組織學(xué)與胚胎學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建

王健君，李曉敏，鐘樹(shù)志，彭彥霄，吳敏

（皖南醫(yī)學(xué)院1組織學(xué)與胚胎學(xué)教研室，2病理學(xué)教研室，蕪湖 241002）

組織學(xué)與胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)是組織學(xué)與胚胎學(xué)教學(xué)中的重要組成部分。實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠加深醫(yī)學(xué)生對(duì)組織學(xué)與胚胎學(xué)知識(shí)的掌握，能夠鍛煉基本技能和研究思維。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以完成教學(xué)要求和內(nèi)容為目標(biāo)，綜合應(yīng)用多媒體、大數(shù)據(jù)、三維建模、人工智能、人機(jī)交互、傳感器、超級(jí)計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、云計(jì)算等網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化技術(shù)手段，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的吸引力和教學(xué)有效度[1]。在現(xiàn)代教育信息化常態(tài)下，著力提升信息技術(shù)與組織學(xué)與胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)深度融合的意識(shí)、使用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的能力和水平勢(shì)在必行[2]。

1 傳統(tǒng)的組織學(xué)與胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有局限性

傳統(tǒng)的組織學(xué)與胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要按照實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱要求，按擬定好的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單純地進(jìn)行講授式講解，學(xué)生一直處于被灌輸?shù)臓顟B(tài)，實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容單調(diào)，多為驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，未能與發(fā)育生物學(xué)、解剖學(xué)、病理學(xué)、婦產(chǎn)科學(xué)、兒科學(xué)等醫(yī)學(xué)其它課程知識(shí)充分融合，具有局限性。此外，健康人體組織切片獲取困難，制作切片本身存在污染環(huán)境和影響師生健康的因素，尤其是胚胎學(xué)部分許多實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，受實(shí)驗(yàn)資源、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)條件的限制，我國(guó)醫(yī)學(xué)類院校極少開(kāi)設(shè)。學(xué)生在課上有限的時(shí)間里機(jī)械性地完成實(shí)驗(yàn)，缺乏創(chuàng)新性、主動(dòng)性及課外體驗(yàn)，不能很好的鍛煉思維能力，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力得不到應(yīng)有的提高。

開(kāi)展組織學(xué)與胚胎學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，例如模擬開(kāi)展胚胎的培養(yǎng)發(fā)育以及致畸實(shí)驗(yàn)，不僅可以拓展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，開(kāi)闊知識(shí)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)無(wú)時(shí)間、空間限制的模擬實(shí)驗(yàn)，還可以強(qiáng)化學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本技能和激發(fā)學(xué)生求知欲，對(duì)于提高學(xué)生的綜合水平，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維，鍛煉專業(yè)技能等方面具有重要意義。

2 組織學(xué)與胚胎學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建

我教研室近年來(lái)一直巧妙應(yīng)用教育信息技術(shù)，大力促進(jìn)組織學(xué)與胚胎學(xué)教學(xué)改革創(chuàng)新[3,4]。目前我院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)（http://xnsy.wnmc.edu.cn/）基礎(chǔ)架構(gòu)已經(jīng)基本搭建完畢（圖1），現(xiàn)平臺(tái)已可以正常運(yùn)行，平臺(tái)目前包含病理生理學(xué)、藥理學(xué)、生理學(xué)、寄生蟲(chóng)學(xué)、微生物學(xué)與免疫學(xué)、人體實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)儀器等項(xiàng)目共174個(gè)教學(xué)模塊，平臺(tái)還支持布置作業(yè)、網(wǎng)絡(luò)考試、預(yù)約實(shí)驗(yàn)室、論壇等功能。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)面向全校臨床醫(yī)學(xué)、法醫(yī)學(xué)、口腔醫(yī)學(xué)、麻醉學(xué)、醫(yī)學(xué)影像學(xué)、預(yù)防醫(yī)學(xué)、護(hù)理學(xué)等22個(gè)專業(yè)的醫(yī)學(xué)生開(kāi)放。該平臺(tái)為組織學(xué)與胚胎學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的構(gòu)建與應(yīng)用提供了一個(gè)極其便捷的途徑，我們只需要做好組織學(xué)與胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊的構(gòu)建設(shè)計(jì)及制作，然后上傳至平臺(tái)即可運(yùn)行。

圖1 皖南醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)控制平臺(tái)Fig.1 Virtual network control platform for Basic Medical experimental teaching of Wannan Medical College

3 組織學(xué)與胚胎學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)

虛擬實(shí)驗(yàn)界面包含虛擬動(dòng)畫(huà)區(qū)域，工具欄，提示語(yǔ)區(qū)。虛擬動(dòng)畫(huà)操作在虛擬動(dòng)畫(huà)區(qū)域展示，工具欄中放置交互中所需選擇的物品；提示語(yǔ)區(qū)放置操作中的提示文字。組織學(xué)部分虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，我們以學(xué)習(xí)泌尿系統(tǒng)器官—腎臟為例進(jìn)行介紹，實(shí)驗(yàn)的主要目的掌握腎臟的微細(xì)結(jié)構(gòu)，熟悉腎臟內(nèi)血液形成尿液的過(guò)程，了解腎臟常見(jiàn)病的病因及病理變化。場(chǎng)景儀器有人的左右腎臟、腎臟的組織切片、擺放光學(xué)顯微鏡的實(shí)驗(yàn)臺(tái)。過(guò)程如下：推開(kāi)實(shí)驗(yàn)室門(mén)，展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室整體場(chǎng)景，特寫(xiě)實(shí)驗(yàn)中所需要的儀器。配音響起“同學(xué)，你好！腎臟是泌尿系統(tǒng)的重要組成器官，也是由血液生成尿液的主要場(chǎng)所。那么，它的組織結(jié)構(gòu)是怎樣的呢？下面就讓我們通過(guò)顯微鏡觀察腎臟切片來(lái)認(rèn)識(shí)它?！庇赡I炎、腎衰竭、腎結(jié)石、腎囊腫等人體腎臟常見(jiàn)病例激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓展臨床內(nèi)外科知識(shí)，介紹人體腎臟解剖結(jié)構(gòu)，取材后做好組織切片，在顯微鏡下觀察并掌握腎臟的微細(xì)結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)熟悉腎臟內(nèi)血液形成尿液的過(guò)程。

胚胎學(xué)部分虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，我們以受精卵由胚到胎的發(fā)育過(guò)程及致畸敏感期受致畸因素影響為例進(jìn)行介紹，實(shí)驗(yàn)的主要目的掌握受精、胚泡的形成和植入，熟悉三胚層的分化和胚體的形成，了解致畸因素作用后最易發(fā)生畸形的發(fā)育時(shí)期。場(chǎng)景儀器有人的生殖器官睪丸和卵巢、精子及卵子動(dòng)畫(huà)圖片、擺放子宮模型的實(shí)驗(yàn)臺(tái)、胚胎標(biāo)本（圖2）。過(guò)程如下：推開(kāi)實(shí)驗(yàn)室門(mén)，展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室整體場(chǎng)景，特寫(xiě)實(shí)驗(yàn)中的所需要的儀器。配音響起“同學(xué)，你好！作為個(gè)體的人是如何來(lái)到人世間的，其外形、體內(nèi)的系統(tǒng)、器官、組織、細(xì)胞是如何發(fā)生演化的呢？下面就讓我們通過(guò)胚胎不同時(shí)期的立體形態(tài)（三維結(jié)構(gòu)）來(lái)認(rèn)識(shí)它?！庇纱搅?、先天性心臟病、失聰、腦癱等兒童常見(jiàn)病例激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓展臨床知識(shí)，回顧生殖系統(tǒng)器官睪丸和卵巢的組織結(jié)構(gòu)，依次介紹精子與卵子的產(chǎn)生、相遇結(jié)合成受精卵的過(guò)程，通過(guò)植入動(dòng)畫(huà)掌握胚泡的發(fā)育形成，胚胎標(biāo)本觀察三胚層的分化過(guò)程，思考如何預(yù)防致畸因素所致先天性畸形（圖3）。

圖2 胚胎標(biāo)本Fig.2 Embryonic specimens

圖3 畸胎Fig.3 Teras

通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)來(lái)完成組織學(xué)與胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制，學(xué)生能在逼真的虛擬教學(xué)環(huán)境中學(xué)習(xí)組織學(xué)和胚胎學(xué)相關(guān)知識(shí)，教學(xué)效果顯著，受益面大，學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣濃厚，能夠提高自主學(xué)習(xí)能力及實(shí)踐創(chuàng)新能力。同時(shí)，教研室可以借助虛擬仿真教學(xué)手段，開(kāi)展一些由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源不足、實(shí)驗(yàn)室生物安全問(wèn)題而不能開(kāi)設(shè)的教學(xué)內(nèi)容。這種教學(xué)方式既不需要消耗大量的雞胚等實(shí)驗(yàn)耗材、也無(wú)需指導(dǎo)教師的反復(fù)重復(fù)講解，在節(jié)約教學(xué)資源與教學(xué)師資的情況下，可以很好地完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，也大大地拓寬了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作思維。目前由于數(shù)字化、智能化技術(shù)手段還有一定的不足之處，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目還不能完全替代真實(shí)的實(shí)驗(yàn)[5]。

綜上，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與真實(shí)的實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、相輔相成，才能真正提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性和主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和潛能，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造能力，符合培養(yǎng)新時(shí)代醫(yī)師人才要求。