數字化虛擬實驗室在組胚教學中的應用

袁科理，王曉蘭

（漯河醫學高等?？茖W校，河南 漯河 462000）

數字化虛擬實驗室是采用計算機虛擬技術對醫學的實驗現象、過程進行仿真，各模塊相互支撐，構建了一個動態開放的虛擬實驗平臺[1]。根據自我需求構建的醫學形態學虛擬實驗室，已經成為實驗積累、特色展示的一個良好交流平臺。

隨著現代技術和信息技術的發展及其在高等?？茖W校教學領域中的廣泛應用，利用現代網絡技術，構建數字化虛擬實驗室教學平臺已經成為新的教學理念。數字化虛擬實驗室已在教育領域得到了廣泛的應用，而在醫學領域中，在組織學與胚胎學實驗教學中應用較多。組織學是醫學課程中的專業基礎課，是研究人體細微結構及其相關功能的一門學科，胚胎學是研究人體發生發育規律的一門學科。作為一名醫學生，只有系統掌握組胚的基本知識后，才能更好地學習和理解人體生理過程和病理現象。

1 數字化虛擬實驗室

1.1 數字切片

數字切片也稱虛擬切片，它是由上萬個顯微視場的圖像拼接而成。數字切片制作系統是一套由全自動顯微鏡、數碼攝像機、自動圖像掃描采集軟件、數字切片瀏覽軟件和計算機系統組成的教學設備。對教學切片進行顯微圖像連續采集、圖像融合、拼接、壓縮、網絡瀏覽等。數字切片觀察不受實驗室、時間、顯微鏡、切片的局限，只需上網瀏覽；結構典型，一致性好，不褪色，能永久保存，滿足教學所需。以全自動顯微鏡為載體制成的數字切片庫，在教學中可以實現切片數字化保存、虛擬顯微鏡瀏覽切片等功能。全自動顯微鏡的遠程醫療模塊可以提供方便、快捷的遠程醫療和遠程會診功能。

1.2 大體標本的數字化建設

將形態典型、暴露良好、結構清晰的胚胎大體標本拍成數碼照片輸入電腦。采用有效像素1 000萬的數碼相機，在3 888×2 592分辨率下拍攝，并采用無損壓縮格式。大體標本采用自然光拍攝，相機用三角架固定。標本的背景為深藍色的棉布，深藍色棉布吸水后在照片上形成黑色背景，且無反光現象。標本旁放置度量標尺，在典型部位可放上紅色指針作為標識。

2 數字化虛擬實驗室在組胚中的應用

2.1 在組織學中的應用

在講解人體柱狀細胞纖毛擺動、血液的流動等較抽象的知識的時候，利用虛擬實驗室，使學生能夠進入虛擬人體內部進行動態觀察，以獲得第一手知識。這樣，便打破了只能依靠教師口頭講述的局面，大大提高了學生的理解力。

2.2 在胚胎學中的應用

利用數字化虛擬實驗室，在課堂內就可以實現對胚胎發育的展示。學生可以在虛擬的“孕婦”身上對人胚胎的發生和早期發育進行全過程的了解，減少對實際孕婦和胎兒進行跟蹤研究的不便。虛擬實驗室還可以突破時間的限制，將一些需要很長時間才能觀察到的變化過程，在很短的時間內就呈現給學生。以往對于各種危險的或危害人體的實驗較難實現，而利用虛擬實驗室則可隨時控制過程的進度和速度，并可以反復操作，這是訓練學生實踐能力和測試學生處理病例實驗水平的有效途徑。它的應用大大降低了實驗風險，填補了學生無法直接參與實驗的空白，提高了教學質量。

2.3 在組胚實驗指導方面的應用

在實驗室，部分實驗師不具備進行實驗研究的能力，對于復雜或者有爭議、難以確定的實驗方案，可以借助遠程指導系統，在了解實驗目的和方案后，由高一級的實驗師或其他學校專家在虛擬系統上調用相關數據并確定實驗方案，以指導現場實驗師的操作。

2.4 網絡虛擬教學平臺

通過虛擬教學平臺，學生可以看到教師的上課視頻、課件和電子教材，以提高虛擬教學效果。在這個虛擬平臺中，學生可任意提問、討論、提交作業，并獲得反饋成績。同時，在這個平臺上還上傳了很多與組胚相關的學習資源，包括多媒體教材《女性生殖生理與妊娠生理》、《心臟的基礎與臨床》等。虛擬教學平臺把課件點播系統、學習參考資料庫、在線輔導系統、智能答疑系統、網上作業系統、網上考試系統和課程管理模塊整合起來，從資源共享性與教學內容的相關性、學習反饋、易操作性、對使用者的評價等方面進行考慮，增強了實時交互功能。通過該教學平臺，加強了師生間的交流與學習，滿足了學生個性化學習的需要，提高了其學習質量和效率。

2.5 娛樂型虛擬教學

為了將枯燥的知識興趣化，我們在組胚實驗教學中引入了帶有娛樂性質的虛擬情境教學游戲以及針對單個知識點的虛擬教學課件等，如模仿人體的器官拼圖游戲、組織器官與神經系統等的匹配游戲。將組胚教學與游戲相整合，通過“寓教于樂”的方式提高學生的學習積極性，達到主動構建知識、提高教學質量的目的。

2.6 在遠程教育方面的應用

國內遠程教育是通過互聯網進行的實況或非實況的教學活動，最突出的特點在于非線形結構，即教與學雙方的自由結合。如異地的學生可以通過網絡在虛擬實驗室模擬的現場學習人體受精，學生可以看到模擬精子的發育過程、精子頭的細胞膜與卵細胞膜融合等。遠程教育有效利用虛擬技術，不僅可以滿足學生的多層次需求，還可實現組胚信息資源的數據共享。

2.7 考核模塊

考核模塊具有以下特點：（1）題庫支持子題庫（即類別）、試題難度，并可根據子題庫、試題難度以及題型組成隨機試卷，防止考生抄襲，保證考試的公正性；（2）自動控制時間，自動評分；（3）滿足各種成績統計與分析：分數平均分析、分數比較分析、難度平均分析、難度比較分析；（4）考核模塊還具有視頻監控和成績查詢等功能。復習模塊包括知識點的講解和自測題兩部分內容，學生上網登錄系統，在進入復習模塊后可自由選擇，既可復習各個章節的重要內容，又可選擇性地做自測題，教師可以了解學生掌握知識的程度，從而強化教學效果[2]。

數字化虛擬實驗室還是一項年輕的科學技術，尚存在很多有待解決的問題。但虛擬實驗室開辟了富有發展潛力的領域，它會隨著時間的推移日益完善，對以實踐為主要特征的醫學領域發揮的作用也將會越來越大。

[1]王東玲，謝百治，馮瀟.虛擬現實技術在組胚學教學中的應用[J].中國醫學教育技術，2010（1）:58-61.

[2]陶冬英，張岳燦.人體形態學實驗教學評價體系的改革與思考[J].浙江醫學教育，2010（2）:6-7.■