简析模拟实验网络系统在动物机能实验室信息化建设中的应用

　　动物机能学实验（或称动物机能实验学、动物实验生理科学）是一门研究动物正常机能、疾病发生机制和药物作用规律的实验性学科。它继承并有机融合了动物生理学、动物病理学和动物药理学的实验，在对本专业学生进行系统、规范的实验技能综合训练的同时，更加强调学科之间的交叉融合和新技术的应用，积极开展综合性实验和探索性实验，独立设为一门新型的实验教学课程。动物机能实验被普遍设为畜牧兽医专业学生必修的基础课程。
　　一、机能实验室信息化建设背景
　　利用实施2005年度黑龙江省教育厅新世纪教改工程项目高等农业院校动物医学专业课程设置体系的改革与实践的契机，我院动物生理学、药理学和病理学教师共同进行研讨，实施了构建动物机能学实验室的设想。即首先以机能实验室的硬件系统为基础，以专业基础课动物生理学的实验教学改革为龙头，不断完善实验教学理念，大力推进机能实验课程的改革，然后整合动物药理学和病理学为动物医学专业实验教学服务，最后统一为一门完整、系统的课程体系。
　　在我校及学院有关部门的大力支持下，动物生理学实验室于2004年配备了16台计算机及相应的生物信号处理系统（成都仪器厂生产的RM6240生物信号采集系统）用于基础兽医学学科建设。在此基础上，基础教研室建成了机能实验室的计算机网络。机能实验室计算机网络建设基础主要是硬件资源的共享，包括打印机、服务器、通信设备等。如在学生实验结果报告及图像的打印过程中，可实现多个实验小组共享同一打印机。这样不仅提高了效率，而且优化了配置。另外，共享系统资源还包括：软件资源，如生物信号处理系统应用软件，模拟实验软件等；数据资源，如教学用视频、图像、图表等。
　　机能实验室作为动物医学专业学生掌握专业基础理论和实际动手操作能力的主要场所，为了充分利用现有资源，更好地为教学服务，加强实验室信息化建设已成为实验室建设的一项重要工作内容。实验教学信息化应该以新的教育思想、教育观念指导信息技术在实验室管理和教学中的应用，根据创新人才培养的要求，利用信息化探索新的实验教学模式。因此，实验教学信息化建设将使实验教学数字化、多媒体化、网络化、虚拟化和智能化，以达到培养高素质人才的目的。
　　为了加快机能实验室的信息化建设，充分发挥仪器的正常功能和效益，熟悉仪器性能，掌握使用方法是首要课程。尽管仪器都配备了《使用手册》，但是内容繁杂，达不到快速掌握的目的。为了使学生迅速了解使用方法，增强学习效果，我们基础兽医学教研室教师利用业余学习时间多次集中学习，全面掌握仪器的使用和维护技能，并根据实验具体需要，把需要的内容如具体实验的参数设置精炼编进校自编教材《动物机能实验指导》，力求做到条理清晰，层次分明，因此学生掌握起来简单易懂，效果良好。
　　二、生物信号采集系统介入的优势和劣势
　　尽管新科技的介入使机能实验的发展速度迅速提高，计算机和生物信号系统的配合使用有着传统设备无法比拟的独特优越性，它给机能实验教学带来的变化是多方面的。由于一个生理实验室共有16台电脑，教师对学生电脑使用的控制达不到最佳效果，尤其是当教师进行实验讲解与实验模拟演示的时候劣势就比较明显了，因为教师无法了解学生的状态，不知道学生是否在进行操作和听讲。
　　为了充分发挥仪器的正常功能和效益，利用有限的课堂实验时间，提高实验成功率，实验模式的改变势在必行。在实验教学过程中，传统的实验方法是学生听教师讲解实验过程，看教师做示范实验，然后自己动手操作，在整个实验过程中，学生基本上处于一种被动的地位，这显然不利于学生的思考能力和动手能力的培养。目前，传统的动物机能实验室，一般辅以投影仪或硬件网络系统，建立多媒体网络教室，但基于成本高昂和其他一些原因，并不是一般教室可以配备的，而且硬件设备耗损大和维护繁琐都是困扰学校的问题。基于各种条件限制，必须找到一个更好的解决方案。
　　三、模拟实验网络系统实施的优势
　　四川成都仪器厂创建的模拟实验网络教学系统作为一种纯软件的解决方案，完全避免了这些硬件问题，而且教师可以把理论教学与实践操作相结合，直接在教师机上进行各种教学演示，并把每一步操作过程都实时同步传送到学生的电脑屏幕上。各种大量的多媒体课件资料、光盘教学资源、实验演示系统、教学方法与经验等都可以借助该软件模块这种系统实现集语音、图像、文字、动画于一体的现代交互式教学模式。该系统可以在整个多媒体教室里共享文字、图像、语音、视频资源。这样，通过构建一种文字、语音、视频图像的互动交流环境，学生可以同时在自己的电脑屏幕上分享各种教学资源，不但大大减轻了教师的工作负担，提高了教学效率，而且也使教学内容极其生动活泼，学生乐于接受。
　　以动脉血压调节实验为实例来说明该系统的优势。由于动脉血压实验是动物生理学中手术操作很难的一个实验，学生实施起来非常困难。如果教师先进行实验演示，最快也要2小时，演示之后，学生再做实验，那么整个实验时间至少需要5小时；如果不演示，对于第一次接触手术操作和操作系统的学生来说又觉得非常困难。所以在模拟网络系统引入之后，教师可以把演示过程事先制备成CAI辅助课件系统，首先把手术操作演示给学生，然后在学生实施实验的过程中，教师可以把自己在预实验中记录的很多与实验相关的图形做成标示在电脑里显示出来。这样学生在记录本组实验的同时也可以参照教师提供的实验结果进行对照，进行差异比较，达到加深印象、深入分析结果的效果。
　　同时，该系统具有非常强大的班级、小组、学生和电脑管理机制，无须配置就可以开始教学任务，而且可以进行多个班级配置管理，可以安排学生的座位，可以进行分组管理和教学演示，可以监视学生电脑的当前状态等，各种功能的实施都非常方便快捷。
　　因为机能学涉及很多实验内容，如果每个实验都演示一遍将浪费大量时间，因此录制辅助教学的CAI课件势在必行。尽管可以购买到一些与实验相关的CAI课件，但很多都是医学院校自己录制的，和农业院校对人才的培养目标有不同。而自己制作实验录像课件，切合本地学生实验实际，可以和模拟实验网络教学系统结合使用，将教师机的屏幕图像画面实时同步放映给全体或单个学生，进行教学演示。如果实验中途由于动物手术的原因导致失败，也可通过模拟实验加以弥补。所以我们除了对一些复杂的实验准备了课件以外，对一些当前条件不足的实验也使用CAI课件，边讲边听，尽管不用亲手操作，但直接观看也会给同学们不同的启示。
　　该系统同时提供电子教鞭、电子黑板白板等功能。同时，还可以将广播的图像画面以动画影像的形式录制下来，制作成课件或教材，以供重复使用或与其他老师共享。而且，也可以将事先录制好的屏幕图像画面通过网络回放直接演示给学生，借助该功能可以实现教学的自动化与规范化。
　　在实验中，对于设计性试验和综合性试验，改变了以往那种教师宣讲演示学生模仿操作教师总结的教学程序，把实验的主动权全部转交给学生，调动他们学习的积极性和主观能动性。课前把下个试验计划告知学生，请学生自己查阅相关资料。以组为单位进行讲解，每组4人，然后实验进行之前请学生利用系统给其他同学讲解，这种做法使学生责任心不断增强，容易养成勤动手、细观察、多思考的好习惯，提高了学生科学思维、综合分析问题和解决问题的能力。这样使书本知识更接近于实际，为将来的实际工作打下坚实基础。
　　从更深层次来说，模拟实验网络教学系统也可将生理、病理和药理相关实验合在一起进行，这也为我院机能学科实验建设的深层次发展奠定了基础。比如，生理实验和病理实验的结合为学生从本质上掌握理论基础与实践技能提供了一个良好的平台，而且节省了时间和实验动物。这样，在有限的实验学时的前提下，既可多开实验项目，增加学生的动手机会，尝试不同的实验方法，理解更多的知识；也可通过增加一些综合性、设计性（探索性）的实验，使学生亲历亲为，仔细思考，自己进行实验设计、做实验及写实验报告，这对学生观察、分析和解决问题的能力的培养也起到了不可估量的作用，因而达到了提高学生的综合素质和创新能力的目的。
　　四、结束语
　　在动物医学机能实验教学中注重发挥计算机模拟实验网络教学系统的作用可明显提升该课程的实验教学质量。机能实验信息化建设的途径，值得我们不断地探索和改进。因此，我们应坚定信心、克服困难、发挥长处、开拓创新，努力提高机能实验的信息化建设过程，不断用信息技术创造畜牧兽医专业的新发展。