虛擬仿真實驗在畜牧獸醫(yī)專業(yè)領(lǐng)域?qū)嵱?xùn)的應(yīng)用分析

（甘肅農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730020）

畜牧獸醫(yī)專業(yè)在傳統(tǒng)模式下，由于各方面的限制，很多實驗無法開展，甚至取消，從而影響了課程的講授效果。近幾年，虛擬仿真系統(tǒng)技術(shù)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，教育部于2013年啟動了國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心的建設(shè)工作，截至2018 年底，實驗空間——國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目共享平臺上公布的國家級虛擬仿真實驗教學(xué)項目已達1 069 項[1]。虛擬仿真實驗的興起，顛覆了傳統(tǒng)的實驗教學(xué)，有效的彌補傳統(tǒng)實驗的不足，如成本高、消耗大、污染嚴重等問題。

1 傳統(tǒng)模式下畜牧獸醫(yī)專業(yè)實訓(xùn)的現(xiàn)狀

1.1 實驗（實踐）實訓(xùn)資源緊張

一是在實訓(xùn)中，比如《動物微生物與免疫技術(shù)》課程，要掌握各種病原體的形態(tài)特點，需要采集病料，分離得到菌株或者毒株。但是由于大多數(shù)動物疫病具有周期性、季節(jié)性等特點，導(dǎo)致病原體的采集有一定的難度。二是農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)定不滿足相關(guān)條件的實驗室不允許保存菌種或者毒株，也不能從事相關(guān)的研究工作。

1.2 實驗（實踐）實訓(xùn)的經(jīng)費不足

畜牧獸醫(yī)專業(yè)是實踐性極強的專業(yè)，實驗(實踐)實訓(xùn)經(jīng)費不足是制約學(xué)生實踐的一個重要因素。該專業(yè)在實訓(xùn)時，主要以活體動物比如豬、牛、羊、雞、兔等為實驗動物，由于經(jīng)費的制約，近年來主要以小型動物為主，其次由于數(shù)量有限，也制約了學(xué)生的發(fā)展。

1.3 實驗室安全管理難度加大

近年來，隨著現(xiàn)代化實驗室的建設(shè)，大學(xué)生創(chuàng)新實踐、開放性實驗項目的開展，不同維度、不同層次的學(xué)生走進了實驗室，實驗室利用率加大，人員流動性增強，存在很多安全隱患，如實驗室由于病原微生物保存不當(dāng)，造成病原體的傳播、擴散，甚至感染人或動物；另外在購買實驗動物時，部分無有效的檢疫證明，不能保證動物自身的健康；實驗時，由于操作不規(guī)范，造成人員的傷亡等。

1.4 實驗內(nèi)容單一、更新速度較慢

近年來主要以傳統(tǒng)實驗為主，傳統(tǒng)的實訓(xùn)由于很多因素的限制，實驗內(nèi)容比較單一、更新速度較慢，一些具有腐蝕性、污染性、損害性較大的實驗無法在實驗室開展，導(dǎo)致理論與實踐相脫節(jié)。虛擬仿真實驗的引入正好彌補了這個不足，它不受以上因素的限制，實驗內(nèi)容更新較快，學(xué)生還可以重復(fù)性的操作、實踐。

2 虛擬仿真系統(tǒng)技術(shù)在畜牧獸醫(yī)專業(yè)領(lǐng)域的可行性

虛擬仿真技術(shù)是多媒體技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它是在20世紀80年代新的虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是一門綜合集成技術(shù)，包括計算機圖形學(xué)、人機交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等。人們可以借助視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和運動感覺等多種感知能力與虛擬世界進行自然交互，從而獲得身臨其境的感覺，因此具有沉浸性、交互性、虛幻性和逼真性的特點[2，3]，其在畜牧專業(yè)實訓(xùn)中的優(yōu)勢有如下幾點:

2.1 遵循3R原則，減少了實驗動物的使用

3R原則即減少(Reduction)、替代(Replacement)和優(yōu)化(Refinement)的原則，虛擬仿真系統(tǒng)技術(shù)遵循了目前所廣泛倡導(dǎo)的3R理論，逐步減少對實驗動物的使用[4]。如動物解剖學(xué)，它作為畜牧獸醫(yī)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，具有內(nèi)容繁雜、抽象難記等特點。虛擬仿真系統(tǒng)在本課程的引入，不受空間或時間的限制，學(xué)生可以隨時進入實驗操作系統(tǒng)，模擬不同動物的器官、系統(tǒng)、組織，觀察其形態(tài)結(jié)構(gòu)、了解其生理功能，同時也解決了解剖學(xué)不重復(fù)和缺乏解剖樣本的問題。

2.2 打破了時空的局限性

虛擬仿真系統(tǒng)技術(shù)，不僅在時間和空間上開放，在實訓(xùn)內(nèi)容和實訓(xùn)方式上也是開放的。例如在動物病理及解剖學(xué)中，學(xué)生可以隨時從不同方向、角度對動物機體某一病理狀況實施調(diào)控、進行組織結(jié)構(gòu)剖解、觀察機體發(fā)病后的變化以及正常組織結(jié)構(gòu)與病變組織結(jié)構(gòu)的差異，從而激發(fā)學(xué)生的興趣，減少了傳統(tǒng)模式下實訓(xùn)的弊端，具有安全無風(fēng)險、效率高、動物機體疾病過程可調(diào)等優(yōu)點。

2.3 節(jié)約實驗室資源和成本

在傳統(tǒng)的實驗中，很多實驗在開展時，除了需要購買實驗儀器、設(shè)備等之外，還需要購買實驗耗材。而在虛擬仿真實驗中，除購買仿真系統(tǒng)外，不需要采購大型精密儀器，更不需要購買實驗耗材，教師也不需要提前準備實驗試劑，就可以為學(xué)生展示最前沿實驗方法和檢驗技術(shù)，節(jié)約了實驗成本，所有的學(xué)生均可進行動手操作，將理論與實踐有機的結(jié)合。

2.4 有利于學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)

操作虛擬仿真實驗時，學(xué)生需要提前查閱文獻、設(shè)計實驗、操作試驗等，對于出現(xiàn)實驗失敗的現(xiàn)象要學(xué)會分析原因，提高學(xué)生探索、實踐、團隊合作、溝通等綜合能力。

2.5 避免安全隱患

傳統(tǒng)實驗時，學(xué)生難免會接觸有毒、有害的化學(xué)試劑，或多或少對身體有損傷、損害；在利用活體動物進行實驗時有時出現(xiàn)傷亡、感染等現(xiàn)象。利用虛擬仿真實驗就會避免以上問題。

3 結(jié)語

虛擬仿真技術(shù)具有良好的交互性、開放性、共享性等特點[5]，將此技術(shù)應(yīng)用到畜牧獸醫(yī)專業(yè)，學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)由被動變?yōu)橹鲃?，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性?？傊?，依托虛擬仿真系統(tǒng)實驗技術(shù)，不僅提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新意識，而且為高等院校畜牧獸醫(yī)專業(yè)創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)做出重大貢獻。