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预防医学类论文 预防医学虚拟实验室建设的必要性及应用前景分析

2018-11-25 14:35:00来源:组稿人论文网作者:婷婷

  摘要:本文从虚拟实验室的基本概念和特点入手,结合虚拟实验技术的独特优势,详细阐述了预防医学虚拟实验室建设的必要性,并分析了虚拟实验技术在预防医学实验教学中应用的广阔前景及存在的困境。

  关键词:预防医学;虚拟实验室;应用前景

  预防医学实验教学是培养学生创新思维和实际动手能力的重要途径,如何在有限的资源条件下提高实验教学质量,是广大教育者一直以来密切关注的焦点。近几年,随着虚拟实验技术的出现和教学改革的不断深入,虚拟实验技术在实验教学中得到广泛应用。2013年教育部颁布《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)文件中,也明确指出了虚拟仿真实验室建设的重要性。本文从虚拟实验室的概念、特点入手,结合虚拟实验技术的独特优势,就预防医学虚拟实验室建设的必要性及其应用前景做一详细阐述。

  1.虚拟实验室概述

  虚拟实验室的概念最早于1989年由美国弗吉尼亚大学(University of Virginia)威廉·沃尔夫(William Wolf)教授提出,是综合利用计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术和多传感器技术等,模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能创立的一种计算机网络化的虚拟实验室环境。主要有交互性、自主性、沉浸性、开放性、共享性等特点。

  目前,虚拟实验技术在世界范围内得到迅速发展,特别是在发达国家已经十分普及。近年来,国内相关教育部门对我国高校虚拟实验室的建设也越来越重视,并取得了一定成效,越来越多的高校为满足自身教学与科研的需要纷纷加入到虚拟实验室建设的队伍中来。

  2.预防医学虚拟实验室建设的必要性

  2.1预防医学实验教学改革的客观要求

  传统的实验教学普遍存在着教学经费不足、仪器设备陈旧和紧缺、实验场所面积不够等诸多问题,使得预防医学实验教学在教学内容、时间和空间上受到很大局限,势必要通过有效的实验教学改革来解决。而虚拟实验室的建设恰能充分解决这一系列问题。在实验成本方面,虚拟实验室的建设投入少、产出多,可以大幅度降低实验室改造、建设和维护的经费投入;实验室安全方面,通过网络虚拟技术可以充分避免实验教学中存在的安全隐患,减少事故发生率,且能最大幅度的减少实验室污染和设备损坏等问题;在教学设施方面,虚拟仪器设备的使用可以大大降低精密贵重仪器设备的购置、使用和维护成本,且能让学生多方面多角度全面了解仪器设备的构造、原理等;在教学时间和空间上,虚拟实验室可以打破传统实验教学时间和空间的限制,满足学生随时随地通过网络学习实验技能的需求。

  2.2预防医学各专业课程实验教学内容进一步整合的需要

  虚拟实验项目的开设能够促进预防医学各专业课程之间知识体系的融合,可以充分利用预防医学各专业课程之间知识的系统性,从总体设计思路上,使实验教学再现完整的实验过程。将《环境卫生学》、《职业卫生学》、《营养与食品卫生学》以及《卫生毒理学》等相关学科进行充分整合,打破知识壁垒,突破单一学科的封闭和分割特性,结合专业特点和实践经验,形成一系列综合性、设计性的实验教学项目,实现预防医学各学科知识的融会贯通和灵活应用,增强各学科知识的交叉和相容性。

  2.3现代预防医学实验教学模式改革的必然趋势

  虚拟实验室技术的应用能够改善传统教学单一、枯燥的课堂教学模式,有利于调动学生积极性,构建起丰富、新颖且符合学生认知规律的教学模式,使学生真正成为学习的主人,从以往“灌输”式的被动学习转变为学生“主动”学习,可以使学生自主地通过各种途径、方式进行学习,更加注重调动学生对知识的探索意识,能够最大限度地发挥学生学习的积极性和主动性,培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。

  2.4提高预防医学实验教学质量的重要举措

  将虚拟实验技术应用于实验教学,对教学质量的提高有非常重要的作用。不仅可以为学生提供一个直观、形象的画面,通过图像、声音等综合性多媒体技术,充分调动学生学习的兴趣,引导他们进行发散思维,帮助其更好地理解学习重点,还可以提高他们的创造力以及对实验的感性认识,能够真正实现寓教于乐,而且通过对虚拟实验操作方法和基础理论知识的学习,更可以减少学生实验的盲目操作和错误操作几率,从而大大提高实验成功率。

  3.预防医学虚拟实验室的应用前景分析

  近年来,随着Unity3D技术与体感技术的结合日益紧密,以及增强现实技术的出现,特别是计算机技术和计算机图形学技术的迅速发展,为虚拟实验室的应用和建设提供了有利条件[4]。目前,在预防医学实验教学领域,虚拟实验室建设尚处于起步阶段,但已形成了势不可挡的发展趋势。

  3.1预防医学虚拟实验室建设的实现途径

  预防医学虚拟实验室的实现途径很多,主要应用模式有以下三种:(1)先虚拟后真实。学生利用虚拟实验平台先进行虚拟实验,对实验内容做初步预习,了解实验原理,对得出的虚拟数据进行处理,从而得到虚拟实验结果;然后再进行真实实验,得出真实实验结果。这样安排可以让学生提前熟练和掌握实验步骤,强化实验思路和实验目的,缩短真实实验时间,提高实验教学效率。(2)先真实后虚拟。学生先进行真实实验操作,然后再进行虚拟实验操作,从而起到复习和巩固的作用,加深对实验原理和实验内容的理解。(3)单纯虚拟。在预防医学实验教学中,由于实验条件有限,某些实验往往无法开展真实实验。比如所要用到的仪器设备价格高昂,或整个实验过程危险系数过高,对于这种情况,学生可以通过虚拟实验进行操作学习,在一定程度上可以弥补无法开设真实实验课所带来的不足。

  3.2预防医学虚拟实验室建设目前存在的困境

  (1)虚拟实验室的应用前景非常广阔,在未来的预防医学实验教学中将会带来巨大便利,但在情景真实化问题上还存在很多难题,一些技术障碍也有待研究。

  (2)计算机技术与预防医学专业知识结合不足,大部分高校教师计算机水平有限,而计算机专业人员又很少懂得预防医学专业基础知识,使得教师和计算机技术人员都无法单独完成“虚拟实验室”的制作,只有通过两者通力合作,才能减少制作过程中的困难,达到更好的教学效果,从而导致建设成本太高,周期更长。

  (3)虚拟实验室的应用并没有简化教师的实验教学任务,相反会从多方面对教师的综合能力提出更高要求,实验课带教老师不仅需要掌握和传授实验相关的基本理论知识,还需要掌握“虚拟实验”教学的应用技巧,深入理解虚拟实验与现实实验的融合性和差异性,充分发挥虚拟实验平台作为一种虚拟的、直观的、灵活的辅助教学手段的独特优势。这要求实验教师队伍要不断加强学习,更新知识,更好地掌握相关多媒体技术和现代化网络教学,以促进预防医学实验教学的迅速发展。

  4 结束语

  虚拟实验室的建设投入少,产出多,可以最大限度的做到资源共享,作为一种全新的教学理念,将成为我国高校未来发展的一个必然趋势。同时虚拟实验技术能够很好地激发学生的学习兴趣,培养其创新思维和实践操作能力。随着预防医学学科不断发展,为了能够更好地共享现有网络资源,节约建设成本,虚拟实验室的建设和应用必将越来越广阔。然而虚拟实验室虽然能大大辅助教学,但并不能取代真实的实验室,建设虚拟实验室应响应国家号召,本着“虚实结合、相互补充、能实不需”的原则,在实验教学中注意合理安排分配虚实教学比例,与实际动手操作有机结合,更好地促进学生实践能力的发展,在软件技术层面,向协作式方向发展,跨越地域障碍,使异地学生也能一起进行科学实验和讨论,建设过程中应借鉴其他学科实验室建设和实验教学改革的经验,创造出一套适合自身学科发展的虚拟实验室的建设方法。

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