计算机虚拟急性毒性实验的制作
戴支凯 陈森洲 徐 庆 李勇文 唐祖年
关键词：急性毒性实验；虚拟现实；软件制作
中图分类号：G436 文献标识码：B 文章编号：1008-2409(2007)03-0571-02
虚拟现实(virtual reality，VR)是人与计算机的接口。它融仿真模拟、实时三维图像及多媒体等技术为一体，依靠计算机建立起能模拟现实，但又不局限于现实的一种仿真环境，参与者直接进入并全身心地沉浸于虚拟现实所生成的环境中，通过使用多种感知功能，与此环境进行交互式对话、控制和操纵这种环境中的实体等技能，并与计算机进行直观自然的交流，对虚拟现实中的实体进行交互操作。VR作为一门新的实用技术，带动了虚拟现实技术的进步，目前已广泛应用于虚拟人体、虚拟外科手术和远程外科手术、医学图像学、康复医疗、虚拟实验室等医学领域，VR技术的发展必将导致医疗和教育领域的革命。
, 百拇医药
在医学机能学实验教学中，常用具体的实验来加强学生对药理学知识和实验操作技能的学习，学生需要反复进行实验来加强对知识和技能的巩固。但这往往受到时间、经费等限制，且在远程教学中难以开展。学生虽然可以通过实验录像来进行学习，但在该学习过程中，学生的学习往往是被动的，学习效率也低。如何充分运用计算机辅助教学系统，在药理学实验中发挥教学和提高学生学习兴趣等功能是当前医学教育管理者和药理学教师共同关心的问题。现将急性毒性实验虚拟软件的制作总结如下。
1 急性毒性实验的特点
急性毒性实验是毒理学实验内容之一，也是药理学实验教学内容之一。该实验的开展有利于学生掌握急性毒性实验的原理和方法、实验操作技能，培养医学科学研究精神，提高学习医学的兴趣，促进学生进一步学习药理学其他知识、科研技能和学习方法等，为学生今后工作的顺利开展奠定坚实的基础。急性毒性实验的内容丰富、要求严格、时间较短，而且该实验主要是通过逻辑推理、判断和实验来揭示药物与机体间的相互作用及其规律，这就要求学生具有一定的抽象思维能力。在教学时，如果可以把抽象的、难以理解的实验过程模拟出来，必将增强学生的学习激情，提高教学效果。为此，设计出内容丰富、能提高学生学习兴趣、达到学习与娱乐于一体的教学辅助工具，必将丰富药理学实验内容并为有效地进行教学改革增添新的生机和活力。另外，通过该系统的使用，可在实验教材、实验动物与师资力量等方面得到大量的节省，降低教学成本。
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2 虚拟急性毒性实验的制作
急性毒性虚拟实验是基于计算机仿真技术的网络化实验教学系统的内容之一。包括以计算机仿真技术为核心的生物仿真引擎、处理因素数据库、虚拟环境界面和网络化硬件平台等部分。
2.1软件的选择
急性毒性实验开发所运用的工具比较多，综合运用了虚拟现实技术、多媒体技术、三维动画和建模技术、网络通讯技术、图形图像处理技术。所运用的开发工具和语言有Lingo、C#、SQL网络数据库技术、Shockwave 3D、3DMax、还有一些图形和动画处理工具photoshop、flash等等。充分发挥各种制作软件的功能，将可视化编辑与对代码的操作进行完美结合，并完成软件中的动画制作、图片处理和视频处理等。通过对可视化窗口和源代码的同时操作，来开发急性毒性实验虚拟软件，可以达到事半功倍的效果。
2.2总体结构的设计
, 百拇医药
急性毒性实验丰富多彩的内容以实验操作程序为主线，以急性毒性实验简介和药理学实验的一般项目(包括实验目的、实验原理、实验动物、实验的主要器材和药品、仿真实战)为第一级菜单。在仿真实战中设置二级菜单(预实验和正式实验)。在二级菜单下设置三级菜单：包括动物类型、种类、性别、年龄、体重、动物实验前的预处理(饮食、饮水等)、动物的分组、药品及其给药途径和剂量的选择。学生逐步正确地完成操作后，可观察到动物中毒后的典型表现(三维动画表现)等结果。在演示中，不正确操作就会有操作失败的提示，操作失败超过3次后，软件将自动提示下一步的正确操作内容。在正式实验结束后设置实验报告、实验资料和毒品库菜单。通过察看实验报告，学生就可以得到实验的统计结果表(组别、各组的实验动物数与死亡动物数、统计的相关数据)、LDso计算过程，并可以导出实验结果。通过点击实验资料和毒品库菜单，学习者可以了解急性毒性实验的总体概况和相关毒性物质的半数致死量等数据。根据需要，教师可通过“药物”管理和实验管理模块增加新的内容，并对已有实验内容进行维护。
2.3视频和动匦素材的运用
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为使学生能够对药物毒理知识深入地了解，利用视频片断结合动画模拟来介绍一些相关药物的特点等情况，使学生对药物的毒性作用有一个良好的感性认识。急性毒性实验教学过程中涉及到很多抽象的、微观的动态过程，常常会出现任凭教师如何解释，学生仍难以理解的情形。事先制作小鼠等动物的骨骼标本，再进行多角度、多方位的拍照，将实验的动态过程(如小白鼠的惊厥表现等)用Flash制作的动画形式表现出来，使该过程变为具体的、生动的模拟重现，便于学生的认知、理解、记忆，提高了教学效果。
2.4图片素材的使用与文字的编辑
虚拟急性毒性实验制作中用到了大量的图片素材，应尽量使图片的大小与视屏中的空位相匹配。包括与教学内容密切相关的专业知识图片以及一定限度的装饰性图片。后者可起到活跃学习气氛、增加美观度等作用，以免分散学生的注意力。在选用图片素材时，采用JPEG、GIF等格式的文件。根据教学内容要求，笔者查阅了大量的资料(如不同毒性化学物质毒性数据)，收集大量有关的素材(化学毒物的分类、毒性检测的方法、评价指标等)，精心策划和组织文本，做到层次明确清晰、文字精炼、重点突出，使学生才能够分清主次，抓住重点，给人以身临其境的感受。
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3 制作体会
虚拟急性毒性实验制作是将学科专业知识和软件制作、网络知识相融合的过程，因而教学人员与计算机技术人员的通力协作是软件制作成功的关键。这就要求教学人员通晓急性毒性实验的教学内容、明确该实验的每一个步骤和环节，计算机技术人员应通晓各种软硬件的使用方法。教学人员和软件制作人员必须相互沟通，密切配合，反复推敲，如动画制作，由教学人员来设计，由电脑技术人员制作，这样才能制作出高质量的虚拟软件。
虚拟软件作为一种先进的教学手段，充分显示出虚拟技术在教学中的独特优势。笔者发现，将急性毒性实验虚拟软件融知识性和娱乐性于一体，有利于医学生在轻松的环境中有效地掌握原先难以理解的知识和技能，避免了药理知识在学生心目中杂乱无章的印象。在实验前让学生进行模拟实验操作，不仅可以初步掌握实验的知识和技能，为正式实验奠定基础，而且可以提高学生的学习兴趣；在课余时间对学生开放实验室，有利于适应自主学习要求，激发学生学习动机，利于知识的探究和建构，缓解现实设备的不足等问题，可有效地提高教学质量。
[责任编辑 王慧瑾 邓德灵], 百拇医药(张惠勤)
关键词：急性毒性实验；虚拟现实；软件制作
中图分类号：G436 文献标识码：B 文章编号：1008-2409(2007)03-0571-02
虚拟现实(virtual reality，VR)是人与计算机的接口。它融仿真模拟、实时三维图像及多媒体等技术为一体，依靠计算机建立起能模拟现实，但又不局限于现实的一种仿真环境，参与者直接进入并全身心地沉浸于虚拟现实所生成的环境中，通过使用多种感知功能，与此环境进行交互式对话、控制和操纵这种环境中的实体等技能，并与计算机进行直观自然的交流，对虚拟现实中的实体进行交互操作。VR作为一门新的实用技术，带动了虚拟现实技术的进步，目前已广泛应用于虚拟人体、虚拟外科手术和远程外科手术、医学图像学、康复医疗、虚拟实验室等医学领域，VR技术的发展必将导致医疗和教育领域的革命。
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在医学机能学实验教学中，常用具体的实验来加强学生对药理学知识和实验操作技能的学习，学生需要反复进行实验来加强对知识和技能的巩固。但这往往受到时间、经费等限制，且在远程教学中难以开展。学生虽然可以通过实验录像来进行学习，但在该学习过程中，学生的学习往往是被动的，学习效率也低。如何充分运用计算机辅助教学系统，在药理学实验中发挥教学和提高学生学习兴趣等功能是当前医学教育管理者和药理学教师共同关心的问题。现将急性毒性实验虚拟软件的制作总结如下。
1 急性毒性实验的特点
急性毒性实验是毒理学实验内容之一，也是药理学实验教学内容之一。该实验的开展有利于学生掌握急性毒性实验的原理和方法、实验操作技能，培养医学科学研究精神，提高学习医学的兴趣，促进学生进一步学习药理学其他知识、科研技能和学习方法等，为学生今后工作的顺利开展奠定坚实的基础。急性毒性实验的内容丰富、要求严格、时间较短，而且该实验主要是通过逻辑推理、判断和实验来揭示药物与机体间的相互作用及其规律，这就要求学生具有一定的抽象思维能力。在教学时，如果可以把抽象的、难以理解的实验过程模拟出来，必将增强学生的学习激情，提高教学效果。为此，设计出内容丰富、能提高学生学习兴趣、达到学习与娱乐于一体的教学辅助工具，必将丰富药理学实验内容并为有效地进行教学改革增添新的生机和活力。另外，通过该系统的使用，可在实验教材、实验动物与师资力量等方面得到大量的节省，降低教学成本。
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2 虚拟急性毒性实验的制作
急性毒性虚拟实验是基于计算机仿真技术的网络化实验教学系统的内容之一。包括以计算机仿真技术为核心的生物仿真引擎、处理因素数据库、虚拟环境界面和网络化硬件平台等部分。
2.1软件的选择
急性毒性实验开发所运用的工具比较多，综合运用了虚拟现实技术、多媒体技术、三维动画和建模技术、网络通讯技术、图形图像处理技术。所运用的开发工具和语言有Lingo、C#、SQL网络数据库技术、Shockwave 3D、3DMax、还有一些图形和动画处理工具photoshop、flash等等。充分发挥各种制作软件的功能，将可视化编辑与对代码的操作进行完美结合，并完成软件中的动画制作、图片处理和视频处理等。通过对可视化窗口和源代码的同时操作，来开发急性毒性实验虚拟软件，可以达到事半功倍的效果。
2.2总体结构的设计
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急性毒性实验丰富多彩的内容以实验操作程序为主线，以急性毒性实验简介和药理学实验的一般项目(包括实验目的、实验原理、实验动物、实验的主要器材和药品、仿真实战)为第一级菜单。在仿真实战中设置二级菜单(预实验和正式实验)。在二级菜单下设置三级菜单：包括动物类型、种类、性别、年龄、体重、动物实验前的预处理(饮食、饮水等)、动物的分组、药品及其给药途径和剂量的选择。学生逐步正确地完成操作后，可观察到动物中毒后的典型表现(三维动画表现)等结果。在演示中，不正确操作就会有操作失败的提示，操作失败超过3次后，软件将自动提示下一步的正确操作内容。在正式实验结束后设置实验报告、实验资料和毒品库菜单。通过察看实验报告，学生就可以得到实验的统计结果表(组别、各组的实验动物数与死亡动物数、统计的相关数据)、LDso计算过程，并可以导出实验结果。通过点击实验资料和毒品库菜单，学习者可以了解急性毒性实验的总体概况和相关毒性物质的半数致死量等数据。根据需要，教师可通过“药物”管理和实验管理模块增加新的内容，并对已有实验内容进行维护。
2.3视频和动匦素材的运用
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为使学生能够对药物毒理知识深入地了解，利用视频片断结合动画模拟来介绍一些相关药物的特点等情况，使学生对药物的毒性作用有一个良好的感性认识。急性毒性实验教学过程中涉及到很多抽象的、微观的动态过程，常常会出现任凭教师如何解释，学生仍难以理解的情形。事先制作小鼠等动物的骨骼标本，再进行多角度、多方位的拍照，将实验的动态过程(如小白鼠的惊厥表现等)用Flash制作的动画形式表现出来，使该过程变为具体的、生动的模拟重现，便于学生的认知、理解、记忆，提高了教学效果。
2.4图片素材的使用与文字的编辑
虚拟急性毒性实验制作中用到了大量的图片素材，应尽量使图片的大小与视屏中的空位相匹配。包括与教学内容密切相关的专业知识图片以及一定限度的装饰性图片。后者可起到活跃学习气氛、增加美观度等作用，以免分散学生的注意力。在选用图片素材时，采用JPEG、GIF等格式的文件。根据教学内容要求，笔者查阅了大量的资料(如不同毒性化学物质毒性数据)，收集大量有关的素材(化学毒物的分类、毒性检测的方法、评价指标等)，精心策划和组织文本，做到层次明确清晰、文字精炼、重点突出，使学生才能够分清主次，抓住重点，给人以身临其境的感受。
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3 制作体会
虚拟急性毒性实验制作是将学科专业知识和软件制作、网络知识相融合的过程，因而教学人员与计算机技术人员的通力协作是软件制作成功的关键。这就要求教学人员通晓急性毒性实验的教学内容、明确该实验的每一个步骤和环节，计算机技术人员应通晓各种软硬件的使用方法。教学人员和软件制作人员必须相互沟通，密切配合，反复推敲，如动画制作，由教学人员来设计，由电脑技术人员制作，这样才能制作出高质量的虚拟软件。
虚拟软件作为一种先进的教学手段，充分显示出虚拟技术在教学中的独特优势。笔者发现，将急性毒性实验虚拟软件融知识性和娱乐性于一体，有利于医学生在轻松的环境中有效地掌握原先难以理解的知识和技能，避免了药理知识在学生心目中杂乱无章的印象。在实验前让学生进行模拟实验操作，不仅可以初步掌握实验的知识和技能，为正式实验奠定基础，而且可以提高学生的学习兴趣；在课余时间对学生开放实验室，有利于适应自主学习要求，激发学生学习动机，利于知识的探究和建构，缓解现实设备的不足等问题，可有效地提高教学质量。
[责任编辑 王慧瑾 邓德灵], 百拇医药(张惠勤)