习空间中，直观真切地感受到外部因素变化对身体的影响，改善了学生对体育运动的理解形式，提高了运动生理学课程的趣味性，提高学生学习运动生理学实验的积极性，也提高了学习效率。虚拟仿真技术的广泛应用，必将使运动生理学迎来新的生机和活力，根据教师的指导得到更加专业的技能训练，使人们更加科学的通过体育训练，改善人体技能，提高身体素质。
四、小结
体育学科是一门理论与实践完美结合的基础学科，越来越受到学生及普通民众的欢迎。运动生理学作为体育科学的辅助学科也是一门非常重要的理论课程，他主要研究人体在体育活动和运动训练影响下机体的内部结构和机能的动态变化规律，进而探讨出完善人体运动能力发展的科学机理，指导人们科学准确的完成各种训练。虚拟仿真技术作为一门理论与科学结合的科学手段，极大地提高了运动生理学实验的可操作性和趣味性，满足了当前运动生理学实验的操作需求，可以加深学生对实验的认识，使学生通过丰富多彩的教学手段，多层次、多角度、立体化、真实化的得到专业便捷的技能训练，加深学生对实验内容的理解和巩固，提高学习的效率和应用的直观性，更加深刻地理解所研究的内容和意义，从而提高运动生理学实验课的应用效果。
【参考文献】
[1]张敬南，张谬钟.实验教学中虚拟仿真技术应用的研究[J].实验技术与管理，2013（12）：101-104.
[2]柯中炉，牟惠康，杨林生.以虚拟仿真技术提升高职实践教学有效性的探索――以生化制药技术专业实践教学为例[J].中国职业技术教育，2009（05）：64-66.
