数字化虚拟实验室在组胚教学中的应用

袁科理，王晓兰

（漯河医学高等专科学校，河南 漯河 462000）

数字化虚拟实验室是采用计算机虚拟技术对医学的实验现象、过程进行仿真，各模块相互支撑，构建了一个动态开放的虚拟实验平台[1]。根据自我需求构建的医学形态学虚拟实验室，已经成为实验积累、特色展示的一个良好交流平台。

随着现代技术和信息技术的发展及其在高等专科学校教学领域中的广泛应用，利用现代网络技术，构建数字化虚拟实验室教学平台已经成为新的教学理念。数字化虚拟实验室已在教育领域得到了广泛的应用，而在医学领域中，在组织学与胚胎学实验教学中应用较多。组织学是医学课程中的专业基础课，是研究人体细微结构及其相关功能的一门学科，胚胎学是研究人体发生发育规律的一门学科。作为一名医学生，只有系统掌握组胚的基本知识后，才能更好地学习和理解人体生理过程和病理现象。

1 数字化虚拟实验室

1.1 数字切片

数字切片也称虚拟切片，它是由上万个显微视场的图像拼接而成。数字切片制作系统是一套由全自动显微镜、数码摄像机、自动图像扫描采集软件、数字切片浏览软件和计算机系统组成的教学设备。对教学切片进行显微图像连续采集、图像融合、拼接、压缩、网络浏览等。数字切片观察不受实验室、时间、显微镜、切片的局限，只需上网浏览；结构典型，一致性好，不褪色，能永久保存，满足教学所需。以全自动显微镜为载体制成的数字切片库，在教学中可以实现切片数字化保存、虚拟显微镜浏览切片等功能。全自动显微镜的远程医疗模块可以提供方便、快捷的远程医疗和远程会诊功能。

1.2 大体标本的数字化建设

将形态典型、暴露良好、结构清晰的胚胎大体标本拍成数码照片输入电脑。采用有效像素1 000万的数码相机，在3 888×2 592分辨率下拍摄，并采用无损压缩格式。大体标本采用自然光拍摄，相机用三角架固定。标本的背景为深蓝色的棉布，深蓝色棉布吸水后在照片上形成黑色背景，且无反光现象。标本旁放置度量标尺，在典型部位可放上红色指针作为标识。

2 数字化虚拟实验室在组胚中的应用

2.1 在组织学中的应用

在讲解人体柱状细胞纤毛摆动、血液的流动等较抽象的知识的时候，利用虚拟实验室，使学生能够进入虚拟人体内部进行动态观察，以获得第一手知识。这样，便打破了只能依靠教师口头讲述的局面，大大提高了学生的理解力。

2.2 在胚胎学中的应用

利用数字化虚拟实验室，在课堂内就可以实现对胚胎发育的展示。学生可以在虚拟的“孕妇”身上对人胚胎的发生和早期发育进行全过程的了解，减少对实际孕妇和胎儿进行跟踪研究的不便。虚拟实验室还可以突破时间的限制，将一些需要很长时间才能观察到的变化过程，在很短的时间内就呈现给学生。以往对于各种危险的或危害人体的实验较难实现，而利用虚拟实验室则可随时控制过程的进度和速度，并可以反复操作，这是训练学生实践能力和测试学生处理病例实验水平的有效途径。它的应用大大降低了实验风险，填补了学生无法直接参与实验的空白，提高了教学质量。

2.3 在组胚实验指导方面的应用

在实验室，部分实验师不具备进行实验研究的能力，对于复杂或者有争议、难以确定的实验方案，可以借助远程指导系统，在了解实验目的和方案后，由高一级的实验师或其他学校专家在虚拟系统上调用相关数据并确定实验方案，以指导现场实验师的操作。

2.4 网络虚拟教学平台

通过虚拟教学平台，学生可以看到教师的上课视频、课件和电子教材，以提高虚拟教学效果。在这个虚拟平台中，学生可任意提问、讨论、提交作业，并获得反馈成绩。同时，在这个平台上还上传了很多与组胚相关的学习资源，包括多媒体教材《女性生殖生理与妊娠生理》、《心脏的基础与临床》等。虚拟教学平台把课件点播系统、学习参考资料库、在线辅导系统、智能答疑系统、网上作业系统、网上考试系统和课程管理模块整合起来，从资源共享性与教学内容的相关性、学习反馈、易操作性、对使用者的评价等方面进行考虑，增强了实时交互功能。通过该教学平台，加强了师生间的交流与学习，满足了学生个性化学习的需要，提高了其学习质量和效率。

2.5 娱乐型虚拟教学

为了将枯燥的知识兴趣化，我们在组胚实验教学中引入了带有娱乐性质的虚拟情境教学游戏以及针对单个知识点的虚拟教学课件等，如模仿人体的器官拼图游戏、组织器官与神经系统等的匹配游戏。将组胚教学与游戏相整合，通过“寓教于乐”的方式提高学生的学习积极性，达到主动构建知识、提高教学质量的目的。

2.6 在远程教育方面的应用

国内远程教育是通过互联网进行的实况或非实况的教学活动，最突出的特点在于非线形结构，即教与学双方的自由结合。如异地的学生可以通过网络在虚拟实验室模拟的现场学习人体受精，学生可以看到模拟精子的发育过程、精子头的细胞膜与卵细胞膜融合等。远程教育有效利用虚拟技术，不仅可以满足学生的多层次需求，还可实现组胚信息资源的数据共享。

2.7 考核模块

考核模块具有以下特点：（1）题库支持子题库（即类别）、试题难度，并可根据子题库、试题难度以及题型组成随机试卷，防止考生抄袭，保证考试的公正性；（2）自动控制时间，自动评分；（3）满足各种成绩统计与分析：分数平均分析、分数比较分析、难度平均分析、难度比较分析；（4）考核模块还具有视频监控和成绩查询等功能。复习模块包括知识点的讲解和自测题两部分内容，学生上网登录系统，在进入复习模块后可自由选择，既可复习各个章节的重要内容，又可选择性地做自测题，教师可以了解学生掌握知识的程度，从而强化教学效果[2]。

数字化虚拟实验室还是一项年轻的科学技术，尚存在很多有待解决的问题。但虚拟实验室开辟了富有发展潜力的领域，它会随着时间的推移日益完善，对以实践为主要特征的医学领域发挥的作用也将会越来越大。

[1]王东玲，谢百治，冯潇.虚拟现实技术在组胚学教学中的应用[J].中国医学教育技术，2010（1）:58-61.

[2]陶冬英，张岳灿.人体形态学实验教学评价体系的改革与思考[J].浙江医学教育，2010（2）:6-7.■