虛擬仿真技術(shù)在組織學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的探討

遲雙會(huì)

（山東協(xié)和學(xué)院醫(yī)學(xué)院 山東·濟(jì)南 250000）

0 引言

虛擬仿真技術(shù)又稱為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或模擬技術(shù)，是利用一個(gè)虛擬的系統(tǒng)模擬另一個(gè)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)。隨著虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教育信息化的重要組成部分，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)是高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的必然發(fā)展方向。[1]山東大學(xué)、哈爾濱醫(yī)科大學(xué)、山西醫(yī)科大學(xué)以及浙江中醫(yī)藥大學(xué)等高校，相繼建立了醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。虛擬仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的逐步應(yīng)用，加速了組織學(xué)等形態(tài)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)課程從傳統(tǒng)教學(xué)模式向現(xiàn)代教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，將現(xiàn)代信息技術(shù)融入高等教育課堂，為形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)提供了高效率的教學(xué)和溝通手段。[2-4]

1 組織學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問題

組織學(xué)作為一門醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課程，屬于形態(tài)學(xué)研究的范疇，具有課容量大和內(nèi)容抽象的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的組織學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式是教師結(jié)合板書繪圖的方式講解標(biāo)本要點(diǎn)，學(xué)生每人一臺(tái)顯微鏡和一套標(biāo)本，自己動(dòng)手操作顯微鏡觀察標(biāo)本。因此，傳統(tǒng)的組織學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在很多問題。

（1）傳統(tǒng)的顯微鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生來說難度較大。組織學(xué)的課程一般是在大一上學(xué)期開設(shè)。對(duì)剛接觸人體結(jié)構(gòu)的同學(xué)來說，從人體的多維立體結(jié)構(gòu)到光學(xué)顯微鏡下平面結(jié)構(gòu)的思維轉(zhuǎn)換需要一個(gè)很長(zhǎng)的適應(yīng)過程，而大一學(xué)生在理論課上知識(shí)的積累和掌握主要依賴于機(jī)械性的記憶來完成，沒有形成完整的理論知識(shí)體系。因此，讓大一學(xué)生直接接受傳統(tǒng)的顯微鏡實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在一定的難度。

（2）傳統(tǒng)的組織學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有時(shí)空限制性。傳統(tǒng)的組織學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)法是教師先示教需要掌握的切片，然后由學(xué)生自己進(jìn)行觀察，并且繪制出顯微鏡下的圖像，同時(shí)學(xué)生遇到問題時(shí)由教師指導(dǎo)解答。雖然每次實(shí)驗(yàn)課有2學(xué)時(shí)，但教師每次利用1課時(shí)進(jìn)行示教講解，其余時(shí)間留給學(xué)生觀察切片、作圖。學(xué)生只有在組織學(xué)實(shí)驗(yàn)室才能使用顯微鏡觀察玻璃切片，嚴(yán)重限制了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的空間，且實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限，也限制了學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)間，學(xué)生如果想在課后進(jìn)行組織結(jié)構(gòu)的觀察則很難實(shí)現(xiàn)。

（3）組織學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的標(biāo)本內(nèi)容具有一定的局限性。玻璃切片標(biāo)本制作時(shí)，首先需要取材。受當(dāng)今倫理學(xué)等因素影響，只好選擇與人的組織結(jié)構(gòu)比較接近的體形較大的動(dòng)物進(jìn)行取材，用于制作標(biāo)本。標(biāo)本的制作過程也非常繁瑣復(fù)雜，教學(xué)使用的標(biāo)本要求極高，實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員制作的標(biāo)本必須具有典型的組織結(jié)構(gòu)才能用于實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，使得標(biāo)本制作的工作量相當(dāng)大，有時(shí)甚至幾十片標(biāo)本中才能有一張符合教學(xué)要求。有些特殊器官玻片標(biāo)本如眼球、內(nèi)耳等，需爭(zhēng)取學(xué)校的經(jīng)費(fèi)支持，從生物標(biāo)本廠直接購買。[5]

（4）傳統(tǒng)組織學(xué)實(shí)驗(yàn)玻璃標(biāo)本消耗量大。玻璃標(biāo)本易褪色，無法永久保存，且在使用過程中易被打碎。由于高校擴(kuò)招導(dǎo)致學(xué)生人數(shù)增加，造成了玻璃切片在實(shí)驗(yàn)課使用過程中供不應(yīng)求的狀況。因此，每年實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員需要制作大量玻璃標(biāo)本用于補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，實(shí)驗(yàn)成本相應(yīng)提高。

2 將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用于組織學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的優(yōu)勢(shì)

由于虛擬仿真技術(shù)具有沉浸性、交互性、虛幻性和逼真性等優(yōu)點(diǎn)，為解決傳統(tǒng)組織學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中出現(xiàn)的問題，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于組織學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

（1）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)降低了組織學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的難度。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)可以承接解剖學(xué)與組織學(xué)，對(duì)各個(gè)器官的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步延伸，從器官到組織再到具體的細(xì)胞，讓學(xué)生從大體結(jié)構(gòu)到微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐步觀察，形成一個(gè)循序漸進(jìn)的體系，有利于學(xué)生掌握人體整體結(jié)構(gòu)。[6]

（2）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用打破了傳統(tǒng)組織學(xué)實(shí)驗(yàn)的時(shí)空限制性。虛擬仿真技術(shù)具有交互性的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生端使用的電腦和顯微鏡與教師端相連。教師端可以對(duì)每一臺(tái)數(shù)碼顯微鏡的實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整，也可以把自己的圖像傳送給全體學(xué)生，或者把其中一個(gè)學(xué)生的圖像傳送給全體學(xué)生電腦，達(dá)到示范作用。教師示教講解切片的某個(gè)結(jié)構(gòu)，學(xué)生在顯微鏡上可以同步觀察到該張切片的結(jié)構(gòu)，[7]提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生可以在線上與教師進(jìn)行交流，在線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)。只要連接互聯(lián)網(wǎng)即可，不受實(shí)驗(yàn)課時(shí)的限制，也不受實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)的限制，有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)，[8]也有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研思路和創(chuàng)新能力。[9]

（3）虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用豐富了組織學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容。利用虛擬仿真技術(shù)建立形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，形態(tài)學(xué)教學(xué)平臺(tái)擁有組織學(xué)的虛擬數(shù)字切片庫，數(shù)字切片可達(dá)330張，涵蓋了上皮組織、結(jié)締組織、肌組織、神經(jīng)組織、循環(huán)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)。大量的數(shù)字切片可以為學(xué)生提供充足的實(shí)驗(yàn)資源，可增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，[10]解決普通實(shí)驗(yàn)教學(xué)中標(biāo)本內(nèi)容局限的問題。

（4）虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成本。由于數(shù)字切片標(biāo)本可以重復(fù)利用、多次使用，解決了普通標(biāo)本切片的褪色、易損耗問題。數(shù)字切片標(biāo)本還可以在網(wǎng)上被多個(gè)學(xué)生同時(shí)使用，解決了普通切片標(biāo)本不足的問題，節(jié)約了資源，降低了實(shí)驗(yàn)成本。

（5）虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)新了實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，注重學(xué)生科研思維和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用豐富了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，開拓了學(xué)生視野，有利于學(xué)生科研思維的培養(yǎng)。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)新了實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，更有利于翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)現(xiàn)。其中虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)支持學(xué)生隨時(shí)學(xué)習(xí)，可以進(jìn)行虛擬讀片，助力教師信息化教學(xué)。這種改變調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，為大學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)創(chuàng)造了一條新路。[11]

3 在組織學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)該注意的問題

相對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)來說，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用可使教學(xué)內(nèi)容更加豐富。互動(dòng)式的教學(xué)模式活躍了課堂氣氛，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，教學(xué)效果顯著提高。但是，應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行組織學(xué)教學(xué)還應(yīng)該注意以下問題。

（1）加強(qiáng)校園網(wǎng)建設(shè)。傳統(tǒng)的組織學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，與校園網(wǎng)關(guān)系不大。應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)后，學(xué)生只要連上校園網(wǎng)就可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)，不受時(shí)空限制，但是會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和速度的限制。因此，應(yīng)該加強(qiáng)校園網(wǎng)建設(shè)，改進(jìn)服務(wù)器終端，提升網(wǎng)絡(luò)速度。

（2）虛擬仿真技術(shù)應(yīng)該與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式相結(jié)合。在組織學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，虛擬仿真技術(shù)是為實(shí)際教學(xué)服務(wù)的，“虛實(shí)結(jié)合，能實(shí)不虛”是基本原則。實(shí)驗(yàn)中，凡是實(shí)驗(yàn)室可以進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)不用虛擬實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)室條件滿足不了教學(xué)時(shí)，用虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)作為補(bǔ)充。

（3）學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。相對(duì)于傳統(tǒng)的組織學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可能更喜歡虛擬實(shí)驗(yàn)，更喜歡利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)。但是，虛擬技術(shù)的應(yīng)用容易忽略學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力的培養(yǎng)。因此，在實(shí)驗(yàn)室可以進(jìn)行的實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作前，可以先讓學(xué)生在課前用虛擬仿真系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，然后在實(shí)驗(yàn)課上動(dòng)手操作，既可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又有助于提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

（4）加強(qiáng)教師培訓(xùn)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是學(xué)校和企業(yè)合作開發(fā)的系統(tǒng)，系統(tǒng)的使用和維護(hù)分別由學(xué)校技術(shù)人員和企業(yè)相關(guān)人員共同承擔(dān)。然而，學(xué)校內(nèi)很多任課教師不懂虛擬仿真技術(shù)，也不會(huì)使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。因此，應(yīng)用于教學(xué)前，應(yīng)該對(duì)任課教師進(jìn)行虛擬仿真技術(shù)和相關(guān)信息技術(shù)的培訓(xùn)，以利于實(shí)現(xiàn)教學(xué)改革信息化。

4 結(jié)語

將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于組織學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，不僅有利于組織學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，還可以促進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心強(qiáng)調(diào)優(yōu)質(zhì)資源的開放共享，建設(shè)體現(xiàn)各高校自身學(xué)科優(yōu)勢(shì)和專業(yè)特色的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，在世界范圍內(nèi)實(shí)行資源共享、在線學(xué)習(xí)和互動(dòng)，推動(dòng)新型智庫的建設(shè)。