虚拟仿真实验在畜牧兽医专业领域实训的应用分析

2020-03-03

甘肃畜牧兽医 2020年6期

（甘肃农业职业技术学院，甘肃兰州 730020）

畜牧兽医专业在传统模式下，由于各方面的限制，很多实验无法开展，甚至取消，从而影响了课程的讲授效果。近几年，虚拟仿真系统技术在各个领域得到了广泛的应用，教育部于2013年启动了国家级虚拟仿真实验教学中心的建设工作，截至2018 年底，实验空间——国家虚拟仿真实验教学项目共享平台上公布的国家级虚拟仿真实验教学项目已达1 069 项[1]。虚拟仿真实验的兴起，颠覆了传统的实验教学，有效的弥补传统实验的不足，如成本高、消耗大、污染严重等问题。

1 传统模式下畜牧兽医专业实训的现状

1.1 实验（实践）实训资源紧张

一是在实训中，比如《动物微生物与免疫技术》课程，要掌握各种病原体的形态特点，需要采集病料，分离得到菌株或者毒株。但是由于大多数动物疫病具有周期性、季节性等特点，导致病原体的采集有一定的难度。二是农业农村部规定不满足相关条件的实验室不允许保存菌种或者毒株，也不能从事相关的研究工作。

1.2 实验（实践）实训的经费不足

畜牧兽医专业是实践性极强的专业，实验(实践)实训经费不足是制约学生实践的一个重要因素。该专业在实训时，主要以活体动物比如猪、牛、羊、鸡、兔等为实验动物，由于经费的制约，近年来主要以小型动物为主，其次由于数量有限，也制约了学生的发展。

1.3 实验室安全管理难度加大

近年来，随着现代化实验室的建设，大学生创新实践、开放性实验项目的开展，不同维度、不同层次的学生走进了实验室，实验室利用率加大，人员流动性增强，存在很多安全隐患，如实验室由于病原微生物保存不当，造成病原体的传播、扩散，甚至感染人或动物；另外在购买实验动物时，部分无有效的检疫证明，不能保证动物自身的健康；实验时，由于操作不规范，造成人员的伤亡等。

1.4 实验内容单一、更新速度较慢

近年来主要以传统实验为主，传统的实训由于很多因素的限制，实验内容比较单一、更新速度较慢，一些具有腐蚀性、污染性、损害性较大的实验无法在实验室开展，导致理论与实践相脱节。虚拟仿真实验的引入正好弥补了这个不足，它不受以上因素的限制，实验内容更新较快，学生还可以重复性的操作、实践。

2 虚拟仿真系统技术在畜牧兽医专业领域的可行性

虚拟仿真技术是多媒体技术与网络通信技术相结合的产物，它是在20世纪80年代新的虚拟现实技术的基础上发展起来的，是一门综合集成技术，包括计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等。人们可以借助视觉、听觉、触觉、嗅觉和运动感觉等多种感知能力与虚拟世界进行自然交互，从而获得身临其境的感觉，因此具有沉浸性、交互性、虚幻性和逼真性的特点[2，3]，其在畜牧专业实训中的优势有如下几点:

2.1 遵循3R原则，减少了实验动物的使用

3R原则即减少(Reduction)、替代(Replacement)和优化(Refinement)的原则，虚拟仿真系统技术遵循了目前所广泛倡导的3R理论，逐步减少对实验动物的使用[4]。如动物解剖学，它作为畜牧兽医专业的一门专业基础课，具有内容繁杂、抽象难记等特点。虚拟仿真系统在本课程的引入，不受空间或时间的限制，学生可以随时进入实验操作系统，模拟不同动物的器官、系统、组织，观察其形态结构、了解其生理功能，同时也解决了解剖学不重复和缺乏解剖样本的问题。

2.2 打破了时空的局限性

虚拟仿真系统技术，不仅在时间和空间上开放，在实训内容和实训方式上也是开放的。例如在动物病理及解剖学中，学生可以随时从不同方向、角度对动物机体某一病理状况实施调控、进行组织结构剖解、观察机体发病后的变化以及正常组织结构与病变组织结构的差异，从而激发学生的兴趣，减少了传统模式下实训的弊端，具有安全无风险、效率高、动物机体疾病过程可调等优点。

2.3 节约实验室资源和成本

在传统的实验中，很多实验在开展时，除了需要购买实验仪器、设备等之外，还需要购买实验耗材。而在虚拟仿真实验中，除购买仿真系统外，不需要采购大型精密仪器，更不需要购买实验耗材，教师也不需要提前准备实验试剂，就可以为学生展示最前沿实验方法和检验技术，节约了实验成本，所有的学生均可进行动手操作，将理论与实践有机的结合。