組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的建設(shè)及應(yīng)用

華新宇，劉永濤，陳旭東，王曉蘭，袁科理，劉紅敏

（漯河醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校，河南 漯河 462000）

組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的建設(shè)及應(yīng)用

華新宇，劉永濤，陳旭東，王曉蘭，袁科理，劉紅敏

（漯河醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校，河南 漯河 462000）

闡述網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的概念及意義，分析構(gòu)建組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的必要性和可行性，介紹組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的基本框架、特點、關(guān)鍵技術(shù)以及在教學(xué)中的效果，指出組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室不僅解決了目前實驗教學(xué)資源不足、課時不夠等諸多難題，而且有效提高了學(xué)生實驗成績，為組織學(xué)實驗教學(xué)提供了新的模式和途徑，是傳統(tǒng)實驗教學(xué)重要的補(bǔ)充形式。

組織學(xué)；網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室；實驗教學(xué)

運用計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室進(jìn)行教學(xué)和研究是當(dāng)今教育和科研領(lǐng)域研究的一個熱點。網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室不需要實際的實驗儀器設(shè)備，只需用軟件來模擬各種儀器，通過鼠標(biāo)的點擊、拖曳虛擬系統(tǒng)里的各種虛擬儀器設(shè)備來完成實驗，具有逼真、形象、直觀、方便、可重復(fù)操作等優(yōu)點，是未來實驗教學(xué)和科研的一個重要發(fā)展方向。組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室就是利用網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室來進(jìn)行組織學(xué)的實驗教學(xué)，為組織學(xué)實驗教學(xué)提供了新的模式和途徑。

1 網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的概念及意義

網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室最早是由William Wulf教授在1989年提出的[1]，其內(nèi)容是以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為核心，將虛擬儀器設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析，遠(yuǎn)程操作的一個系統(tǒng)。它本質(zhì)上是一個無墻實驗室，操作者不受時空限制，能隨時隨地進(jìn)行虛擬實驗操作，共享儀器設(shè)備、數(shù)據(jù)和計算機(jī)資源，并且不同的操作者可以進(jìn)行分工協(xié)作或得到遠(yuǎn)程指導(dǎo)等。網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室實現(xiàn)了教學(xué)資源共享，可以有效彌補(bǔ)教學(xué)資源的不足，節(jié)省開支，能為學(xué)生提供更深、更廣的教學(xué)內(nèi)容；并且突破了時空限制，學(xué)生可以在宿舍、電子閱覽室等不同地點不同時間隨時隨地上機(jī)進(jìn)行實驗操作。另外，網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室可以將抽象的實驗內(nèi)容變得生動直觀，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣。因其具有諸多的優(yōu)點，各個國家特別是發(fā)達(dá)國家的網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室建設(shè)發(fā)展很快，目前在國內(nèi)也已經(jīng)成為教育改革的一個熱點。《教育部關(guān)于2013年深化教育領(lǐng)域綜合改革的意見》明確指出：“推進(jìn)信息技術(shù)與教學(xué)深度融合，改進(jìn)教育教學(xué)方式和教育管理方式，促進(jìn)教育公平與教育質(zhì)量提升。”因此，它必將推動和變革傳統(tǒng)的教育模式。

2 組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室建設(shè)的必要性及可行性

專科醫(yī)學(xué)院校的培養(yǎng)目標(biāo)是為基層醫(yī)療單位培養(yǎng)實用型、技能型的醫(yī)學(xué)人才，所以強(qiáng)調(diào)實用性知識和動手能力的傳授與培養(yǎng)，重視學(xué)生主動學(xué)習(xí)和掌握知識能力的訓(xùn)練。實驗教學(xué)是醫(yī)學(xué)教育中不可或缺的部分，能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題、解決問題的能力，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步提高實踐技能和動手能力，是實現(xiàn)專科醫(yī)學(xué)院校培養(yǎng)目標(biāo)的一個重要手段。但是傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)受實驗場地、實驗儀器、實驗時間等的限制，不能完全發(fā)揮實驗教學(xué)的優(yōu)勢功能。因此，尋找實驗教學(xué)的補(bǔ)充方式勢在必行，而網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的諸多優(yōu)點使之成為首選。

組織學(xué)是一門借助于顯微鏡技術(shù)研究機(jī)體微細(xì)結(jié)構(gòu)及其相關(guān)功能的微觀形態(tài)學(xué)科，具有很強(qiáng)的直觀性和實踐性。隨著高校辦學(xué)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，學(xué)生人數(shù)急劇增加，在校人數(shù)與有限的教學(xué)資源之間的供需矛盾日益突出。據(jù)教育部《2011年教育統(tǒng)計數(shù)據(jù)》顯示，目前已備案的普通高等學(xué)校為2 409所，在校研究生和本、專科學(xué)生為24 730 923人。傳統(tǒng)意義上的教學(xué)資源已很難滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。雖然我校形態(tài)實驗中心不斷改善條件，但仍不能滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的需求，突出表現(xiàn)在如下幾方面：一是高質(zhì)量的組織切片數(shù)量不足，導(dǎo)致一部分學(xué)生不能觀察到典型的組織結(jié)構(gòu)而收不到實驗教學(xué)效果；二是顯微鏡由于高負(fù)荷工作老化嚴(yán)重，維修跟不上，數(shù)量相對不足，導(dǎo)致一部分學(xué)生由于顯微鏡的故障不能達(dá)到實驗?zāi)康模蝗菍嶒炚n時不斷被壓縮，不能滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。因此，建立組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室具有十分重要的意義。

網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室因其良好的應(yīng)用前景，在世界各地迅速發(fā)展，雖然迄今不過20多年的發(fā)展歷史，但在不少領(lǐng)域已取得了突破性的進(jìn)展，特別是在理工類學(xué)科，其虛擬技術(shù)已經(jīng)比較成熟。然而，組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室國內(nèi)外還比較少見，類似的虛擬實驗室，比如猶他州大學(xué)的Webpath提供的遠(yuǎn)程教學(xué)，南京醫(yī)科大學(xué)的病理學(xué)遠(yuǎn)程虛擬實驗室，鄭州大學(xué)的局部解剖學(xué)虛擬實驗室等，僅僅可以為建立組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室提供有益的參考。與理工類虛擬實驗室相比，組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室不需要特別大的投入，我校形態(tài)實驗中心擁有的萊卡切片機(jī)、全自動掃描顯微鏡足以保證虛擬組織切片數(shù)據(jù)庫的建立。另外，虛擬實驗室所需要的技術(shù)主要包括演示型實驗和操作型實驗兩種[2]，前者技術(shù)較為簡單，后者涉及更多的交互技術(shù)，較前者復(fù)雜，而組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室側(cè)重于演示型，不需要特別復(fù)雜的交互技術(shù)。因此，組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室只需很少的投入和技術(shù)即可獲得良好的教學(xué)效果。

3 我校組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的基本框架及特點

我校組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室是以劉榮志主編的全國醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校“十二五”規(guī)劃教材《組織學(xué)與胚胎學(xué)》為藍(lán)本，依托互聯(lián)網(wǎng)建立起來的，基本框架包括虛擬組織切片、網(wǎng)上自測、BBS交流、網(wǎng)絡(luò)組織學(xué)資源、組織學(xué)技術(shù)等板塊。其中虛擬組織切片板塊是本網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的主體部分，這個板塊主界面由操作菜單、導(dǎo)航菜單、瀏覽窗口、文字說明窗口等部分組成，瀏覽窗口是顯示虛擬切片圖像的區(qū)域，占據(jù)界面的70%，文字說明窗口位于瀏覽窗口的下方，主要說明本張切片的觀察要點。操作菜單位于瀏覽窗口的上方，包含4個虛擬物鏡（4倍、10倍、40倍、100倍），1個無級變倍滑塊，1組標(biāo)注按鈕，1個測量按鈕和1個照相按鈕，通過操作菜單，學(xué)生不僅完全可以模擬實際顯微鏡觀察過程，而且能夠以任意倍數(shù)觀察。另外，還可以對特殊結(jié)構(gòu)進(jìn)行文字或幾何圖案標(biāo)注，并以圖片形式保存下來，方便其他時間隨時調(diào)閱。導(dǎo)航菜單位于瀏覽窗口的左側(cè)，平時呈隱藏狀態(tài)，需要時可將鼠標(biāo)移到屏幕左側(cè)即可顯示。該窗口主要是進(jìn)行更換切片，這里的虛擬切片是按章節(jié)排列的，符合學(xué)生日常學(xué)習(xí)習(xí)慣。另外，每個章節(jié)虛擬切片的種類和數(shù)量可以不斷更新和增加，以便學(xué)生及時看到最新、最典型的組織切片。網(wǎng)上自測板塊包括兩部分，一是實驗自測部分，本部分可以自動生成由10張組織切片構(gòu)成的實驗考試試卷，要求學(xué)生回答切片或者其中某特殊結(jié)構(gòu)的名稱；二是理論自測部分，本部分可以自動生成由20道單項選擇題構(gòu)成的理論考試試卷，本試卷基本涵蓋各章節(jié)的重點內(nèi)容，本板塊不僅每套試題是自動生成，而且可以自動評閱給出標(biāo)準(zhǔn)答案。BBS交流板塊是學(xué)生和教師的交流平臺，學(xué)生可以將學(xué)習(xí)中遇到的問題、疑惑、感想和經(jīng)驗在這里發(fā)布，教師給予答復(fù)。網(wǎng)絡(luò)組織學(xué)資源板塊包括組織學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)課件、教學(xué)錄像、自測題庫以及鏈接國內(nèi)外知名的組織學(xué)網(wǎng)站。組織學(xué)技術(shù)板塊介紹了一般組織切片的制作過程、HE染色、免疫組織化學(xué)技術(shù)等常見組織學(xué)技術(shù)，供有興趣的學(xué)生學(xué)習(xí)。

4 我校組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

經(jīng)過多方考察、研究，對比各種計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在建設(shè)虛擬實驗室中的應(yīng)用情況，課題組決定采用B/S系統(tǒng)架構(gòu)及動態(tài)開發(fā)語言相結(jié)合的技術(shù)方案。

4.1 基于B/S系統(tǒng)架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室

目前，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室所采用的軟件架構(gòu)主要有B/S和C/S兩種，B/S架構(gòu)是對C/S架構(gòu)的一種改進(jìn)。B/S架構(gòu)主要是利用不斷成熟的瀏覽器技術(shù)，結(jié)合瀏覽器的多種Script語言（VBScript、JavaScript等）和ActiveX技術(shù)，解決了C/S架構(gòu)客戶端過于臃腫及升級困難的問題，并且節(jié)約了開發(fā)成本，滿足了學(xué)生、教職員工在不同地理位置訪問虛擬實驗室的客觀要求，學(xué)生和教職員工甚至可使用智能手機(jī)登錄虛擬實驗室進(jìn)行學(xué)習(xí)。

4.2 基于ActiveX控件進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室

ActiveX技術(shù)是微軟將OLE技術(shù)應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)的一個實例，采用COM組件在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行交互的技術(shù)集，被廣泛地應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器以及網(wǎng)絡(luò)客戶端。采用ActiveX技術(shù)進(jìn)行組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室開發(fā)，可以使一個虛擬物鏡有效地被多個實驗環(huán)境所使用。

5 我校組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室使用效果

由于組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室有切片清晰典型、不受時間地點限制等優(yōu)點，學(xué)生普遍對此實驗教學(xué)形式表現(xiàn)出濃厚興趣。抽取我校臨床醫(yī)學(xué)、護(hù)理學(xué)、口腔醫(yī)學(xué)專業(yè)2012級650名學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，結(jié)果顯示，93%的學(xué)生愿意嘗試組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室；85%的學(xué)生認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室激發(fā)了自己對組織學(xué)與胚胎學(xué)的學(xué)習(xí)熱情，改變了自己的學(xué)習(xí)模式。對實施組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗教學(xué)的2012級各專業(yè)學(xué)生實驗成績與未實施組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗教學(xué)的2011級各專業(yè)學(xué)生實驗成績進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，2012級學(xué)生成績提高明顯，差異有顯著性（P＜0.05）。

組織學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗教學(xué)可以充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，更好地達(dá)成實驗教學(xué)目標(biāo)，但是網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗教學(xué)不能完全替代傳統(tǒng)實驗教學(xué)，需要在實際教學(xué)中掌握好尺度，讓兩種實驗教學(xué)模式相得益彰，從而有效提高實驗教學(xué)效果。

[1]Kouzes R T，Myers J D，Wulf W A.Collaboratories：Doing Science on the Internet[J].Computer，1996，29（8）：40-46.

[2]馬仕海.網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的構(gòu)建研究[J].中國電力教育，2013（1）：164-169.

G434

A

1671-1246（2014）03-0037-02

注：本文系2011年河南省衛(wèi)生職業(yè)教育教學(xué)改革項目（wjlx11017）