虚拟仿真实验医学

虚拟仿真实验医学（精选7篇）

虚拟仿真实验医学 篇1

（1）机能学基础性虚拟实验教学软件包含四个相对独立的操作实验：家兔的基本实验虚拟操作、蟾蜍的基本实验虚拟操作、大鼠的基本实验虚拟操作、小鼠的基本实验虚拟操作。所有内容全部采用人机互动的虚拟仿真操作来完成，同时配合动画演示，相关仪器设备的使用和操作知识。我们以大小鼠和蟾蜍的基本实验虚拟操作举例说明：

《大、小鼠基本操作综合实验》介绍了大、小鼠在实验中经常用到的几种基本操作，通过虚拟操作的演示和互动，把实验中的重点、难点表示出来，使学生通过该虚拟实验，熟悉大小鼠实验的各项基本操作，掌握实验的重点。

虚拟实验操作流程及技术点描述：

大小鼠的捉持主要采用动画演示的形式，生动体现了捉持的要点。

大小鼠的固定，又分为徒手固定，固定板固定，头部固定以及固定器固定。学生可以自行选择固定方式，对大小鼠进行固定。

大小鼠的分组与编号；分组演示了如何使用Excel软件取得随机数字后分组。编号着重介绍了背毛单色标记法。

常用给药方法的虚拟操作：灌胃法，皮下注射法，皮内注射法，肌肉注射法，腹腔注射法，静脉注射法.部分采用透视或同步放大局部让学生更直观更系统的学习以上的给药方式及注意事项。

常用麻醉方法的虚拟操作：通过虚拟实验——吸入麻醉和腹腔注射麻醉，让学生熟悉并掌握常用麻药的使用及配制方法。

大小鼠取血的虚拟操作：分为摘眼球取血法，眼眶后静脉丛穿刺取血法，心脏取血，腹主动脉采血法。

大鼠处死方法的演示，脊椎脱臼法，急性失血法，麻醉致死法，气体窒息致死法，击打法。

大鼠主要脏器摘取：学生可动手摘取虚拟大鼠的主要脏器，可掌握各主要脏器的位置和摘取后的性状。

家兔的基本实验虚拟操作内容包括：

家兔麻醉方法，颈部手术包含颈部皮肤切开、分离皮下筋膜、气管插管、颈动脉插管、颈外静脉插管、颈部迷走神经、交感神经、降压神经分离等内容，家兔腹部手术包含回盲部肠系膜分离术、输尿管插管术、膀胱插管术等内容，家兔腹股沟手术主要含分离股动脉股、静脉插管或股神经，以备动脉放血、静脉输血输液、注射药物等内容。

（2）在《离体心脏灌流实验》的虚拟实验软件中，包含四个基本实验元素：离体心脏制备操作录像；8种药物对蛙心灌流影响的虚拟子实验；8种未知药物对蛙心灌流的虚拟实验；以及每个子实验完成后的知识点自测。在已知药物对蟾蜍心脏灌流的虚拟实验中，为同学提供了心脏灌流的动画与3D心脏的虚拟环境，学生亲自动手在虚拟空间内使用8种不同的药物分别加入灌流液中，观察不同药物、不同剂量对离体心脏功能的影响，实验操作过程基本不受时间限制。

（3）在《坐骨神经-缝匠肌实验》的虚拟实验软件中，包含三个基本实验元素：坐骨神经-缝匠肌制备与实验操作录像；五种不同条件下，坐骨神经-缝匠肌虚拟实验；每个子实验完成后的知识点自测。在坐骨神经-缝匠肌虚拟实验中，采用了3D的神经冲动与骨骼肌收缩的机制模式图，以及实验机制解释的3D原理图构建逼真的虚拟环境。例如，在终板电位实验中，学生可以在显微镜下亲自动手操作玻璃电极进行实验，不同的子实验都有详尽实验原理解释和知识点测试题。

（4）在《多因素对呼吸系统功能的影响》的虚拟实验软件中，首先是建立了数字化虚拟3D透明家兔模型，在此基础之上完成大型、综合性呼吸功能虚拟实验。其包含三个基本实验元素：家兔呼吸功能实验操作过程录像；虚拟实验中含有9个不同的子实验，如气道延长、气道狭窄、吸入氮气、吸入CO2、代谢性酸中毒（含纠正酸中毒）、气胸（开放性与张力性）、肺水肿等，以及每个子实验完成后的知识点自测。学生在实验操作中，可观察到透明兔的呼吸（肺泡）运动变化、呼吸与血压曲线变化、血气与电解质变化，以及呼吸的声音变化。

（5）在《微循环灌流与血液动力学实验》的虚拟实验软件中，建立了数字化虚拟3D微循环血液灌流模型，并配合虚拟3D透明兔模型组建大型、综合性血循环虚拟实验。在此虚拟教学软件中包含三个基本实验元素：微循环灌流与血液动力学实验操作录像；虚拟实验中含有5个不同类型的子实验，如失血10%、失血30%、失血50%、过敏性休克、心源性休克，每个子实验完成后的知识点自测。在实验操作中，学生可以自主设计治疗方案，如失血导致休克时，源于同学选择药物、时间节点不同，虚拟实验结果也不尽相同，此时虚拟动物的呼吸运动变化、腹腔内脏血管变化、呼吸与血压变化、微循环与微血流变化，血液pH、Na+、K+、HCO3-、CO2都会发生不同的改变。

（6）《行为药理学实验》的虚拟实验教学软件是以抗老年痴呆药物石杉碱甲的药效学研究--Morris水迷宫实验为主线，涵盖三个基本实验元素：水迷宫实验的基本原理与操作录像；老年痴呆动物模型的制作与虚拟实验具体操作；以及抗老年痴呆相关领域的研究进展和知识点自测。虚拟操作部分包括石杉碱甲对三种老年痴呆模型（东莨菪连续注射、鹅蒿蕈氨酸基底前脑注射及双侧穹窿伞切断）的药效学研究，通过虚拟操作，可产生大量实验数据，学生上机操作得到的结果非单一结果，而是随机化，不同同学不同情况的操作，产生的实验数据也不同，同时也可对实验数据进行统计分析，这充分体现了药理学实验的特点。该软件可使操作者在短时间内掌握抗老年痴呆药物药效学研究的基本方法并获得大量的相关知识信息。

（7）在《影响尿液的生成实验》的虚拟实验教学软件中，含有三个基本实验元素：影响尿液的生成实验操作录像；虚拟实验中含有7个不同类型的子实验，如输入0.9NaCl溶液、输入20%葡萄糖、注射利尿药、注射去甲肾上腺素、刺激迷走神经、失血和尿路机械性梗阻，每个子实验完成后的知识点自测。

（8）在《肠道平滑肌受体动力学实验》的虚拟实验教学软件中，含有三个

基本实验元素：肠道平滑肌受体动力学实验操作录像；虚拟实验中含有2个不同类型的子实验：如神经体液因素对消化道平滑肌收缩与慢波的影响、ICC起搏电位或电流的观察，实验完成后的知识点自测。

（9）医学行为药理学—抗抑郁药的药效学评价实验包括以下内容：

强迫游泳实验：当实验动物放进一个有限的空间使之游泳，动物在该环境中拼命挣扎试图逃跑又无法逃脱，一段时间后，就变形成漂浮不动状态，仅露出鼻孔保持呼吸，四肢偶尔划动以保持身体不至于沉下去，这种状态叫做 “不动状态”，一种 “行为绝望”行为，这种行为绝望模型与抑郁症类似，而且对绝大多数抗抑郁药物敏感，其药效与临床药效显著相关，被广泛用于抗抑郁药物的初选。

小鼠悬尾实验：小鼠在悬尾状态下很快会出现绝望行为，表现为不再挣扎，呈现特有的安静不动状态，抗抑郁药和中枢兴奋药可以明显缩短不动状态的持续时间。绝大多数抗抑郁药物既能缩短不动状态，又能减少或不影响小鼠的自主活动。

大鼠学习无助：当动物置于一种不可逃避的厌恶刺激环境（如足电休克）时，会产生一种绝望行为，表现为对刺激不再逃避，并干扰了以后的适应性反应。此时动物脑内儿茶酚胺水平降低，被公认为是一种抑郁状态，抗抑郁药可以对抗这种状态。

虚拟实验操作流程及技术点描述：该实验需要把实验对象（大/小鼠）进行分组（阳性对照组，用药组、空白对照组）训练，按照实验受试药物进行用药造模，然后，把每组的老鼠分别放入相应的实验装置进行单项实验（强迫游泳/静止悬尾/学习无助），然后根据老鼠的运动轨迹和运动状态（静止/运动，但是学习无助实验是统计逃逸成功的次数和质量），来统计各组老鼠实验数据上的规律，从而通过多次大量的实验后，来评价受试药物抗抑郁的实效性。虚拟实验可以让实验者随时停止实验或查资料，也可以把数据进行归纳统计好另外储存用作分析。

整个虚拟实验开发的难点是对虚拟实验对象（大/小鼠）的动作形态上要保持真实性和科学性。要实现这个功能必须根据大量的真实实验数据，从而分析出实验对象不同组别的运动规律，然后利用Flash中as3编程语言工具进行建立模型，此数据模型主要从3个参数指标来表现区别不同组别的运动规律：实验对象随机运动轨迹区域分布，随机运动状态时间分布和随机运动生物动作科学真实性（水平运动和垂直运动）。比如一只空白组大鼠进行穿梭箱实验，在未放电情况下，它的运动轨迹应该以箱底边缘为主，触壁身体上探次数在3-5次，当放电之后，逃逸成功26-30次。我们以它的参数为标准模型，然后根据用药的不同，适当的调整这个参数，这样系统就可以随机产生相应的数据值。

（10）心血管活动调节综合实验

利用虚拟动物实验，模拟哺乳动物动脉血压的直接测量方法的全过程，以动脉血压为指标，观察某些因素对家兔心血管活动包括血压和心率的影响。

虚拟实验操作流程及技术点描述： 主要有以下内容： 夹闭右颈动脉 刺激右侧降压神经 刺激右侧迷走神经 药物作用

虚拟实验难点，我们将实验家兔透明3d化，使学生在操作的同时可以直观的看到血管神经和跳动的心脏。学生通过选择相应工具，对家兔进行以上各种不同的刺激作用，同时血压曲线和心力环及3d家兔发生相应的变化。

（11）中枢神经系统综合实验内容：

实验一 反射弧的分析；

实验二 脊髓半离断动物的观察； 实验三 去小脑动物的观察； 实验四 大脑皮层运动功能定位与去大脑僵直； 实验五 豚鼠大脑皮层躯体感觉诱发电位； 实验六 自发脑电波及致痫时脑电波的分析。

虚拟实验操作流程及技术点描述：在中枢神经系统的参与下，机体对各种刺激发生的反应过程称为反射。反射弧是反射发生的结构基础。反射弧包括感受器、传入神经、反射中枢、传出神经和效应器五部分。反射弧完整是引发反射的必要条件，一旦其中任何一个环节的解剖结构和生理完整性受到破坏，反射活动就无法实现。硫酸对皮肤的伤害性刺激可以引起受刺激肢体的反射性屈曲，本实验以此屈曲反射来分析反射弧的组成，通过利用不同浓度的硫酸（0.5%-2%，）在正常状态下直接刺激实验对象（青蛙）的身体部位（腹部皮肤和下肢趾尖），通过实验对象的刺激反应（曲腿反射）来观察神经反射效果，然后再通过利用硫酸对剪断右侧坐骨神经后做同样的刺激实验，从而得出反射弧的完整性与反射活动的关系。

本虚拟实验开发的难点是对虚拟实验对象身体不同的刺激部位做出不同的动作反应，并且随着刺激时间的长短而反应也不同。开发的思路是主要根据大量真实实验的录像，分析记录实验对象的动作特点，并给与对象相应的动作库，让实验对象根据实验操作者的操作而做出适当的动作反应。

（12）医学化学基础操作类综合实验包括以下内容：

常压蒸馏实验操作； 酸碱滴定实验操作；

有机物熔点沸点的测定实验操作； 重结晶的实验操作；

色谱分析的实验操作；

用PH计测定醋酸的电离常数的实验操作； 分光光度法测定Fe3+的含量的实验操作。虚拟实验操作流程及技术点描述：

将医学化学常用的基础操作实验虚拟化，学生通观看实验演示部分，学习实验流程了解实验中的注意事项后，再到虚拟实验中进行考核，学生自己使用虚拟实验器材后，产生自动计算的实验数据，并相应实现对实验的虚拟操作，系统通过对学生的实验情况进行评分，以方便教师掌握学生的学习情况。（13）细菌的形态学综合实验包括以下内容：

革兰染色法；抗酸染色法；负染色法；镀银染色法；姬姆萨染色法； 鞭毛染色法；芽孢染色法；荚膜染色法；Albert染色法； 悬滴法和压滴法；光学显微镜的使用；暗视野显微镜的使用。虚拟实验操作流程及技术点描述：

本虚拟实验将细菌的形态学虚拟化，使学生在动手操作的过程中，同步观察到细菌的具体动态，将“看不见”变为随时可以看见，而不是以往的要实验结束了才能到显微镜下看一眼，生动的对比了各个实验对不同细菌的优劣。使学生们对细菌有了生动具体的认识，加深了学生学习的兴趣，取得了更好的教学效果。（14）医学寄生虫学综合实验包括以下内容：

生理盐水直接涂片法；饱和盐水漂浮法；粪便沉淀孵化法；厚涂片透明法； 肛周检查虫卵；血液检查；骨髓穿刺；皮内试验；环卵沉淀试验； 旋毛虫动物模型；日本血吸虫动物模型；鼠疟原虫动物模型； 刚地弓形虫动物模型。

虚拟实验操作流程及技术点描述：

虚拟医学寄生虫学实验采用了视频，动画演示和交互游戏多种方式。使学生可以从直观，微观，亲自操作多个角度体验虚拟实验，将一些学生难以参与的实验如“骨髓穿刺”这种临床上难以展开的实验，我们采用了虚拟实验可以让学生反复操作，掌握实验要点重点。虚拟动物实验正顺应了国际动物保护组织的呼声，而且更加生动。

（15）医学细胞培养综合实验包括以下内容： 细胞培养是从生物体内取出细胞或组织，在体外模拟体内生理环境，在无菌、适当温度和一定营养条件下进行孵育培养，使之生存和生长，并维持其结构和功能的一种培养技术。采用虚拟实验主要模拟内容为：

细胞培养所需的较大型仪器设备的使用； 实验的准备工作； 细胞的换液； 细胞的传代； 细胞的计数； 细胞的接种； 细胞的冻存和复苏。

虚拟实验操作流程及技术点描述：本实验是重在对细胞的培养（换液、传代、储存和复苏）等常用实验室操作的技能培养，本虚拟实验主要是建立了一个仿真实验室场景，把实验用到的设备、工具和药品都放到实验的虚拟场景中去，虚拟实验的操作者可以根据本实验的具体流程，把“细胞的换液”、“细胞的传代”、“细胞的冻存和复苏”、“细胞的转染”等实验流程全部操作一遍。所用到的设备参数和实验数据都可以通过虚拟实验室的场景对设备和工具进行模拟输入设定。

本实验的主要难点是针对操作失误会导致错误的结果，本实验总结了大量的真实实验，通过统计和筛选设置了实验中容易出现的12个错误方向，并对错误值进行两个等级的设定，一旦实验操作者进入错误区域，就标志着本次实验的失败。实验中显微镜和其他仪器设备所看到的都是真实的实验图片。

（16）标准化病人PBL教学实验—心衰类疾病与水肿

根据临床对标准化病人的需要，结合PBL的教学理念和模式，配合病理生理学的教学内容，开发模拟PBL的教学软件，来模拟心力衰竭患者就诊、体检、实验室辅助检测、诊断和案例分析与讨论（含文献检索、文献阅读、发病机制的演示等）全过程的PBL教学模式。

虚拟实验操作流程及技术点描述：本PBL主要通过患者唐某，因为感冒发烧到医院来就诊，虚拟医生（就是虚拟实验操作者）根据患者的病理特点，决定进行选择初步体检和判定，然后根据结果再选择实验室检查，然后根据实验室的各项指标数据进行判定发病原因和就诊方法。本PBL设定四个学员为一组，共同讨论共同决策，其中提交的数据以组长为准，PBL虚拟实验可以随时停止给学员以查资料讨论的时间，同时系统支持学员间的在线即时交流。

本实验的难点是对急性心力衰竭的发病原因要进行充分透彻的解释，就必须借助虚拟心脏的三维动画，一个标准的心脏内外部件都完整的模型在国内都还没有出现，必须在临床心脏专家指导下进行从头开始，还要进行虚拟动画制作，难度很高，工作量也很大。

另外一个难点是是对讨论组出现判断错误的设定和引导。对于病例的会诊，经常会让学员组进入到一个其他类似病例的误区，本PBL在临床医学专家的资料和建议下，设置了4个容易误判的病例，并设置了3个等级的错误阶段，当学员组进入到误判病例3级分析时，即宣告本次课题学习失败。

（17）标准化病人PBL教学实验—细胞增殖分化凋亡异常与疾病

根据临床对标准化病人的需要，结合PBL的教学理念和模式，配合病理生理学的教学内容，开发模拟PBL的教学软件，来模拟白血病患者就诊、体检、实验室辅助检测、诊断和案例分析与讨论（含文献检索、文献阅读、发病机制的演示等）全过程的PBL教学模式。

虚拟实验操作流程及技术点描述：本PBL主要通过患者小谭，因为有皮肤出血点等症状，到医院来就诊，虚拟医生（就是虚拟实验操作者）根据患者的病理特点，决定进行选择初步体检和判定，然后根据结果再选择实验室检查，然后根据实验室的各项指标数据进行判定发病原因和就诊方法。本PBL设定四个学员为一组，共同讨论共同决策，其中提交的数据以组长为准，PBL虚拟实验可以随时停止给学员以查资料讨论的时间，同时系统支持学员间的在线即时交流。

本实验的难点是对白血病的发病原因要进行充分透彻的解释，就必须借助三维动画表现细胞增殖分化凋亡的原因及机制。

另外一个难点是是对讨论组出现判断错误的设定和引导。对于病例的会诊，经常会让学员组进入到一个其他类似病例的误区，本PBL在临床医学专家的资料和建议下，设置了4个容易误判的病例，并设置了3个等级的错误阶段，当学员组进入到误判病例3级分析时，即宣告本次课题学习失败。（18）标准化病人PBL教学案例—中风病人的中医诊断与治疗

本案例从老年人常见的中风病出发，探索老年性疾病的中医辨证论治，藉此锻炼学生的中医辨证论治思维和方法。模拟中风患者就诊、中医望闻问切、实验室辅助检测、诊断和案例分析与讨论（含文献检索、文献阅读、发病机制的演示等）全过程的PBL教学模式。

通过启迪和促使学生了解和掌握中医基本思辨规律和方法。其软件操作与以上二个软件的操作类似，学生分组讨论，主要实现以下教学目的：

1、中风的主要临床表现、发作的常见病因、中医的辨证论治主要有哪些方法。

2、中风的治疗过程及各种注意事项

虚拟仿真实验医学 篇2

1 传统医学检验实验教学存在的问题

目前, 医学检验专业课程包括生物化学检验、分子生物学检验、微生物学检验、临床基础检验、血液学检验、寄生虫学检验、免疫学检验、临床检验仪器学等课程。这些课程在实验教学过程中存在以下几个问题。

1.1 生物安全隐患

教学过程中使用的标本很多来自临床, 标本中可能存在病原体, 因此运输、使用、储藏、销毁过程中存在着一定的生物安全隐患。

1.2 仪器检验教学成本高

对于今后从事临床医学检验工作的学生, 了解现代临床检验仪器的原理、使用和维修是至关重要的, 但检验仪器价格昂贵, 运行维护成本高, 学校购置能力有限, 因此, 学校全部购进常规检验仪器并进行日常实验教学存在较大的难度。同时, 去附属医院走马观花式的见习教学效果无法保证。

1.3 形态学检验教学难度大、过程长、资源有限

形态学检验内容繁多、信息量大, 包含了血液、骨髓、尿液、体液、排泄物、分泌物及相关组织标本的细胞学、血液学、免疫学、微生物学、寄生虫学的显微形态学内容, 同时形态学内容错综复杂、千变万化, 对于初学者来说难度非常大, 而课堂教学课时有限, 无法保证每个病例每位学生都能观察到比较全面的形态学内容, 同时形态学检验的标本片有效使用期限有限, 无法长期使用, 从而导致了形态学教学效果并不理想[3]。

1.4 专业课程实践教学按课程分隔, 存在一定局限性

传统的医学检验专业教学是以课程为单位进行的, 其优点是保证了课程教学的系统性和整体性, 比较容易培养学生的基本操作技能, 而医学检验临床工作面对的是各种标本, 可能存在复杂的化学、微生物学、细胞学和免疫学等的病变, 需要进行相关检测, 并对各项实验结果进行综合分析, 才能为疾病诊断和鉴别诊断提供客观的依据。而这种综合分析问题、解决问题的能力是单独一门课程的教学难以做到的。

1.5 学生不能参与实验的全过程

因实验课时有限, 学生不能参与实验准备、预实验, 不能对实验结果进行课堂分析, 大多数学生对实验内容的学习只局限于教师已经准备好的内容, 因此学生对实验的理解与掌握还不够全面。

2 虚拟实验教学平台应用的探索

2.1 构建预实验模块, 实现学生全程参与实验

开发实验操作软件, 将一些常用的、实验耗材大、存在一定生物安全隐患的实验构建虚拟的实验模块。学生在网上可以进行各项实验的预实验, 整个过程需自主选择实验所需器材、设备和检验程序, 在全部选择正确的情况下可以出现理想的结果, 在选择失误或错误的情况下实验结果会出现偏差或者无法进行下一步实验, 从而促使学生提前预习实验内容, 掌握各种实验器材、设备的使用原理和适用范围, 这样学生在虚拟实验平台上熟悉了实验内容和实验操作, 为学生课前预习实验和课后的复习提供了更加直观的资源。

2.2 整合实验教学视频资源, 逐步建立实验视频资源库

将医学检验专业课实验教学录像按照岗位工作要求重新整理和分类, 按照基本技能操作 (如采血技术、显微镜的使用、离心机的使用等) 和综合技能进行分类整合。学生可根据自己对知识的掌握程度、兴趣或工作中的专业需要进行选择性学习。

2.3 建立医学检验形态学资源库

针对形态学检验内容多, 教学难度大, 典型标本片收集难度大、保存时间短等问题, 我们以“疾病为主体, 标本为框架”制作典型的图片资源库。比如:外周血的形态学检验包括血细胞形态 (临床基础检验和血液学检验范畴) 、病原微生物 (微生物学检验范畴) 和疟原虫 (寄生虫学检验范畴) 。

2.4 建立仪器虚拟操作平台

将临床检验科常用的大型仪器的原理、结构、使用等制作成数字3D动画。学生在学习过程中可以利用虚拟的操作仪器进行标本检测, 从而对检验仪器有初步直观的认识, 为今后实习和工作打下良好的基础。

2.5 构建网络实验考核模块

为了改变传统的实验考试方式, 我们构建了网络实验考核模块, 根据与实验相关的知识 (如实验原理、实验步骤、注意事项和结果分析等) 建立考核题库, 考核系统能够实时给学生进行评分, 并能对每道试题进行分析。

3 虚拟实验教学平台应用的心得与体会

通过近几年虚拟网络平台的逐步建设和不断完善, 经过学生的使用和反馈, 我们积累了一定的建设及使用的经验和体会。

3.1 平台丰富了实验教学的形式和内容, 有利于培养学生的实验操作能力

虚拟仿真实验教学平台的预实验模块使学生可以自由在网络上提前进行预实验, 也可以对实验进行课后复习。课前的预实验为课堂实验教学打下了良好的实验基础, 也提高了实验课的教学效果和学生的学习兴趣。实验视频资源库和形态学资源库按临床工作岗位的需要, 将各门专业课程典型的实验操作视频和形态学检验的高清图片整合于同一平台, 有利于培养学生的综合操作能力。网络实验考核模块不仅考核实验操作, 也考查与实验相关的理论知识, 促进学生更加全面地掌握实验操作和相关理论。通过对实习和毕业学生的调查, 学生普遍认为虚拟实验教学平台对实验操作能力的培养起到了非常重要的作用。总之, 实验教学虚拟平台的建立和使用, 丰富了传统教学的内容和形式, 更有利于培养学生的综合能力, 是对传统课堂实验教学的有益补充和延伸。

3.2 虚拟实验教学平台建设中存在的问题和困难

虽然虚拟实验教学平台的使用取得了较好的效果, 但是还存在一些问题和困难。首先, 我们虽然强调和督促学生按时完成虚拟平台的学习, 但从平台的使用统计来看, 使用虚拟平台的学生占学生总人数的80%, 经常使用的学生占50%左右。因此, 如何提高平台的使用率、提高学生学习的积极性是我们在以后建设和使用中需要探索解决的问题。其次, 虚拟实验教学平台的建设需要长期人力和物力的投入。因而, 利用多种途径筹集平台建设的资金、积极积累和总结建设经验、及时更新平台内容是我们必须重视的问题。

4 结语

通过几年虚拟网络平台的建设, 将医学检验实验教学的资源和内容整合于虚拟的、人机交互的、开放的实验教学平台, 有利于学生掌握各种实验器材设备的使用、实验原理、实验操作、注意事项和结果分析等知识, 有利于强化和培养学生的实践操作能力, 有利于提高学生分析问题和解决问题的能力。综上所述, 虚拟网络平台的使用是对传统实验课堂教学的有益补充, 是改革实验教学的有益尝试。

参考文献

[1]Julio F, Lincoln C, Zulfiqar A B, et al.Health professionals for a new century:transforming education to strengthen health systems in an interdependent world[J].Lancet, 2010 (376) :1923-1958.

[2]朱小飞, 郭晓芳, 孙瑞利, 等.基于网络虚拟实验室在医学检验实验教学中的应用探讨[J].国际检验医学杂志, 2012, 33 (20) :2356-2357.

虚拟仿真实验医学 篇3

关键词 基础医学；虚拟仿真实验室；实验教学

中图分类号：TP391.9 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）04-0059-02

Create Virtual Simulation Laboratory of Basic Medical Thin-king and Suggestions//GONG Man， LI Wei， LI Guang， PAN Xiaoli，

WU Panpan， LI Wei

Abstract This article reviews the development of virtual laboratory and the national policy， the advantages and problems existing in the construction of virtual laboratory， and some suggestions for the construction of a virtual laboratory problems.

Key words basic medicine； virtual simulation laboratory； experi-ment teaching

1 前言

虚拟仿真实验室（Virtual lab）是1989年由美国弗吉尼亚大学（University of Virginia）的教授威廉·沃尔夫（William Wolf）首先提出的，它描述了计算机网络化的虚拟仿真实验室环境[1]。虚拟仿真实验室是信息时代的产物，在教学中具有广阔的应用前景，是实验教学的一个新的发展方向，促进了教学观念与教学形式的变革[2]，提高了学生的综合素质。

2 虚拟仿真实验室的发展及政策解读

虚拟仿真实验室自1989年提出以来，在世界范围内得到迅速发展。目前，发达国家在虚拟仿真实验室的建设方面已经十分普及，美国正在致力于构建一个覆盖全国的虚拟仿真实验网络。近年来，国内许多高校根据自身科研与教学的需要建立了虚拟仿真实验室，并取得一定的成就。国家相关部门对虚拟仿真实验室的建设也越来越重视，为了进一步推进实验教学信息化建设，推动高等学校实验教学改革和创新，2013年教育部发布《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》（教高司函〔2013〕94号），明确提出高校建设虚拟仿真实验室的重要性。

3 基础医学虚拟仿真实验室的发展现状

教学过程中实验和实训教学是培养学生实践能力和技术能力的关键，虚拟仿真实验室在培养学生综合素质方面起着至关重要的作用。

国内外基础医学虚拟仿真实验教学平台的应用现状 基础医学专业课程是一个对实践性要求比较高的课程，但是一些实验课程由于毒性、致病性、时间等原因，导致这部分实验不能顺利开展，虚拟仿真教学平台在基础医学实验教学中就显得至关重要。在教学过程中，虚拟仿真实验与实际实验相结合，以实际教学中的重点、难点作为课程设计的重点，教学内容丰富，包括常规学生实验、设计性实验，此外部分虚拟仿真实验室还包括实习、临床案例讨论、自我测试、BBS交流区、网上相关资源等内容[3]。实时临床案例讨论及网上相关资源共享，既丰富了学生的学习内容，又开拓了学生视野，从而激发学习兴趣[4]。

虚拟仿真实验教学以其独特的优势，在提高实验教学质量中发挥着重要的作用。虚拟仿真实验与实际实验相结合，不仅激发了学生学习的兴趣，提高了学生创造力和对实验的感性认识，而且通过对虚拟仿真实验平台实验操作的正确方法和理论知识的学习，减少了盲目操作和错误操作的几率，提高了实验的成功率[5]。此外，虚拟仿真实验室在节省实验投资的同时，为学生提供了一个良好的学习空间[6]。

虚拟仿真实验室的优势及建设中存在的问题 由于传统实验教学存在实验教学经费投入不足、实验教学仪器设备紧缺和老化、实验教学用房面积不足等传统问题，同时在教学内容、教学时间和空间上受到限制，影响了实验教学的质量。与传统实验教学相比，虚拟实验教学有着突出的优势，成本方面，大幅度降低实验室改造、建设和维护的资金，节省实验经费、时间和空间成本；安全方面，减少实验室事故发生几率；环境方面，减少环境污染，促进绿色实验室的建设；教学方面，打破了传统实验教学的时间和空间的限制，有效增加学生对实验的理解能力；教学质量方面，提高学生的创新能力、实践能力和综合素质[7]。

虚拟实验教学这种新的教学模式为实验教学质量的提高提供了一个新的平台，随着教学行为、方式的改革和信息技术的发展，虚拟实验教学必将成为实验教学中不可或缺的一个环节[8]。

目前，虚拟实验室在促进实验教学现代化，推进实验教学模式改革等方面发挥着至关重要的作用。但是，虚拟实验教学在教学实践中也存在诸多不足，主要体现在以下几个方面。

1）教学方面，培养学生动手能力、误差分析能力等方面存在欠缺，而且虚拟实验不能真实地再现实际实验过程中的故障和现象[9-10]；

2）虚拟系统方面，教学实践中发现存在系统不稳定、有些功能不能使用、缺乏教学监视功能等问题，给教学带来一定的影响。除此之外，还有诸如界面及画面的任务形象的美观度不够，虚拟实验项目的数量不能满足学生的需求等问题。

3）建设必要性方面，虽然虚拟实验室弥补了真实实验室的诸多不足，但也并非任何实验、任何专业都需要建设虚拟实验室来辅助教学。

4 构建基础医学虚拟仿真实验室的建议

虚拟仿真实验室是一种投入少产出多、资源共享的一种全新的办学理念，是高校未来发展的必然。在建设过程中应借鉴其他课程和专业实验教学改革的经验，创造出一套适合自身专业的虚拟仿真实验室的建设方法；共享现有虚拟仿真网络资源，节省建设成本。在实验教学中，要注意虚拟仿真实验和实际实验的有机结合，合理安排分配教学比例以促进学生实践能力的发展。在软件技术方面，向协作式虚拟仿真实验室方向发展，即跨越地域障碍，能够满足异地学生一起进行科学实验和讨论的方向。虚拟仿真实验室虽然能大大辅助教学，但并不能取代真实的实验室。此外，虚拟仿真实验教学中心的建设应响应国家号召，本着“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则，并结合专业的自身特点。

5 结语

虚拟仿真实验生动形象，激发了学生学习的兴趣，培养和锻炼了他们的创造力，克服了传统教学模式无法解决的感性认识不足的缺点，推进了医学专业的课程建设和教学手段的改革。虚拟仿真实验室的建设符合当今中医院校基础医学专业发展的方向，有巨大的发展潜力、广阔的应用前景。基础医学虚拟仿真实验室作为基础医学教学模式改革的方向，其建设任重而道远。

参考文献

[1]Kouzesrt， Myers J D， Wulfw A. Doing science on the Internet[J].IEEE Computer Society，1996，29（8）：40-46.

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生物学虚拟仿真实验教学中心 篇4

华中农业大学生物学实验教学中心成立于2001年，2005年获批为湖北省高校首批实验教学示范中心，2007年获批为国家级示范中心。中心总面积4500平方米，设有植物学、微生物学、细胞与遗传学、生化与分子生物学、生物信息学、学生创新等8个功能分室；仪器设备台件数1929台，总价值达1530万元。每年承担全校15个生物类专业的相关实验，完成实验教学任务30万人学时。中心有教师96人，包括国家名师、长江学者、国家杰青等一批高层次人才，为开展高质量的实验教学提供了坚实的保障。

中心坚持“理论教学与实践教学并重、实验技能训练和科学思维训练并举”，根据生物学学科特点，由浅入深，构建了从群体到分子水平的“3+3+1”的实验教学体系。2009年以来，中心教师先后主持省级教改项目9项，建成国家精品及视频公开课7门，发表教改论文10余篇，获省级以上教学成果奖6项。

随着实验教学改革的不断深入，教学资源分散，综合设计性实验周期长、成本高，高精尖设备本科生无缘接触等实体实验教学的局限性日益凸显。如何应用信息技术集成优势、破解发展瓶颈，成为中心思考和实践的重要课题。

2014年，在教育部虚拟仿真实验教学中心建设思想的指导下，学校按照 “统一规划、分期实施；集成优势，共享资源”的建设思路，依托作物遗传改良国家重点实验室、农业微生物学国家重点实验室、微生物农药国家工程研究中心等国家和省部级研发平台，以生物学实验教学中心为主干，集中作物学、水产养殖、动物医学等3个国家级和6个省级实验教学中心的力量，建成校内8个与生命科学相关学院共享的生物学虚拟仿真实验教学中心。

虚拟仿真中心以“学科特色、产业实践、技术前沿、创新能力”为导向，建立了包含四大模块的虚拟仿真实验资源：

I 综合设计性虚拟实验项目模块

本模块以生物学所属12个二级学科为边界，针对生命科学技术呈现向多学科、多领域综合发展的特点，充分挖掘本校特色学科资源开发综合设计性虚拟项目，培养学生综合创新能力。目前已开发了果蝇综合实验、水稻遗传转化等经典或前沿综合设计性虚拟实验项目。其中，水稻遗传转化虚拟仿真实验项目依托“国家转基因重大专项”和我校全球领先的转基因水稻研发技术成果，让学生全面理解和掌握愈伤组织的诱导及继代、农杆菌侵染、共培养、抗性愈伤组织筛选、外源基因转化瞬时表达检测、转基因植株的分化及移栽、外源基因稳定表达检测等水稻遗传转化的全程技术，使学生尽早接触学科前沿。

II校内外实习实训虚拟仿真模块

本模块立足于为学生创造一个开展宏观生物学学习、实践和了解、掌握生物技术产业化应用的环境。校园及神农架国家生物学野外实习基地数字植物地图仿真项目，目前已涵盖校园内200余种植物的形态特性、生物学特性及分布地点。学生可通过植物在校园或实习点的位置查询掌握植物的分类及生物学特性。

藻类是目前生物工程中进行规模化培养以获得特定产物的一个典型代表类群，经济价值前景广阔。藻类规模化培养虚拟仿真实验项目，可让学生了解从藻类细胞制种、扩大培养、规模化培养、诱导、收获和提取加工等整个藻类细胞培养和利用的流程，使学生从宏观上了解生物技术从理论走向实践的全过程。

III 尖端仪器设备虚拟仿真模块

随着生命科学研究的不断深入，生物学研究手段也不断更新。本模块围绕本校用于生物学研究的尖端仪器设备，开发虚拟仿真实验项目，让学生掌握操作原理，熟练操作过程，接触前沿实验技术，为进入实验室预约使用设备、开展科研训练和后续深造打下基础。目前该模块已将学校蛋白质平台的流式细胞分选仪、分析超速离心机、蛋白质纯化仪开发成虚拟仿真项目，很好的满足了本科生对这类尖端设备的使用需求。

IV 生物学资源拓展模块

本模块主要是整合全校相关的生物学资源，为师生搭建共享学习的平台。动植物数字切片平台，提供了动物、植物、微生物等形态切片300余份，可满足各专业学生对其形态、功能的学习需求。建设中的校园数字博物馆平台，将提供数万份珍贵动物、植物、土壤与地质矿藏数字标本资源。

虚拟仿真中心已建立了功能齐全的综合管理平台，不仅可以对实体实验中心资源进行系统管理，还可以对学生参与虚拟仿真实验项目进行测试考核，在线管理师生互动交流，从而建立起“虚-实-虚”有机结合的实验教学体系和考核体系。

中心的建设与改革为学校培养生物学创新人才提供了有力支撑，发挥了重要示范辐射作用。国家生物学理科基地曾两次被评为全国优秀，100余所高校来校交流。2009年以来，“三生”专业本科生在《核酸研究》等国际杂志发表论文50余篇，先后摘取IGEM、美国数学建模等多项赛事桂冠，每年出国和深造率超60%。

虚拟仿真实验医学 篇5

摘要：结合国家级经济管理虚拟仿真实验教学中心建设实践，对经济管理虚拟仿真实验教学平台建设进行探析，构建了“过程仿真+O2O协同”的实验实训实战研发一体化虚拟仿真教学平台，拓宽了经济管理虚拟仿真实验教学空间，提升了学生的实践和创新能力。

关键词：虚拟仿真;经济管理;实验教学;O2O协同

虚拟仿真实验教学平台体现了信息技术与学科专业融合带来的实验教学创新,能够从根本上提升实验教学质量。为了加强虚拟仿真实验教学建设，重庆工商大学经济管理虚拟仿真实验教学中心以培养学生能力为导向搭建了“经济管理+创新创业”虚拟仿真实验教学平台，使学生在虚拟世界里实验经济管理、在仿真环境中实践创新创业，切实提升了学生的综合能力。

一、经济管理虚拟仿真教学平台建设思路

经济管理类专业以培养具有扎实的专业知识和较强的实践能力、创新精神的高素质应用型人才为目标。虚拟仿真实验教学平台的建设应将理论知识与能力培养相结合，遵循能力导向原则，通过多主体建设、多层次推进、全过程培养，将经济管理多学科专业知识和技能融入虚拟仿真教学，提升学生的实践和创新能力。

1.建设主体多元化。经济管理虚拟仿真实验教学平台的建设应实施多主体驱动，将经济管理学科专业知识和技能作为虚拟仿真实验的第一融入者，为开展虚拟仿真实验提供项目孵化思想，通过实体实验为虚拟仿真项目落地提供动力，通过科研机构为科研成果向创新创业项目转化提供平台，通过校企合作为虚拟仿真实验提供方向和支撑。

2.建设内容层次化。按照“基础虚拟仿真—综合虚拟仿真—创新创业综合商务虚拟仿真”的层次关系，建设学科专业开放实验平台、跨学科综合实训及竞赛平台、创新创业实战仿真商务平台和实验教学研发平台，通过各层次内部及相互间线上与线下、虚拟与实体、指导与操作的有机衔接，共同构成互联互通的经济管理虚拟仿真实验教学平台。

3.建设内涵全程化。通过“双对接”构建虚拟仿真实验教学平台。即一端对接实验课程和实体课堂，实现经济管理学科专业对创新创业的引领，一端对接地方政府和企业，将大学生创业者和创新创业公司输送到创新创业孵化园、“众创空间”和创新创业基地，形成分工明确、循序递进、涵盖从经济管理到创新创业全过程的虚拟仿真实验教学平台。

二、经济管理虚拟仿真教学平台建设内容

重庆工商大学经济管理虚拟仿真实验教学平台以培养提升学生的分析力、创造力、领导力及创新创业能力为宗旨，以“过程仿真+O2O协同”为理念，借助虚拟现实、多媒体、人机交互等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，形成由学科专业开放实验平台、跨学科综合实训及竞赛平台、创新创业实战仿真商务平台、实验教学研发平台组成，教学与研发相融合、基地与平台相结合、线上与线下一体化的“实验—实训—实战—研发”虚拟仿真教学平台，使学生的综合竞争力在从虚拟到仿真的全过程中得到提升。

1.学科专业开放实验平台。利用“项目超市”开放实验项目平台，对原有的独立实验项目和实验课程内含项目进行整合。按照“分以自主搭配实现‘菜单式’自选实验、合以知识点为脉串成实验课程”的原则合理重构，形成自选开放实验项目库，并基于项目库构建学科专业开放实验平台。在该平台中，学生可以按照已有的学科专业导向选修课程和项目，也可以根据自身需求自由组合课程和项目，形成满足自己需要的课程模块，真正实现了时间、空间、项目的全面开放，有效提高了学生的学习积极性。

2.跨学科综合实训与竞赛平台。通过将跨学科综合实训与学科竞赛相结合，实现以训备赛，以赛促学，切实提升学生跨学科、跨专业的综合能力。该平台依托信息技术虚拟仿真经济环境、政务环境和公共服务环境，为学生营造与真实经济活动相近的实战情景，提供角色演练、指导训练、讨论答疑等全过程实训环境。同时，利用各级学科竞赛平台，鼓励学生利用实验室资源和网络平台参加竞赛，实现“教赛学”一体化培养。

3.创新创业实战仿真商务平台。以专业能力训练、创新思维训练、创业项目训练和公司经营实战为主要内容，实现虚拟仿真与创新创业的有效结合、专业实验与创业实践的有机融合。该平台按照“3+X”模式构建，依托“经济管理创新创业实训基地”、“大学生创新创业孵化基地”、“大学生创业经营集团有限公司”，采用专业公司型、跨境电商型、集团控股型等模式培育孵化大学生创新创业实战仿真公司。同时，利用该平台培育孵化“大学生创新创业训练计划项目”，组织指导学生参加创新创业大赛，实现“教赛学创”一体化发展。

4.虚拟仿真实验教学研发与交流平台。以实验教学研究所和创新创业研究所为基础，依托长江上游经济研究中心、重庆市发展信息管理工程技术研究中心、成渝经济区城市群产业发展协同创新中心，实现虚拟仿真实验教学研发与科学研究的有机融合。目前，该平台自主研发了《宏观经济运行虚拟仿真》、《大学生创业仿真与小微企业成长》等虚拟仿真实验课程，出版了系列实验教材、专著，定期出版《经管实验创新论坛》，举办《启智学创论坛》，为经济管理虚拟仿真实验教学改革与创新提供智力支撑。

三、经济管理虚拟仿真实验教学平台建设特色

1 .基于云技术打造虚拟仿真实验教学平台。运用分布式和虚拟化技术，促进数据中心云化，形成独立的云计算数据中心，将教学资源、软件、实验教学管理与服务、虚拟仿真实验教学资源交互共享管理等数据和管理系统存放在云存储系统中，实现各种教学活动在云计算数据中心的运行，通过虚拟化共享提升资源的利用率，提升教学交流与互动功能。

2.基于信息化手段实现虚拟仿真实验教学资源共享。构建基于信息化环境和网络平台的实验教学资源共享架构，按照线上、线下的不同需求，将能在网络上实现的资源共享和教学活动放到网络上完成，不能在网络上实现的放在线下完成，实现了实验课程、项目、软件、数据库、案例库及其他资源的.有机协同，实现实验教学资源线上线下一体化的平台互动。

3.结合课程特点打造虚拟仿真实验教学环境。依据经济管理虚拟仿真实验教学的特殊性，依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，根据每个实验项目的实验学时、类型、内容、流程的不同特点，通过虚拟实验设备，构建了虚拟要素、虚拟场景、虚拟空间和过程仿真、模型仿真、情景仿真、角色扮演、O2O操练等虚拟仿真实验教学环境。

4.借助仿真手段构建高度仿真的虚拟实验对象。深入经济社会发展和企业管理实际，将行业、企业发展与市场经营的真实数据和案例融入实验教学，赋予实验资源真实内涵，构建以真实的区域行业、企业和市场发展数据为驱动、可进行过程再现和角色扮演、能够根据各种模型进行分析决策仿真的虚拟仿真实验对象，使学生在虚拟环境中实验，在实战仿真中提升能力。

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虚拟仿真实验医学 篇6

随着中国-东盟自由贸易区的蓬勃发展,对财经类人才尤其是具有东盟知识背景、扎实财经理论知识及较强动手实践能力的专业人才需求日益明显。因此,高校在财经类人才的培养教育中对更应针对学生的理论储备及实践能力进行培养及训练。实验教学不仅能培养学生的观察分析能力、实际动手能力及实验研究能力,而且可以培养学生综合运用所学的理论知识及方法去发现、分析、解决实际问题的能力。其中,虚拟仿真实验教学作为实验教学的新手段,依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术,构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象,能够充分发挥学生在实验过程中的主动性,为学生独立自主的开展实践创造良好的条件,达到培养学生综合能力的目的。

2 东盟财经特色虚拟仿真实验教学模式

2.1 虚拟仿真实验教学

总所周知,实验教学相较于理论教学而言,是一种学生积极的、发挥主观能动性的进行科学研究及再创造的过程。以其直观性、实践性、创造性等优点作为教育教学的重要组成部分。随着教育教学改革的不断深化,实验教学在培养学生的科学研究能力和综合素质等方面提出了更高的要求。对高校的实验教学中心而言,如何向学生提供“个性化”、“自主式”、“交互式”、“实时的”实验环境成为首要研究方向。近年来,随着计算机、互联网等先进技术的迅速发展和大面积普及推广,虚拟仿真实验应运而生。虚拟仿真实验是将计算机技术、软件技术、网络技术和传统实验设备结合起来,改变实验系统的构建模式,突破实验操作的时空限制,提升实验设备的整体性能 ,是继理论研究和实验研究之后的第三种科学研究方法。

2.2 东盟财经特色人才需求

自2010年1月1日“中国—东盟”自由贸易区正式全面启动后,东盟和中国的贸易占到世界贸易的13%,成为一个涵盖11个国家、19亿人口、GDP达6万亿美元的巨大经济体,是目前世界人口最多的自贸区,也是发展中国家间最大的自贸区。因此,培养出一批具有东盟知识背景、扎实财经理论知识、较强动手实践能力的东盟财经特色专业人才迫在眉睫。

财经类高等院校承担着向社会输送高素质财经类人才的任务。由于地理位置得天独厚,广西日渐成为我国面向东盟开放合作的国际枢纽。作为广西唯一一所财经类院校,培养东盟财经特色人才的义务责无旁贷。高校不同于职业技术学院,教学时不能一味突出职业技能,过于注重向学生传授应用性和实际操作性的内容,而应当坚持厚基础、宽口径、文理渗透、专通结合,在促进学生综合素质的基础上针对其未来从业方向寻求个性发展,努力将其培养为既具有比较扎实的理论功底,又具有较强的职业技能,具有创新精神和实践能力,同时具备市场适应能力和国际竞争能力的东盟财经特色人才。

2.3 虚拟仿真实验教学对东盟财经特色人才培养的优势

虚拟仿真实验教学具有情景再现、生动直观、安全可靠、经济省钱、客观真实、精密准确等特点,改变了原有的实验教学模式,提高实验教学水平,整合实验教学资源,对培养科技创新人才有其独特的优势。

首先,在实验教学的“通用人才”教育和“专业人才”教育相互结合又互分层次的现代人才培养目标下,虚拟仿真实验教学以其先进性和精确性来保证实验教学内容的前沿性和科学性。东盟财经虚拟仿真实验教学中心准确抓住了“中国—东盟”经贸发展所带出的财经类人才稀缺这一情况,将东盟背景与财经文化、知识和技术深度融合,利用虚拟仿真实验完成东盟财经类课程的教学。

其次, 虚拟仿真实验平台以硬件作为基础,使用软件来构建平台的整体结构,将目前迅速发展的软件技术和传统实验设备硬件两方面的完美融合,充分利用了计算机优秀的应用特性来帮助提高虚拟仿真实验平台的整体性能。

再次,教师和学生作为平台的主要使用对象,虚拟仿真实验平台以其开放性和灵活性来保证教师和学生在进行实验项目设计构建以及操作过程中的简便适用。

最后,由于时间和空间相对固定所导致的传统实验教学模式产生不足及弊端问题,虚拟实验教学以其优异的网络化特性,有助于实现实验教学模式突破性的发展。以《东盟市场营销》实验教学为例,教师一般无法带领学生真正进入东盟各国实际运作市场营销策略,此时,利用虚拟仿真方式让学生进入东盟国际市场的模拟营销环境开展实验,以低廉的成本达到了类似于在真实环境中获得的教学效果。

3 实验教学资源共享模式

东盟财经虚拟仿真实验教学中心的实验教学资源包括场所设备、教师团队、实验课程、管理制度等等。

3.1 实验教学场所设备的共享

教学场所及实验设备是开展实验教学最基本的物质基础,也是最容易共享的实验教学资源。广西财经学院使用“两地三区”的办学格局(“两地”:广西南宁市和广西防城港市;“三区”:南宁市明秀校区、相思湖校区和防城港市校区),东盟财经虚拟仿真实验教学中心在“两地三区”拥有专属实验楼、百余间公共基础实验室及专业实验室(其中八间是具有东盟特色的财经类专业实验室)、近百套实验教学软件。虽然由于教学场所及实验设备的固定性,会对此类资源的共享产生了一定的制约,只有距离较近的高校之间能实现实验教学场所设备的共享,但明秀校区、相思湖校区均毗邻大学路,周边高校众多,因此对场所设备资源的有效共享打下良好的现实基础。

场所设备资源的共享可以分为场所租借和课程共享两种方式。场所租借即是我方提供教学场所及设备(必要时提供设备维护人员),使得某些由于资源限制达不到单独开设实验教学课程的师生可以租借我方资源完成教学,如某培训机构租借我方实验室进行JAVA编程培训;课程共享则是我方开设某实验教学课程并进行讲授实施,对方承认学生在我方完成实验课程后所取得的成绩,如仿照武汉七校联合开展的跨校跨学科第二学位辅修课程模式或北京学院路地区高校教学共同体开展的跨校选修课程模式,将东盟特色的财经类专业实验课程共享出来让其他高校的学生进行辅修或选修。

3.2 实验教学课程内容的共享

东盟财经虚拟仿真实验教学中心拥有丰富的开放式东盟财经类实验教学网络资源,通过构建统一的网络化智能实验教学和实验室管理信息平台的方式在校园网(内网)和互联网(外网)实现资源共享。实验教学平台提供全方位的虚拟仿真实验教学功能,学生可以通过校园网进行自主选择在线学习、模拟操作网上共享实验课程,实现实验前的预习、实验过程管理、实验成绩统计查询、实验教师答疑等多项内容。实验教学系统中的网络实验教学辅助系统提供网上论坛、网上练习、网上答疑、网上测试及结果评判等功能。此外平台还有配备有相应课程的电子版实验教学大纲和实验项目卡的网络电子版的东盟财经类实验课教程、实验课程视频案例、东盟财经类实验教学课件可供学生下载学习。东盟财经虚拟仿真实验教学中心配备的高清录播系统,可以对教学活动过程通过互联网进行现场直播,或者通过自动/手动拍摄、录制和存储,后期再进行加工制作,不间断的将最新的实验教学视频资源放上实验教学平台。

通过虚拟仿真实验教学平台在网络上的资源共享,为校内外师生提供了远程的实验教学服务,课余时间对外开放的专业实验中更能让学生在空闲时间继续学习,激发学生的科研兴趣和实验学习的主动性。尤其是东盟财经特色实验室及实验课程资源的开放共享,让实体课堂和网络课堂均充满了鲜活的东盟市场气氛,实现了真正意义上实验室的虚拟仿真、开放共享一体化。

3.3 实验教学教师资源的共享

“师者,所以传道授业解惑也。”教师作为授课者,是教学质量好坏与否的关键因素,要求自身有较高的禀赋,且成长周期长,培养成本高,是一种高档稀缺的人力资源。由于连年的高校扩招,本科生、研究生数量剧增,而教师队伍的培养速度跟不上学生数量的发展速度,造成生师比例严重失调。由于通常理论课教师兼任实验课教师,专职实验教师的数目较少,高水平、专业性强的实验教师数目更少,因此在实验教学中,实验教师资源的稀缺更为明显。

由于教师资源的特殊性,不能无限度的进行交流和共享。高校应该在教师做好本职工作的基础下,适当推进教师兼职、校际交流等方式实现师资共享。例如聘请国内和东盟知名高校中理论水平高、实践能力强的教师作为兼职教师;聘请企事业单位、公司实践能力强的专家担任学生实验指导教师,提高实验教学效果;派遣实验教师到高等院校进行继续教育、到东盟各国访问进修、到与东盟财经相关的部门、公司、企业挂职锻炼,提高实验教师队伍的整体素质。

教师资源的共享并不仅仅只是简单的“分享、交换”,更是通过这个交流过程达到自我素质提升的目的。在教师资源的共享中,不仅是被共享的教师在交流教学中完成传授道理,教授学业,解答疑惑的过程,年轻教师更可以把握名师授课的机会,在旁听的过程中提高自身实验教学水平和理论水平。这对打造一个具有东盟财经特色实验教学团队非常有益。

3.4 实验教学管理体系的共享

实验教学的管理体系包括组织保障、制度保障、管理规范等,是实验教学中心运行过程中发现问题、总结经验、思维凝练的结晶。东盟财经虚拟仿真实验教学中心实行立项制项目管理,将特色学科建设与实验室建设相互结合,成立项目负责团队及专家团队,严格依据实验室建设的各项条例,从立项、申报、论证、采购、建设、中期检查、验收等各环节全程双重把关,确保建设资金高效利用。“没有规矩,不成方圆”,管理规范的出台有利于实验室的开放共享、充分利用及系统管理,为中心能够正常运转和健康发展奠定基础和保障。

实验教学管理体系的共享,对其他高校进行同类型建设时提供了经验,在取长补短,健全完善,规避风险,思维创新等方面起到一定的作用。

4 下一步的发展规划

4.1 加强实验教学数字资源建设

在接下来的工作中,应在充分利用好原有实验教学资源的基础上,紧扣“开放、创新、共享”,高起点、高标准、严要求,在实践中不断充实和更新实验内容。深入探索东盟财经实验教学特点,贴近东盟自由贸易活动需求、整合译制越语、泰语等东南亚小语种资源,最终打造出东盟财经特色的专业课程体系及虚拟仿真实验课程体系,建设若干主题鲜明、专业性强的东盟财经特色虚拟仿真专业实验室,最终形成东盟财经实验教学专题数字资源库。

4.2 通过“慕课”方式实现实验教学资源共享

虚拟仿真实验医学 篇7

关键词：仿真实验室；Proteus；硬件实验

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 09-0000-02

1 引言

随着计算机技术的发展，仿真虚拟实验室的综合运用，社会对学生的综合素质要求也不断提高，学生需要很强的动手能力和实验能力[1]。使用Proteus软件构建硬件仿真虚拟实验室系统，不仅成本低，而且学生还可以按照自己的思路设计硬件系统，完成大多数实验，从而提高学生的积极性和动手能力[2-3]。利用Proteus构建硬件仿真虚拟实验室，不仅成本低，设备管理和维护简单，还可以培养学生的动手能力，提高学生的创造性和积极性。

2虚拟仿真实验室结构

2.1 Proteus仿真实验室概念

所谓虚拟仿真实验室是指利用计算机仿真技术，在计算机上学习电路、微机原理、嵌入式系统等课程，并进行对应的实验（设计、仿真、调试、运行）。以虚拟设备代替实体设备、以软件代替硬件，就是虚拟仿真实验室的本质 [4]。

2.2 Proteus仿真实验室系统架构

图1 Proteus虚拟仿真系统架构

如图1所示基于Proteus的虚拟仿真实验室的系统架构，该Proteus是建立在计算机网络平台上的一个综合设计实验系统。本Proteus仿真虚拟系统是一个从概念到产品的完整系统，从图中可以看出，该仿真系统可以实现原理图设计、单片机编程、系统仿真、PCB设计。

2.3 计算机网络平台

由图1可以看出，本课题的虚拟仿真实验室的基础是计算机网络平台，通过该计算机网络平台，学校内师生可以在任何地点、任何时间对其进行访问和使用学习。因此，将Proteus仿真系统服务器存放在校内的网络中心，与学校各师生进行网络连接，可以保证本Proteus仿真系统的开放性，使得学校内更多的师生可以使用该平台，充分发挥其多学科实验覆盖的特性。该计算机网络平台的拓扑结构图如图2所示。

图2 计算机网络平台拓扑结构

2.4 Proteus软件平台

Proteus是一种功能强大的电子设计自动化软件，使用Proteus软件，可以实现原理图设计、模拟电路设计、数字电路设计、MCU混合仿真和PCB系统设计，除此之外，Proteus还可以进行仿真嵌入式系统的实验，其最大的特点在于Proteus可以提供x86、单片机、ARM等系统的仿真实验。

2.5 Proteus试验系统

Proteus是该虚拟仿真实验室中最核心的一部分，为了增强学生的认知度以及提高学生的动手能力和教师的教学能力，在仿真试验中，应该首选利用Proteus绘制原理图、编译程序。而且在教学试验中，为了提高教学的说服力，教师可以将自己编译好的程序用编程器烧录至Rom中，然后对目标实验板进行运行并观察结果，这样可以给学生提供仿真和验证的机会，避免了理论脱离实际。

3 虚拟仿真实验室实验内容

通过对高校计算机硬件基础课程教学内容的研究与分析，充分发挥Proteus仿真实验室的优势，本课题对x86、单片机的教学内容进行拆分，把本仿真实验内容分为三类：基础性实验、综合性实验、创造性实验。

基础性实验包括MCU最小系统实验、汇编语言程序设计实验、中断实验、计数器实验等以验证性实验，该实验主要以提高学生对理论知识的吸纳和提高学生的动手能力为主，目的在于使得学生能够掌握书本的基础知识。

综合性实验包括模拟交通灯控制设计、电子万年历设计、波形发生器设计、直流电机控制设计等以培养学生综合能力的实验。该实验室基于基础性实验之上的实验，是在学生完成硬件课程的基础知识学习后开设的综合性实验，主要内容是教师给定一个课题，学生按照课题的要求，对系统进行分析、电路设计、软件设计、仿真调试、PCB设计与制作等。

创新性实验是建立在基础性实验和综合性实验之上的一种创新实验。学生在完成硬件课程学习的基础上，利用本创新性实验完成毕业设计等工作，学生可以根据自己的想法通过该系统完成设计与仿真，并对其进行研究。

4 虚拟仿真实验室实验方法

传统的硬件实验中，一般不存在硬件电路的设计，主要是因为传统x86、单片机的硬件部分大多数都是由电路板或者实验箱提供的，因此实验多为验证性实验，缺乏创新性实验，不利于培养学生的动手能力和创新能力。然而，基于Proteus的虚拟仿真实验中，所有的硬件和软件都可以由学生自主创新设计与实现，硬件的修改与软件修改一样简单，大大节省了实验的成本和时间。

5 虚拟仿真实验室教学目标

通过本课题的基于Proteus的硬件虚拟仿真实验室可以实现以下3个目标：

5.1 实验教学系统的重大改革。通过本系统可以进行基础性实验、综合性实验、创新性实验，使得硬件实验得到根本性的改变。在本系统中，电路设计、程序设计、仿真实验、PCB设计与制作集为一体，教师和学生不再受时间、地点、设备的限制，充分享受实验带来的知识和乐趣。

5.2 教师教学模式改革。教师在课堂上引入本仿真实验系统后，有利于教学课程的改革，将理论与实际联系在一起，使得学生在最大程度上接收与掌握理论知识。

5.3 有效培养学生的创新能力和综合能力。当前学生急需培养实验动手能力和创新能力，在传统的实验当中，忽视了学生的设计能力培养，基本没有设计到学生的创新能力培养。因此普遍存在着学生学习的理论知识不知道如何运用到实际生活中去。

6 结束语

构建基于Proteus的硬件虚拟仿真实验室系统，不仅可以减少学校的硬件投入，更可以帮助学生更好的掌握理论教学知识，加深对原理的理解。学生通过该系统进行基础性实验、综合性实验、创新性实验，加强学生的综合能力的培养和创新能力的培养。而且，本系统也有利于促进教学系统的改革。

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