虛擬仿真技術在組織學實驗教學改革中的探討

遲雙會

（山東協(xié)和學院醫(yī)學院 山東·濟南 250000）

0 引言

虛擬仿真技術又稱為虛擬現(xiàn)實技術或模擬技術，是利用一個虛擬的系統(tǒng)模擬另一個現(xiàn)實系統(tǒng)的技術。隨著虛擬仿真技術的發(fā)展，將虛擬仿真技術應用于實驗教學是教育信息化的重要組成部分，虛擬仿真實驗教學建設是高校實驗教學改革的必然發(fā)展方向。[1]山東大學、哈爾濱醫(yī)科大學、山西醫(yī)科大學以及浙江中醫(yī)藥大學等高校，相繼建立了醫(yī)學形態(tài)學虛擬仿真實驗系統(tǒng)。虛擬仿真技術在實驗教學中的逐步應用，加速了組織學等形態(tài)學科的實驗課程從傳統(tǒng)教學模式向現(xiàn)代教學模式轉變，將現(xiàn)代信息技術融入高等教育課堂，為形態(tài)學實驗課程教學提供了高效率的教學和溝通手段。[2-4]

1 組織學實驗教學的傳統(tǒng)教學模式存在的問題

組織學作為一門醫(yī)學基礎課程，屬于形態(tài)學研究的范疇，具有課容量大和內容抽象的特點。傳統(tǒng)的組織學實驗課教學模式是教師結合板書繪圖的方式講解標本要點，學生每人一臺顯微鏡和一套標本，自己動手操作顯微鏡觀察標本。因此，傳統(tǒng)的組織學實驗教學存在很多問題。

（1）傳統(tǒng)的顯微鏡實驗教學對學生來說難度較大。組織學的課程一般是在大一上學期開設。對剛接觸人體結構的同學來說，從人體的多維立體結構到光學顯微鏡下平面結構的思維轉換需要一個很長的適應過程，而大一學生在理論課上知識的積累和掌握主要依賴于機械性的記憶來完成，沒有形成完整的理論知識體系。因此，讓大一學生直接接受傳統(tǒng)的顯微鏡實驗教學存在一定的難度。

（2）傳統(tǒng)的組織學實驗教學具有時空限制性。傳統(tǒng)的組織學實驗教學法是教師先示教需要掌握的切片，然后由學生自己進行觀察，并且繪制出顯微鏡下的圖像，同時學生遇到問題時由教師指導解答。雖然每次實驗課有2學時，但教師每次利用1課時進行示教講解，其余時間留給學生觀察切片、作圖。學生只有在組織學實驗室才能使用顯微鏡觀察玻璃切片，嚴重限制了學生自主學習的空間，且實驗課時有限，也限制了學生學習的時間，學生如果想在課后進行組織結構的觀察則很難實現(xiàn)。

（3）組織學實驗教學的標本內容具有一定的局限性。玻璃切片標本制作時，首先需要取材。受當今倫理學等因素影響，只好選擇與人的組織結構比較接近的體形較大的動物進行取材，用于制作標本。標本的制作過程也非常繁瑣復雜，教學使用的標本要求極高，實驗技術人員制作的標本必須具有典型的組織結構才能用于實驗課教學，使得標本制作的工作量相當大，有時甚至幾十片標本中才能有一張符合教學要求。有些特殊器官玻片標本如眼球、內耳等，需爭取學校的經(jīng)費支持，從生物標本廠直接購買。[5]

（4）傳統(tǒng)組織學實驗玻璃標本消耗量大。玻璃標本易褪色，無法永久保存，且在使用過程中易被打碎。由于高校擴招導致學生人數(shù)增加，造成了玻璃切片在實驗課使用過程中供不應求的狀況。因此，每年實驗技術人員需要制作大量玻璃標本用于補充實驗教學的需要，實驗成本相應提高。

2 將虛擬仿真實驗技術應用于組織學實驗教學改革的優(yōu)勢

由于虛擬仿真技術具有沉浸性、交互性、虛幻性和逼真性等優(yōu)點，為解決傳統(tǒng)組織學實驗教學中出現(xiàn)的問題，將虛擬仿真技術應用于組織學實驗教學改革具有明顯的優(yōu)勢。

（1）虛擬仿真實驗技術降低了組織學實驗教學的難度。虛擬仿真實驗技術可以承接解剖學與組織學，對各個器官的解剖結構進行進一步延伸，從器官到組織再到具體的細胞，讓學生從大體結構到微觀結構進行逐步觀察，形成一個循序漸進的體系，有利于學生掌握人體整體結構。[6]

（2）虛擬仿真實驗技術的應用打破了傳統(tǒng)組織學實驗的時空限制性。虛擬仿真技術具有交互性的優(yōu)點。實驗教學中，學生端使用的電腦和顯微鏡與教師端相連。教師端可以對每一臺數(shù)碼顯微鏡的實時圖像進行單獨調整，也可以把自己的圖像傳送給全體學生，或者把其中一個學生的圖像傳送給全體學生電腦，達到示范作用。教師示教講解切片的某個結構，學生在顯微鏡上可以同步觀察到該張切片的結構，[7]提高了學生的學習效率。通過虛擬仿真實驗教學平臺，學生可以在線上與教師進行交流，在線進行實驗課程學習。只要連接互聯(lián)網(wǎng)即可，不受實驗課時的限制，也不受實驗地點的限制，有利于學生自主學習，[8]也有利于培養(yǎng)學生的科研思路和創(chuàng)新能力。[9]

（3）虛擬仿真技術的應用豐富了組織學實驗教學的內容。利用虛擬仿真技術建立形態(tài)學實驗教學平臺，形態(tài)學教學平臺擁有組織學的虛擬數(shù)字切片庫，數(shù)字切片可達330張，涵蓋了上皮組織、結締組織、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)字切片可以為學生提供充足的實驗資源，可增加實驗教學項目，[10]解決普通實驗教學中標本內容局限的問題。

（4）虛擬仿真技術的應用降低了實驗教學的成本。由于數(shù)字切片標本可以重復利用、多次使用，解決了普通標本切片的褪色、易損耗問題。數(shù)字切片標本還可以在網(wǎng)上被多個學生同時使用，解決了普通切片標本不足的問題，節(jié)約了資源，降低了實驗成本。

（5）虛擬仿真技術的應用創(chuàng)新了實驗教學模式，注重學生科研思維和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)。虛擬仿真技術的應用豐富了學生的實驗內容，開拓了學生視野，有利于學生科研思維的培養(yǎng)。虛擬仿真技術的應用創(chuàng)新了實驗教學模式，更有利于翻轉課堂的實現(xiàn)。其中虛擬仿真教學系統(tǒng)支持學生隨時學習，可以進行虛擬讀片，助力教師信息化教學。這種改變調動了學生學習的積極性和主動性，激發(fā)了學生的學習興趣，促進了學生的自主學習，為大學生實踐和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)創(chuàng)造了一條新路。[11]

3 在組織學實驗教學改革中應用虛擬仿真實驗技術應該注意的問題

相對于傳統(tǒng)教學來說，虛擬仿真實驗技術的應用可使教學內容更加豐富?；邮降慕虒W模式活躍了課堂氣氛，充分調動了學生的積極性和主動性，教學效果顯著提高。但是，應用虛擬仿真實驗技術進行組織學教學還應該注意以下問題。

（1）加強校園網(wǎng)建設。傳統(tǒng)的組織學實驗教學在實驗室進行，與校園網(wǎng)關系不大。應用虛擬仿真實驗技術后，學生只要連上校園網(wǎng)就可以進行實驗課程學習，不受時空限制，但是會受到網(wǎng)絡設備和速度的限制。因此，應該加強校園網(wǎng)建設，改進服務器終端，提升網(wǎng)絡速度。

（2）虛擬仿真技術應該與傳統(tǒng)實驗教學模式相結合。在組織學實驗教學中，虛擬仿真技術是為實際教學服務的，“虛實結合，能實不虛”是基本原則。實驗中，凡是實驗室可以進行的實驗不用虛擬實驗；實驗室條件滿足不了教學時，用虛擬仿真的實驗作為補充。

（3）學生實踐能力的培養(yǎng)。相對于傳統(tǒng)的組織學實驗，學生可能更喜歡虛擬實驗，更喜歡利用虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)進行學習。但是，虛擬技術的應用容易忽略學生動手實踐能力的培養(yǎng)。因此，在實驗室可以進行的實際實驗操作前，可以先讓學生在課前用虛擬仿真系統(tǒng)進行實驗學習，然后在實驗課上動手操作，既可以培養(yǎng)學生的學習興趣，又有助于提高學生的實踐能力。

（4）加強教師培訓。虛擬仿真實驗系統(tǒng)是學校和企業(yè)合作開發(fā)的系統(tǒng)，系統(tǒng)的使用和維護分別由學校技術人員和企業(yè)相關人員共同承擔。然而，學校內很多任課教師不懂虛擬仿真技術，也不會使用虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)。因此，應用于教學前，應該對任課教師進行虛擬仿真技術和相關信息技術的培訓，以利于實現(xiàn)教學改革信息化。

4 結語

將虛擬仿真技術應用于組織學的實驗教學，構建虛擬仿真實驗教學平臺，不僅有利于組織學的實驗教學改革，還可以促進虛擬仿真實驗教學中心的建設。虛擬仿真實驗中心強調優(yōu)質資源的開放共享，建設體現(xiàn)各高校自身學科優(yōu)勢和專業(yè)特色的虛擬仿真實驗教學資源，在世界范圍內實行資源共享、在線學習和互動，推動新型智庫的建設。