數(shù)字化虛擬實驗室在組胚教學(xué)中的應(yīng)用

袁科理，王曉蘭

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

數(shù)字化虛擬實驗室是采用計算機虛擬技術(shù)對醫(yī)學(xué)的實驗現(xiàn)象、過程進行仿真，各模塊相互支撐，構(gòu)建了一個動態(tài)開放的虛擬實驗平臺[1]。根據(jù)自我需求構(gòu)建的醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)虛擬實驗室，已經(jīng)成為實驗積累、特色展示的一個良好交流平臺。

隨著現(xiàn)代技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展及其在高等?？茖W(xué)校教學(xué)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建數(shù)字化虛擬實驗室教學(xué)平臺已經(jīng)成為新的教學(xué)理念。數(shù)字化虛擬實驗室已在教育領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，在組織學(xué)與胚胎學(xué)實驗教學(xué)中應(yīng)用較多。組織學(xué)是醫(yī)學(xué)課程中的專業(yè)基礎(chǔ)課，是研究人體細(xì)微結(jié)構(gòu)及其相關(guān)功能的一門學(xué)科，胚胎學(xué)是研究人體發(fā)生發(fā)育規(guī)律的一門學(xué)科。作為一名醫(yī)學(xué)生，只有系統(tǒng)掌握組胚的基本知識后，才能更好地學(xué)習(xí)和理解人體生理過程和病理現(xiàn)象。

1 數(shù)字化虛擬實驗室

1.1 數(shù)字切片

數(shù)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(shù)字切片制作系統(tǒng)是一套由全自動顯微鏡、數(shù)碼攝像機、自動圖像掃描采集軟件、數(shù)字切片瀏覽軟件和計算機系統(tǒng)組成的教學(xué)設(shè)備。對教學(xué)切片進行顯微圖像連續(xù)采集、圖像融合、拼接、壓縮、網(wǎng)絡(luò)瀏覽等。數(shù)字切片觀察不受實驗室、時間、顯微鏡、切片的局限，只需上網(wǎng)瀏覽；結(jié)構(gòu)典型，一致性好，不褪色，能永久保存，滿足教學(xué)所需。以全自動顯微鏡為載體制成的數(shù)字切片庫，在教學(xué)中可以實現(xiàn)切片數(shù)字化保存、虛擬顯微鏡瀏覽切片等功能。全自動顯微鏡的遠(yuǎn)程醫(yī)療模塊可以提供方便、快捷的遠(yuǎn)程醫(yī)療和遠(yuǎn)程會診功能。

1.2 大體標(biāo)本的數(shù)字化建設(shè)

將形態(tài)典型、暴露良好、結(jié)構(gòu)清晰的胚胎大體標(biāo)本拍成數(shù)碼照片輸入電腦。采用有效像素1 000萬的數(shù)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(biāo)本采用自然光拍攝，相機用三角架固定。標(biāo)本的背景為深藍(lán)色的棉布，深藍(lán)色棉布吸水后在照片上形成黑色背景，且無反光現(xiàn)象。標(biāo)本旁放置度量標(biāo)尺，在典型部位可放上紅色指針作為標(biāo)識。

2 數(shù)字化虛擬實驗室在組胚中的應(yīng)用

2.1 在組織學(xué)中的應(yīng)用

在講解人體柱狀細(xì)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(xué)生能夠進入虛擬人體內(nèi)部進行動態(tài)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(xué)生的理解力。

2.2 在胚胎學(xué)中的應(yīng)用

利用數(shù)字化虛擬實驗室，在課堂內(nèi)就可以實現(xiàn)對胚胎發(fā)育的展示。學(xué)生可以在虛擬的“孕婦”身上對人胚胎的發(fā)生和早期發(fā)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(nèi)就呈現(xiàn)給學(xué)生。以往對于各種危險的或危害人體的實驗較難實現(xiàn)，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(fù)操作，這是訓(xùn)練學(xué)生實踐能力和測試學(xué)生處理病例實驗水平的有效途徑。它的應(yīng)用大大降低了實驗風(fēng)險，填補了學(xué)生無法直接參與實驗的空白，提高了教學(xué)質(zhì)量。

2.3 在組胚實驗指導(dǎo)方面的應(yīng)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(fù)雜或者有爭議、難以確定的實驗方案，可以借助遠(yuǎn)程指導(dǎo)系統(tǒng)，在了解實驗?zāi)康暮头桨负?，由高一級的實驗師或其他學(xué)校專家在虛擬系統(tǒng)上調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)并確定實驗方案，以指導(dǎo)現(xiàn)場實驗師的操作。

2.4 網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)平臺

通過虛擬教學(xué)平臺，學(xué)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(xué)效果。在這個虛擬平臺中，學(xué)生可任意提問、討論、提交作業(yè)，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(guān)的學(xué)習(xí)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(chǔ)與臨床》等。虛擬教學(xué)平臺把課件點播系統(tǒng)、學(xué)習(xí)參考資料庫、在線輔導(dǎo)系統(tǒng)、智能答疑系統(tǒng)、網(wǎng)上作業(yè)系統(tǒng)、網(wǎng)上考試系統(tǒng)和課程管理模塊整合起來，從資源共享性與教學(xué)內(nèi)容的相關(guān)性、學(xué)習(xí)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(xué)平臺，加強了師生間的交流與學(xué)習(xí)，滿足了學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的需要，提高了其學(xué)習(xí)質(zhì)量和效率。

2.5 娛樂型虛擬教學(xué)

為了將枯燥的知識興趣化，我們在組胚實驗教學(xué)中引入了帶有娛樂性質(zhì)的虛擬情境教學(xué)游戲以及針對單個知識點的虛擬教學(xué)課件等，如模仿人體的器官拼圖游戲、組織器官與神經(jīng)系統(tǒng)等的匹配游戲。將組胚教學(xué)與游戲相整合，通過“寓教于樂”的方式提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，達(dá)到主動構(gòu)建知識、提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

2.6 在遠(yuǎn)程教育方面的應(yīng)用

國內(nèi)遠(yuǎn)程教育是通過互聯(lián)網(wǎng)進行的實況或非實況的教學(xué)活動，最突出的特點在于非線形結(jié)構(gòu)，即教與學(xué)雙方的自由結(jié)合。如異地的學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)在虛擬實驗室模擬的現(xiàn)場學(xué)習(xí)人體受精，學(xué)生可以看到模擬精子的發(fā)育過程、精子頭的細(xì)胞膜與卵細(xì)胞膜融合等。遠(yuǎn)程教育有效利用虛擬技術(shù)，不僅可以滿足學(xué)生的多層次需求，還可實現(xiàn)組胚信息資源的數(shù)據(jù)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(jù)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(tǒng)計與分析：分?jǐn)?shù)平均分析、分?jǐn)?shù)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(jiān)控和成績查詢等功能。復(fù)習(xí)模塊包括知識點的講解和自測題兩部分內(nèi)容，學(xué)生上網(wǎng)登錄系統(tǒng)，在進入復(fù)習(xí)模塊后可自由選擇，既可復(fù)習(xí)各個章節(jié)的重要內(nèi)容，又可選擇性地做自測題，教師可以了解學(xué)生掌握知識的程度，從而強化教學(xué)效果[2]。

數(shù)字化虛擬實驗室還是一項年輕的科學(xué)技術(shù)，尚存在很多有待解決的問題。但虛擬實驗室開辟了富有發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)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(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮的作用也將會越來越大。

[1]王東玲，謝百治，馮瀟.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在組胚學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2010（1）:58-61.

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