发挥生物机能实验系统作用提高机能实验教学效果

文章编号：1009―5519(209)19―3031―03　中图分类号：R19　文献标识码：B

高校实验室是培养高素质创新人才的重要场所，对培养学生的科学思维、实践能力和创新精神有着不可替代的作用。在现代电子技术和计算机技术快速发展的今天，实验仪器的微机化、数字化是仪器的发展趋势。我院机能学实验室于2002年建设了7个微机化教学实验室，配置了40余台套成都泰盟科技有限公司生产的BL－410生物机能实验系统，安装了局域网和Winschool多媒体广播教学系统。这种实验条件下的实验教学，加速了机能实验教学改革的步伐，有利于实验方法的改进、新实验内容的开辟、定性实验向定量实验方向改变、实验效率的提高和实验数据的智能处理。为提高医学机能实验教学质量，培养高素质的医学创新人才，提供了良好的实验教学平台。

1 现代生物机能实验系统的基本原理

生物机能实验系统是指实验者可以通过该系统观察、记录生物体内或离体标本的各种生物电信号以及张力、压力和呼吸等生物非电信号。其原理是：首先将原始的生物机能信号，包括通过电极输入的生物电信号和通过传感器引入的生物非电信号进行放大、滤波等处理，然后对处理的信号通过模数转换进行数字化并将数字化后的生物机能信号传输到计算机内部，计算机则通过专用的生物机能实验系统软件接收从生物信号放大、采集硬件传人的数字信号。然后对这些收到的信号进行实时处理，一方面进行生物机能信号波形的显示，另一方面进行生物机能信号的实时存贮，另外，它还要根据操作者的命令对数据进行指定的处理和分析。对于存贮在计算机内部的实验数据，生物机能实验系统软件可以随时将其调出进行观察和分析。还可以将重要的实验波形和分析数据进行打印。

2 利用生物机能实验系统探索新的实验方法

上世纪末我国医学院校在医学基础课程实验教学中，多数仍沿袭前苏联上世纪50年代教学模式，通常以单课程开设实验教学，而且往往存在着实验室隶属于教研室的状况。教师进行的实验教学活动，一般通过讲授实验目的、要求、操作步骤和利用普通实验仪器开展动物等实验。实验目的只是单纯性的验证理论，实验方法和手段也存在陈旧落后的弊端。例如，兔失血性休克及其抢救教学实验，观察指标通常有动脉血压、中心静脉压、呼吸运动、尿量等。20世纪八九十年代，用2道生理记录仪做这一实验时，由于受仪器设备等条件的限制，只能记录动脉血压、呼吸运动2项指标，中心静脉压则用水检压计目测，尿量是通过导尿管人工计滴数，或用量筒计量，欲在某一时间同步观察前述4项指标很不方便。本世纪初，生物机能系统进入实验室，用其多次摸索实验时发现，将生物机能实验系统软件进行改写、筛选与其配套使用的高灵敏度传感器和自制记漓器，可同步观察、记录前述4项指标。因此建议生产厂家在实验系统软件中增加了测量中心静脉压用的计量单位cmH2O和定标设置，mmHg、kPa与cmH2O计量单位的换算，以及失血性休克及其抢救实验模块的预置等。用探索、改进后的实验方法，动脉血压、中心静脉压、呼吸运动、尿量同步显示于显示器屏幕上，可准确定量测量任意时间4项指标的相关数据，这样可比较某一时刻4项指标的相互关系，便于提高学生观察、思考、分析、综合问题的能力。发挥生物机能实验系统在教学实验中的优势，利用这一资源来提高实验效果。

3 利用生物机能实验系统探索综合实验

要培养基础扎实、知识面宽、能力强、各方面素质得到和谐发展的高素质人才，要求学生具有较强的应用知识分析、解决问题的能力和科学思维能力。通过探索开设机能综合性实验。建立机能学相关学科相互交叉、融合的教学体系，有助于培养学生科学思维和综合应用知识能力。例如心输出量测定是评价心脏功能的常用指标。做传统教学实验，即观察前、后负荷对心输出量的影响时，改变前、后负荷分别用直尺测量心脏距贮液瓶进气管口和水柱压力计出液管口的高度，心输出量用量筒计量。影响实验成功的因素较多，效果不理想。探索用机能实验系统进行实验，将静脉、动脉插管分别连接压力传感器输入计算机生物机能实验系统，通过屏幕实时观测，定量地改变蟾蜍离体在位心脏前负荷(灌流压力)、后负荷(主动脉压力)，通过自制的记滴器输入计算机生物机能实验系统，可自动量化记录心输出量，同步记录心率、心肌收缩力、心电图，其测量结果优于传统的记录方法。利用低钙任氏液灌流心脏减少钙离子内流，降低心肌收缩力，制备全心襄模型。在此基础上，固定最适前负荷，定量地改变后负荷观察对心功能的影响。再用神经递质或强心药进行抢救，观察对心功能的恢复。这样形成一个综合实验，使学生在实验过程中通过定量改变蟾蜍离体在位心脏前、后负荷，观察记录对心脏功能的影响，可进一步理解前负荷、后负荷、心泵功能的相互关系，这不仅有助于学生理解和掌握心脏生理、病理生理知识以及药物对心泵功能的影响，还有益于培养学生跨学科综合知识的能力。同时通过扩充计算机生物机能实验系统的功能。改进传统的实验记录方法，开设综合性机能实验，信号经过微机处理同步显示，直观性强，且结果更具客观性，这有利于提高学生的实验兴趣，有利于培养学生掌握和运用现代化实验技术和方法的能力。

4　利用生物机能实验系统发挥机能实验的启发性、创新性和高效性作用

利用生物机能实验系统能同步记录、分析5种生物信号(液滴流量在1通道上缘显示，不单独占用通道)的功能。并将结果清晰的显示于学生面前，使学生对基础理论知识由抽象理解转变为直观理解，加强了对知识的记忆能力。同时还可以监听生物电信号，如减压神经、膈神经放电，通过视觉、听觉，对学生多重感官产生刺激，如血压的升降、骨骼肌平滑肌的舒缩、神经放电频率的快慢等。正确显著的实验结果，调动学生学习的主动性和积极性。实验过程激发了学生对医学理论知识探索欲望，此现象是学生努力探求知识。积极参与的一种主动向上的心理，这种心理能驱动他们对医学理论去寻觅，去发现，去创造。学生会在机能实验的教学活动情境中充分挖掘大脑潜能，主动去观察、思考和想像。利用生物机能实验系统独特的双视显示功能，可实现实时实验生物波形与实验记录存储生物波形同时对比观察，引导学生比较、分析每一项观察项目的实验结果，及时分析、处理非预期实验结果。提高学生科学、严谨的实验态度以及分析、解决问题的能力，利用Winschool多媒体广播教学系统的监视、控制功能，教师及时查看每组学生的实验情况，并可将理想的实验结果演示给其它组看，避免以往许多学生围着一台设备而看不见的状态。优化了教学氛围，使师生之间的信息交流变得丰富而生动。学生致力于这样一个和谐的教学环境之中，学习兴趣得到了极大的提高。机能实验将生理、病理生理、药理传统实验课程转换成为以3学科合一的、课堂理论为基础，生物机能实验系统为工具，动物为实验对象，学生实践为中心的现代化教学模式。既加强了对医学生综合素质的培养和提高，又能使教学效率和教学质量得到了事半功倍的成效。

近七八年来，扩充生物机能实验系统的功能，利用其探索新的实验方法，开设综合性机能实验，保证了实验结果的客观性、直观性和灵敏性。这样提高了学生的观察理解能力、逻辑思维能力、实际操作能力、综合分析问题及解决问题的能力。极大地调动了学生的积极性，使其对实验中的新现象、新问题产生浓厚的兴趣，创造性思维得到充分的发挥，达到了增强教学效果、提高教学质量的目的。