胡貴祥

摘要：為了增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)醫(yī)用物理學(xué)的興趣，提高學(xué)習(xí)效率，本文利用Flash進(jìn)行編程，開(kāi)發(fā)了5個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)用于課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)復(fù)習(xí)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室在空間和時(shí)間上的延伸。

關(guān)鍵詞：醫(yī)用物理學(xué)；虛擬實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；Flash

中圖分類(lèi)號(hào)：G642，O4-39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2017）09-0064-04

由于醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生對(duì)醫(yī)用物理學(xué)認(rèn)知不足，普遍對(duì)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)興趣較低，教學(xué)效果大打折扣。為了增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率，我們可利用Flash動(dòng)畫(huà)可交互的特點(diǎn)[1，2]，設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)，將醫(yī)用物理學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容及過(guò)程和相關(guān)知識(shí)形象生動(dòng)、淺顯易懂地表現(xiàn)出來(lái)，顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。[3]在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)操作，可以讓學(xué)生了解本實(shí)驗(yàn)的測(cè)量原理和測(cè)量過(guò)程。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中運(yùn)用虛擬技術(shù)分析實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，演示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法，展示實(shí)驗(yàn)結(jié)論，能有效地提高實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量。

為此，筆者專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了5個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)，用于課堂和實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)，并取得了不錯(cuò)的成效。

虛擬實(shí)驗(yàn)《旋光儀的使用》

虛擬實(shí)驗(yàn)《旋光儀的使用》目的是測(cè)量旋光溶液濃度和旋光度的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)界面如圖1所示，包括試管選擇、刻度盤(pán)調(diào)整、視野顯示、角度讀數(shù)等幾個(gè)部分。

實(shí)驗(yàn)中刻度盤(pán)可以快速調(diào)整也可以細(xì)調(diào)。在刻度盤(pán)圓環(huán)上單擊并拖動(dòng)鼠標(biāo)可以快速轉(zhuǎn)動(dòng)刻度盤(pán)?？潭缺P(pán)細(xì)調(diào)按鈕可以接受鼠標(biāo)單擊和雙擊。單擊按鈕調(diào)整0.05度，雙擊調(diào)整0.5度，而刻度盤(pán)快速調(diào)整最小單位也是0.5度。調(diào)整時(shí)刻度盤(pán)會(huì)有旋轉(zhuǎn)動(dòng)畫(huà)，同時(shí)左右游標(biāo)示數(shù)和目鏡中三蔭片視野各條紋亮暗程度也會(huì)相應(yīng)地做同步變化。在刻度盤(pán)圓環(huán)上單擊并拖動(dòng)鼠標(biāo)左鍵，調(diào)用下面這個(gè)函數(shù)：

通過(guò)選擇空白試樣、標(biāo)準(zhǔn)試樣和待測(cè)試樣，調(diào)整刻度盤(pán)使視野在暗視場(chǎng)狀態(tài)下出現(xiàn)三蔭片的條紋間邊界消失（此時(shí)各條紋亮度相同），讀取刻度盤(pán)讀數(shù)，與空白試樣的讀數(shù)相減，可以獲得標(biāo)準(zhǔn)試樣和待測(cè)試樣的旋光度，從而測(cè)得待測(cè)試樣的濃度。每次啟動(dòng)這個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)，待測(cè)試樣的濃度值會(huì)隨機(jī)設(shè)定，測(cè)得的數(shù)值都不一樣。

虛擬實(shí)驗(yàn)《超聲聲速測(cè)定實(shí)驗(yàn)》

《超聲聲速測(cè)定實(shí)驗(yàn)》在介紹了駐波法和相位法測(cè)聲速的原理后，可以在雙蹤示波器上設(shè)定雙蹤方式（駐波法）或者X-Y方式（相位法）兩種測(cè)量方式，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，主要包括頻率顯示、聲速測(cè)定儀的調(diào)整和刻度顯示、示波器波形選擇和顯示等三個(gè)部分。

測(cè)量界面的示波器、聲速測(cè)定儀、信號(hào)源間已經(jīng)正確連接完成。單擊聲速測(cè)定儀的接收探頭左移或右移按紐，示波器上的波形就會(huì)做相應(yīng)的改變，在駐波法方式下可以獲得一系列波形最高時(shí)的接收探頭的位置讀數(shù)，而在相位法時(shí)也可獲得李薩如圖形為正斜率直線時(shí)接收探頭的一系列位置讀數(shù)，利用逐差差處理數(shù)據(jù)，可得兩種測(cè)量方法下空氣中的聲波波長(zhǎng)和波速。探頭移動(dòng)有時(shí)需要慢速精確進(jìn)行，有時(shí)需要快速進(jìn)行。持續(xù)按住探頭左移或右移按鈕不松開(kāi)，探頭移動(dòng)速度逐漸加快，直到10倍于最初速度。

虛擬實(shí)驗(yàn)《用分光計(jì)測(cè)量衍射光的波長(zhǎng)》

在《用分光計(jì)測(cè)量衍射光的波長(zhǎng)》實(shí)驗(yàn)中，光柵在界面中央，分光計(jì)望遠(yuǎn)鏡可以繞光柵旋轉(zhuǎn)，角度游標(biāo)可同時(shí)顯示望遠(yuǎn)鏡位置，如圖3所示。

汞燈發(fā)出的復(fù)色光經(jīng)光柵衍射后獲得不同衍射角的單色光，移動(dòng)望遠(yuǎn)鏡到合適位置，在望遠(yuǎn)鏡目鏡的視野中用能顯示衍射條紋，游標(biāo)讀數(shù)為目鏡視野中央單色光的衍射位置，如此可以測(cè)量這些光的衍射角。分光計(jì)望遠(yuǎn)鏡的移動(dòng)采用按鈕形式，利用鼠標(biāo)中間的滾輪也可以移動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，這就大大增加了操作的便利性。

當(dāng)望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)到某一條衍射光位置時(shí)，視野內(nèi)觀察到的衍射條紋會(huì)相應(yīng)地動(dòng)態(tài)移入分劃板中心，同時(shí)主尺刻度盤(pán)配合左右游標(biāo)也能獲得相應(yīng)的讀數(shù)。望遠(yuǎn)鏡動(dòng)態(tài)移動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方式是利用setInterval函數(shù)設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)函數(shù)wyj_rota_to的自動(dòng)運(yùn)行時(shí)間間隔，使望遠(yuǎn)鏡在到達(dá)目的角度phi之前按setp距離連續(xù)增加，緩慢移動(dòng)，到達(dá)目的角度后執(zhí)行cleraInterval，使函數(shù)wyj_rota_to停止自動(dòng)運(yùn)行。

望遠(yuǎn)鏡視野的衍射條紋的移動(dòng)也可用同樣的方法實(shí)現(xiàn)，如此實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡和望遠(yuǎn)鏡視野都緩慢移動(dòng)到目的位置，使虛擬實(shí)驗(yàn)更逼真，界面更友好。由此可以讀出±1級(jí)、±2級(jí)和±3級(jí)衍射光的衍射角（各種色光的每一級(jí)衍射光都有上下兩條光線，望遠(yuǎn)鏡分別在上下兩個(gè)位置可以觀察到它們，測(cè)得的衍射角需要求出平均值），利用光柵方程就可得到這些光的波長(zhǎng)。

虛擬實(shí)驗(yàn)《測(cè)定液體的黏度》

《測(cè)定液體的黏度》根據(jù)已知的蒸餾水的黏度用比較法測(cè)量無(wú)水乙醇的黏度，實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示，主要包括烏氏黏度計(jì)和電子秒表兩個(gè)部分。選擇一種液體注入黏度計(jì)（蒸餾水或者無(wú)水乙醇），單擊“打氣”按鈕（未注入液體或注入液體未完成則“打氣”按鈕不可用），黏度計(jì)內(nèi)的液體充滿(mǎn)B、C兩個(gè)支管。給黏度計(jì)打氣后，“打氣”按鈕文字變成“放氣”。單擊“放氣”按鈕，C支管液體立即落下，B支管液面緩慢下降。通過(guò)一個(gè)下降的遮罩矩形實(shí)現(xiàn)液體液面的下降這個(gè)動(dòng)作，遮罩矩形下降的速度依據(jù)液體截面的大小進(jìn)行調(diào)整。

B管液面在m、n刻線之間啟動(dòng)和停止秒表，可得一次測(cè)量數(shù)據(jù)。水浴溫度數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)為在14～20攝氏度之間隨機(jī)取值，之后每一次為黏度計(jì)液體打氣，有一定概率使溫度上升0.1攝氏度，表示水浴溫度隨環(huán)境緩慢上升。實(shí)驗(yàn)中使用到的水的黏度和密度、乙醇的密度，可以在單擊“查附表”按鈕后顯示。這樣用戶(hù)可以用內(nèi)插法獲得整數(shù)帶一位小數(shù)位的攝氏溫度下的黏度和密度數(shù)值，就可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算了。

虛擬實(shí)驗(yàn)《長(zhǎng)度測(cè)量實(shí)驗(yàn)》

《長(zhǎng)度測(cè)量實(shí)驗(yàn)》操作界面如上頁(yè)圖5所示，包括游標(biāo)卡尺的使用和千分尺的使用。先練習(xí)用游標(biāo)卡尺測(cè)量圓筒的內(nèi)外徑、長(zhǎng)度、深度和用千分尺測(cè)量圓柱的直徑和高，學(xué)習(xí)游標(biāo)卡尺和千分尺數(shù)據(jù)的測(cè)讀方法。然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用千分尺測(cè)量長(zhǎng)桿圓柱的直徑和用游標(biāo)卡尺測(cè)量圓柱的長(zhǎng)度，計(jì)算圓柱體積，并用測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差和不確定度的學(xué)習(xí)和計(jì)算。用兩種工具測(cè)量時(shí)，形成的讀數(shù)的最后一位會(huì)加減一個(gè)隨機(jī)數(shù)，使每次測(cè)量數(shù)據(jù)都略有差別。

在實(shí)驗(yàn)課前，筆者將相關(guān)虛擬實(shí)驗(yàn)程序提供給學(xué)生，并告訴學(xué)生在校園網(wǎng)上也可以進(jìn)行操作，之后學(xué)生可自主選擇時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M。這對(duì)于課前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，充分搞清實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過(guò)程和儀器設(shè)備的使用，建立實(shí)驗(yàn)前的直觀認(rèn)識(shí)和課后復(fù)習(xí)，鞏固所學(xué)內(nèi)容都有極大的好處，并能使廣大學(xué)生有更多的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)，幫助他們親身感受、理解知識(shí)的產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程，學(xué)會(huì)收集、處理信息，提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，也實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室空間和時(shí)間的延伸。