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摘要:　生物机能实验系统是新一代基于计算机技术的实验仪器。它以中文Windows为操作平台,集生物信号的记录、显示、储存和分析于一体,具有操作简单、结果直观稳定可信等特点,广泛应用于生命科学的研究与教学过程。本文介绍了BL- 420生物机能实验系统的构成元件和工作原理,以及在生理学实验教学中的实际使用情况。

关键词:　生物机能实验系统　生理学　实验教学

Abstract:　The biofunction laboratory system,such as BL-420 system,is a next-generation,computer-based laboratory tool for life science research and teaching.ItworkswithWindows operating system and interface with computer viaUSB,providing date record,display,storage and analysis in one unit.It is intuitive,stable,reliable and easy to use. The component and mechanism of BL-420 system and the application to experiment teaching of physiology are introduced in this article.

Key words:　biofunction laboratory system　physiology　experiment teaching 　　

生理学是一门实验性学科,实验教学是生理学教学的重要组成部分,对提高学生素质、培养创新能力起着至关重要的作用。实验的顺利进行依赖于敏感、精确的实验设备。传统的生理学实验仪器一般由4大部分组成,即刺激系统(如电子刺激器等)、探测系统(如玻璃微电极、换能器等)、信号调节系统 (如放大器等)和显示记录系统(如记纹鼓、示波器、二道生理记录仪等)。这些电子仪器存在操作繁杂费时、精确度低、实验结果无法保存及进行智能处理等缺点〔1,2〕,限制了生理学实验研究的发展。

计算机技术在生理学实验中的应用,加速了生理学实验改革的步伐,有利于实验方法的改进、新实验内容的开辟和实验效率的提高。生物机能实验系统是新近开发的微机化、智能化实验仪器,它集生物信号的放大、采集、显示、储存和分析于一体,操作简单,结果精确,必将取代过时的电子实验仪器。我校于2002年在机能实验室配备了12套BioLab-420 生物机能实验系统(以下简称BL-420系统),本文就这一系统的构成元件、工作原理、应用范围和实际使用情况做一简述。

1　构成元件及其特点

BL-420系统是成都泰盟科技有限公司的产品,由以下3个主要部分构成:(1)IBM兼容机;(2) BL-420系统硬件;(3)BL-NewCentury生物信号显示与处理软件。其系统硬件的集成电路模块含有4 通道程控放大器,可同时记录4道生物信号并提供刺激、监视功能,信噪比高。系统软件基于中文 Win98平台,模拟化界面易学易用,具备强大的实验数据实时处理和统计功能,与Win98实现数据共享, 同时支持网络,可进行网络课室教学。用于教学,系统内含生理学实验所需的所有实验模块,预设了各种实验的条件参数,不熟悉电脑的人员也可快捷地展开实验。

2　工作原理

系统采用多CPU并行工作,硬件完成对各种快速生物电信号(如心电、肌电、脑电)与慢速非电生物信号(如血压、张力、呼吸)的调理、放大,并进行模/数(A/D)转换,使之进入计算机。软件则对已经数字化了的生物信号进行显示、记录、存储、处理及打印输出,同时对系统各部分进行控制,与操作者进行人机对话。工作基本原理如图1。

3　应用范围

由于BL-420系统具有操作简单、精确度高、数据处理方便等优点,它既可用于生理学、病理生理学及药理学的实验教学,也可用于相关学科的科学研究。根据“三理”实验教学要求,BL-420预设了肌肉神经实验、循环实验、呼吸实验、消化实验、感觉器官实验、中枢神经实验、泌尿实验以及其它实验8大类共33个实验模块。选择某个实验模块后,系统将自动设置该实验所需的各项参数,并自动启动数据采样,直接进入到实验状态,简化了实验步骤,使教学实验更直观、方便及迅速。科研工作者也可根据实验具体情况,自行选择4个通道的输入信号类型, 设置相应的实验参数,并可通过实践将理想的实验条件存为配置文件,供以后调用,大大节省设置时间并保持实验条件的一致性,确保科研实验的顺利开展。

4　使用情况

基于此平台,我教研室对2002级医疗大专和护理大专共479名学员进行了第一轮生理学实验教学。根据教学大纲要求,考虑到师资力量及学时数限制等客观因素,主要开展了“期前收缩和代偿间歇”(2学时)、“家兔动脉血压的调节”(3学时)、“家兔呼吸运动的调节”(3学时)3项机能学实验,共计 8学时。

实验前组织学生观看该系统附带《生理学多媒体模拟实验》中的相关内容,使学员对实验原理和过程有初步认识,在进行实验时不至于束手无策。上课时教员根据实验指导,重点讲解实验关键步骤、影响实验正常进行的主要问题和注意事项,学员参照实验录像,完全按实验要求自行操作,需要自己动手对动物进行手术操作、标本制备,学习各类电极和换能器的使用以及实验数据的读取和处理等。教员从旁监督指导,最后作系统总结,并要求学生完成完整的实验报告。从实施情况看,80%的实验组在规定时间内独立完成实验,获得较满意的实验结果,另 20%的实验组在教员的协助下能够解决实验过程中遇到的有关问题并完成实验。

在整个实验过程中, 绝大多数学员表现出强烈的动手兴趣,思维活跃,学习的积极性和主动性被充分调动。经课后调查,多数学员表示:通过此种实验方式不仅能够学到一定的计算机知识和动物实验的基本操作技术,也加深了对于生理学理论知识的理解,有助于培养独立解决实验问题的能力和严谨的科学工作态度。在实验教学过程中,我们切实感受到,计算机生物机能实验系统与传统的实验手段相比具有无可比拟的优势。它彻底改变了目前生理学实验教学的被动局面,可参与性强,消除了实验过程中出现的故障率高、干扰因素多、实验结果数据误差大等弊端,确保实验成功率,提高了实验效率。随着软件开发的不断完善,计算机生物机能实验系统无疑将成为生理学实验教学最好的帮手。

参考文献

1　沈岳良,孙文陵.常用实验仪器.见:沈岳良主编.现代生理学实验教程.北京:科学出版社,2002.17