虚拟仿真实验在组织学教学中的应用*

王少兰 李 涛 范 妤 刘 芳

（陕西中医药大学基础医学院组织学与胚胎学教研室，咸阳 712046）

虚拟仿真实验是借助虚拟现实、计算机仿真、多媒体和人机交互等现代技术，通过构建高仿真的实验环境和对象，让“网上做实验”和“虚拟做真实验”成为现实，实现对传统实验资源的远程访问和高效共享[1]。开展虚拟仿真实验教学不受时空限制，并且可以完成真实实验设备不具备或难以实现的教学内容，因此，虚拟仿真技术已被广泛地应用于医学院校的教学和科研领域，成为高等医学改革的发展方向和未来趋势[2]。组织学虚拟仿真实验通过信息技术实现基于显微镜下组织结构的真实情景再现，从而实现实验教学的网络化、自动化管理，让学生可以随时随地通过网络在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学效果。为了顺应高校信息化教学改革的发展，本校形态实验中心积极探索建设网络化实验教学系统，采用线上、线下相结合的教学方式，将虚实结合的虚拟教学贯穿到整个形态学教学的全过程，2017年获批陕西省虚拟仿真实验教学中心。现就本校组织学虚拟仿真实验教学的实施予以总结。

1 组织学虚拟仿真实验实施的必要性

课程整合是当今教学改革的一项主要任务[3]，医学基础课程之间密切联系，如泌尿系统肾的知识点涉及各学科的整合交叉（图1）。随着高校网络教学平台的搭建，实验课程体系逐渐由分散平行状态向层次分明的树状结构发展，各学科间的实验通过网络平台或共享开放的链接在校内或校际之间有机地联合在一起，有利于开展综合性实验。医学虚拟仿真实验的建设遵循“从宏观到微观，从形态到功能，从正常到异常，从疾病到治疗药物”的原则[4-5]，借助计算机构建高仿真的实验环境和对象，建立规范化的实验教学资源数据库和创新性设计平台，设置不同学科的虚拟仿真实验，让学生自主设计实验内容，激发学生学习兴趣和潜能，提高创新精神和实践能力。通过不同学科虚拟仿真实验教学的联合，学生可以系统全面地对某一知识点掌握并理解。

图1 基础医学多学科间整合交叉

组织学虚拟切片（数字切片）是利用玻片扫描系统采集高分辨率、超大容量的数字化图片，包含玻片的所有信息。数字切片可以通过网络在电脑、iPad、智能手机上观测到玻片上的任何位置，如同使用显微镜一样，可任意缩放和移动[6]。通过虚拟仿真实验教学方式，不仅可以弥补传统实验教学模式和课时的不足，降低切片的损耗，此外实现实验室实时开放，克服资源限制，极大鼓励了学生自主学习，同时能激发学生求知欲、培养创造性、提高专业技能等，为获得良好的教学效果提供了保障。

2 组织学虚拟仿真实验教学实施

组织学虚拟仿真实验项目依托本校省级虚拟仿真实验教学中心，秉承“虚实结合，能实不虚，以虚促实”的实验教学理念[7]，经过4年多的建设，目前已建成门户网站，中心网址为http：//xtxn.sntcm.edu.cn/hislab/，拥有用户权限管理、组织学实验图库、课件学习、虚拟实验、信息发布统计、上传题库、网络自测、在线答疑等多项功能。现以项目中实验7消化系统的“胃”做介绍，虚拟实验教学方法如下：

2.1 实验目的

①掌握消化系统胃的微细结构。②扩展学习：观察胃溃疡病理学虚拟切片，强化正常胃的组织结构特点及提高读片的实战能力。

2.2 实验过程

2.2.1 消化系统胃微细结构的学习 学生通过身份认证，登录后进入组织学虚拟仿真实验，点击“实验7消化系统”的虚拟切片，选择胃的微细结构进行学习。

2.2.2 虚拟切片观察方法 按照说明，结合标本信息中的描述在不同的放大倍数下观察相关的结构。这一部分至少包含3个步骤：①低倍镜（观察胃底由内到外的结构及分层）→②中倍镜（观察黏膜层的3层以及胃小凹和胃底腺的纵、横断面）→③高倍镜（观察胃底腺的细胞组成）依次观察（图2A～2C）→④不断移动标本寻找典型的组织结构，并比较不同断面的形态差异。

2.2.3 学生对标本重要结构进行标注 绘制折线，标注胃底腺横纵断面的轮廓并保存。此标注可保存，可供使用者以后的浏览及教师来判断观察区域以及标注是否正确。学生通过浏览标注与教师标注内容进行对比。

2.2.4 虚拟切片扩展学习 观察正常胃底的虚拟切片后，同时观察胃溃疡病理学虚拟切片（图2D），学生通过比较病变部位形态、结构的改变，有利于掌握人体的正常组织结构和相关的病理疾病的关系。

图2 胃底部虚拟切片H-E染色

2.2.5 建立自己的形态学虚拟切片库 学生可有选择地收藏并保存虚拟切片，进而选择地建立自己的形态学虚拟切片库（可以包含组织学、病理学的虚拟切片以及病理学大体标本）。

2.2.6 实验考核 实验完成后学生可进行章节练习和模拟练习。点击在线练习→章节练习→章节内容，或在线练习→模拟练习→名称，进行自测，随后教师发布客观性试题，学生应在规定的时间完成。另外，学生的实验报告、分组讨论汇报也是考核的一部分。

2.3 实验结果

学期末学生学科总成绩=期末理论成绩×70%+实验成绩×30%，结果显示：采用组织学虚拟仿真实验教学和往年实体切片实验教学的学生相比，成绩明显提高。通过比较虚拟实验与过去实体实验教学考核结果，显示学生在无须教师讲解下就能更快更准确找出各器官组织的微细结构，大大提高了实验教学的质量，也拓宽了学生的实验操作思维。采用雨课堂调查问卷形式评价虚拟仿真实验教学的效果，结果显示，学生更倾向于虚拟切片教学，普遍反映提高了自主学习能力和实践创新能力等（表1）。

表1 学生对虚拟仿真实验满意度调查（n=150, %）

3 讨论

组织学虚拟仿真实验教学平台的建设和应用极大增加了实验教学资源，缓解了实验学时的不足。虚拟仿真平台具有内容扩展性、课程高效性、自主开放性、师生交互性等特点[8-9]，可以锻炼学生的独立构思和设计能力，激发其学习兴趣，使学生更好地强化实验技能，并激发其求知欲。另外，形态学虚拟仿真实验平台中还包含病理学虚拟仿真实验，如消化系统的实验中，添加胃溃疡、肝硬化等病理学虚拟切片，学生通过比较病变部位形态、结构的改变，有利于掌握人体的正常组织结构和相关的病理疾病的关系，密切联系临床，这种潜移默化、循序渐进的实验教学逐渐地培养了学生的分析创造能力，虚拟仿真实验教学真正实现了理论教学与实验教学的融合。由于本校虚拟仿真实验建设起步晚，在实施过程中也存在较多的问题，而且由于数字化、智能化技术手段还有一定的不足之处，虚拟仿真实验所营造的虚拟环境、实验对象及过程虽然逼真，缺乏“实物感”，与学生实际动手操作的效果还是存在一定的差距，此外以虚代实的实验项目如果过多，将会造成学生避实就虚、眼高手低等弊端，因此虚拟仿真实验项目还不能完全替代真实的实验[10]，应当根据实体实验发展需要，将虚拟实验与实体实验紧密结合，提升实体实验效果，重点要做好以虚促实。

综上，将虚拟仿真实验项目与真实的实验有机结合，做到优势互补、相辅相成，才能真正提升实验教学效果，将在以后的工作中，不断完善组织学虚拟仿真实验平台的功能，做到虚实相结合，此外加强基础医学各虚拟仿真实验平台之间的横向联合，构建符合本校特色的医学虚拟仿真实验教学新模式。