組織學網絡虛擬實驗室的建設及應用

華新宇，劉永濤，陳旭東，王曉蘭，袁科理，劉紅敏

（漯河醫學高等專科學校，河南 漯河 462000）

組織學網絡虛擬實驗室的建設及應用

華新宇，劉永濤，陳旭東，王曉蘭，袁科理，劉紅敏

（漯河醫學高等專科學校，河南 漯河 462000）

闡述網絡虛擬實驗室的概念及意義，分析構建組織學網絡虛擬實驗室的必要性和可行性，介紹組織學網絡虛擬實驗室的基本框架、特點、關鍵技術以及在教學中的效果，指出組織學網絡虛擬實驗室不僅解決了目前實驗教學資源不足、課時不夠等諸多難題，而且有效提高了學生實驗成績，為組織學實驗教學提供了新的模式和途徑，是傳統實驗教學重要的補充形式。

組織學；網絡虛擬實驗室；實驗教學

運用計算機和互聯網技術構建網絡虛擬實驗室進行教學和研究是當今教育和科研領域研究的一個熱點。網絡虛擬實驗室不需要實際的實驗儀器設備，只需用軟件來模擬各種儀器，通過鼠標的點擊、拖曳虛擬系統里的各種虛擬儀器設備來完成實驗，具有逼真、形象、直觀、方便、可重復操作等優點，是未來實驗教學和科研的一個重要發展方向。組織學網絡虛擬實驗室就是利用網絡虛擬實驗室來進行組織學的實驗教學，為組織學實驗教學提供了新的模式和途徑。

1 網絡虛擬實驗室的概念及意義

網絡虛擬實驗室最早是由William Wulf教授在1989年提出的[1]，其內容是以計算機網絡為核心，將虛擬儀器設備通過網絡連接起來，以實現數據采集、分析，遠程操作的一個系統。它本質上是一個無墻實驗室，操作者不受時空限制，能隨時隨地進行虛擬實驗操作，共享儀器設備、數據和計算機資源，并且不同的操作者可以進行分工協作或得到遠程指導等。網絡虛擬實驗室實現了教學資源共享，可以有效彌補教學資源的不足，節省開支，能為學生提供更深、更廣的教學內容；并且突破了時空限制，學生可以在宿舍、電子閱覽室等不同地點不同時間隨時隨地上機進行實驗操作。另外，網絡虛擬實驗室可以將抽象的實驗內容變得生動直觀，激發學生的學習熱情和興趣。因其具有諸多的優點，各個國家特別是發達國家的網絡虛擬實驗室建設發展很快，目前在國內也已經成為教育改革的一個熱點。《教育部關于2013年深化教育領域綜合改革的意見》明確指出：“推進信息技術與教學深度融合，改進教育教學方式和教育管理方式，促進教育公平與教育質量提升。”因此，它必將推動和變革傳統的教育模式。

2 組織學網絡虛擬實驗室建設的必要性及可行性

專科醫學院校的培養目標是為基層醫療單位培養實用型、技能型的醫學人才，所以強調實用性知識和動手能力的傳授與培養，重視學生主動學習和掌握知識能力的訓練。實驗教學是醫學教育中不可或缺的部分，能夠更好地培養學生獨立分析問題、解決問題的能力，促進學生進一步提高實踐技能和動手能力，是實現專科醫學院校培養目標的一個重要手段。但是傳統的醫學實驗教學受實驗場地、實驗儀器、實驗時間等的限制，不能完全發揮實驗教學的優勢功能。因此，尋找實驗教學的補充方式勢在必行，而網絡虛擬實驗室的諸多優點使之成為首選。

組織學是一門借助于顯微鏡技術研究機體微細結構及其相關功能的微觀形態學科，具有很強的直觀性和實踐性。隨著高校辦學規模的不斷擴大，學生人數急劇增加，在校人數與有限的教學資源之間的供需矛盾日益突出。據教育部《2011年教育統計數據》顯示，目前已備案的普通高等學校為2 409所，在校研究生和本、專科學生為24 730 923人。傳統意義上的教學資源已很難滿足學生的學習需求。雖然我校形態實驗中心不斷改善條件，但仍不能滿足學生學習的需求，突出表現在如下幾方面：一是高質量的組織切片數量不足，導致一部分學生不能觀察到典型的組織結構而收不到實驗教學效果；二是顯微鏡由于高負荷工作老化嚴重，維修跟不上，數量相對不足，導致一部分學生由于顯微鏡的故障不能達到實驗目的；三是實驗課時不斷被壓縮，不能滿足學生學習的需要。因此，建立組織學網絡虛擬實驗室具有十分重要的意義。

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

3 我校組織學網絡虛擬實驗室的基本框架及特點

我校組織學網絡虛擬實驗室是以劉榮志主編的全國醫學高等專科學校“十二五”規劃教材《組織學與胚胎學》為藍本，依托互聯網建立起來的，基本框架包括虛擬組織切片、網上自測、BBS交流、網絡組織學資源、組織學技術等板塊。其中虛擬組織切片板塊是本網絡虛擬實驗室的主體部分，這個板塊主界面由操作菜單、導航菜單、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域，占據界面的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組標注按鈕，1個測量按鈕和1個照相按鈕，通過操作菜單，學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觀察。另外，還可以對特殊結構進行文字或幾何圖案標注，并以圖片形式保存下來，方便其他時間隨時調閱。導航菜單位于瀏覽窗口的左側，平時呈隱藏狀態，需要時可將鼠標移到屏幕左側即可顯示。該窗口主要是進行更換切片，這里的虛擬切片是按章節排列的，符合學生日常學習習慣。另外，每個章節虛擬切片的種類和數量可以不斷更新和增加，以便學生及時看到最新、最典型的組織切片。網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張組織切片構成的實驗考試試卷，要求學生回答切片或者其中某特殊結構的名稱；二是理論自測部分，本部分可以自動生成由20道單項選擇題構成的理論考試試卷，本試卷基本涵蓋各章節的重點內容，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準答案。BBS交流板塊是學生和教師的交流平臺，學生可以將學習中遇到的問題、疑惑、感想和經驗在這里發布，教師給予答復。網絡組織學資源板塊包括組織學課程標準、教學課件、教學錄像、自測題庫以及鏈接國內外知名的組織學網站。組織學技術板塊介紹了一般組織切片的制作過程、HE染色、免疫組織化學技術等常見組織學技術，供有興趣的學生學習。

4 我校組織學網絡虛擬實驗室應用的關鍵技術

經過多方考察、研究，對比各種計算機、網絡技術在建設虛擬實驗室中的應用情況，課題組決定采用B/S系統架構及動態開發語言相結合的技術方案。

4.1 基于B/S系統架構的網絡虛擬實驗室

目前，構建網絡虛擬實驗室所采用的軟件架構主要有B/S和C/S兩種，B/S架構是對C/S架構的一種改進。B/S架構主要是利用不斷成熟的瀏覽器技術，結合瀏覽器的多種Script語言（VBScript、JavaScript等）和ActiveX技術，解決了C/S架構客戶端過于臃腫及升級困難的問題，并且節約了開發成本，滿足了學生、教職員工在不同地理位置訪問虛擬實驗室的客觀要求，學生和教職員工甚至可使用智能手機登錄虛擬實驗室進行學習。

4.2 基于ActiveX控件進行系統開發的網絡虛擬實驗室

ActiveX技術是微軟將OLE技術應用到網絡的一個實例，采用COM組件在網絡環境中進行交互的技術集，被廣泛地應用于網絡服務器以及網絡客戶端。采用ActiveX技術進行組織學網絡虛擬實驗室開發，可以使一個虛擬物鏡有效地被多個實驗環境所使用。

5 我校組織學網絡虛擬實驗室使用效果

由于組織學網絡虛擬實驗室有切片清晰典型、不受時間地點限制等優點，學生普遍對此實驗教學形式表現出濃厚興趣。抽取我校臨床醫學、護理學、口腔醫學專業2012級650名學生進行問卷調查，結果顯示，93%的學生愿意嘗試組織學網絡虛擬實驗室；85%的學生認為網絡虛擬實驗室激發了自己對組織學與胚胎學的學習熱情，改變了自己的學習模式。對實施組織學網絡虛擬實驗教學的2012級各專業學生實驗成績與未實施組織學網絡虛擬實驗教學的2011級各專業學生實驗成績進行統計學分析，2012級學生成績提高明顯，差異有顯著性（P＜0.05）。

組織學網絡虛擬實驗教學可以充分發揮網絡的優勢，更好地達成實驗教學目標，但是網絡虛擬實驗教學不能完全替代傳統實驗教學，需要在實際教學中掌握好尺度，讓兩種實驗教學模式相得益彰，從而有效提高實驗教學效果。

[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.網絡虛擬實驗室的構建研究[J].中國電力教育，2013（1）：164-169.

G434

A

1671-1246（2014）03-0037-02

注：本文系2011年河南省衛生職業教育教學改革項目（wjlx11017）