组织学网络虚拟实验室的建设及应用

华新宇，刘永涛，陈旭东，王晓兰，袁科理，刘红敏

（漯河医学高等专科学校，河南 漯河 462000）

组织学网络虚拟实验室的建设及应用

华新宇，刘永涛，陈旭东，王晓兰，袁科理，刘红敏

（漯河医学高等专科学校，河南 漯河 462000）

阐述网络虚拟实验室的概念及意义，分析构建组织学网络虚拟实验室的必要性和可行性，介绍组织学网络虚拟实验室的基本框架、特点、关键技术以及在教学中的效果，指出组织学网络虚拟实验室不仅解决了目前实验教学资源不足、课时不够等诸多难题，而且有效提高了学生实验成绩，为组织学实验教学提供了新的模式和途径，是传统实验教学重要的补充形式。

组织学；网络虚拟实验室；实验教学

运用计算机和互联网技术构建网络虚拟实验室进行教学和研究是当今教育和科研领域研究的一个热点。网络虚拟实验室不需要实际的实验仪器设备，只需用软件来模拟各种仪器，通过鼠标的点击、拖曳虚拟系统里的各种虚拟仪器设备来完成实验，具有逼真、形象、直观、方便、可重复操作等优点，是未来实验教学和科研的一个重要发展方向。组织学网络虚拟实验室就是利用网络虚拟实验室来进行组织学的实验教学，为组织学实验教学提供了新的模式和途径。

1 网络虚拟实验室的概念及意义

网络虚拟实验室最早是由William Wulf教授在1989年提出的[1]，其内容是以计算机网络为核心，将虚拟仪器设备通过网络连接起来，以实现数据采集、分析，远程操作的一个系统。它本质上是一个无墙实验室，操作者不受时空限制，能随时随地进行虚拟实验操作，共享仪器设备、数据和计算机资源，并且不同的操作者可以进行分工协作或得到远程指导等。网络虚拟实验室实现了教学资源共享，可以有效弥补教学资源的不足，节省开支，能为学生提供更深、更广的教学内容；并且突破了时空限制，学生可以在宿舍、电子阅览室等不同地点不同时间随时随地上机进行实验操作。另外，网络虚拟实验室可以将抽象的实验内容变得生动直观，激发学生的学习热情和兴趣。因其具有诸多的优点，各个国家特别是发达国家的网络虚拟实验室建设发展很快，目前在国内也已经成为教育改革的一个热点。《教育部关于2013年深化教育领域综合改革的意见》明确指出：“推进信息技术与教学深度融合，改进教育教学方式和教育管理方式，促进教育公平与教育质量提升。”因此，它必将推动和变革传统的教育模式。

2 组织学网络虚拟实验室建设的必要性及可行性

专科医学院校的培养目标是为基层医疗单位培养实用型、技能型的医学人才，所以强调实用性知识和动手能力的传授与培养，重视学生主动学习和掌握知识能力的训练。实验教学是医学教育中不可或缺的部分，能够更好地培养学生独立分析问题、解决问题的能力，促进学生进一步提高实践技能和动手能力，是实现专科医学院校培养目标的一个重要手段。但是传统的医学实验教学受实验场地、实验仪器、实验时间等的限制，不能完全发挥实验教学的优势功能。因此，寻找实验教学的补充方式势在必行，而网络虚拟实验室的诸多优点使之成为首选。

组织学是一门借助于显微镜技术研究机体微细结构及其相关功能的微观形态学科，具有很强的直观性和实践性。随着高校办学规模的不断扩大，学生人数急剧增加，在校人数与有限的教学资源之间的供需矛盾日益突出。据教育部《2011年教育统计数据》显示，目前已备案的普通高等学校为2 409所，在校研究生和本、专科学生为24 730 923人。传统意义上的教学资源已很难满足学生的学习需求。虽然我校形态实验中心不断改善条件，但仍不能满足学生学习的需求，突出表现在如下几方面：一是高质量的组织切片数量不足，导致一部分学生不能观察到典型的组织结构而收不到实验教学效果；二是显微镜由于高负荷工作老化严重，维修跟不上，数量相对不足，导致一部分学生由于显微镜的故障不能达到实验目的；三是实验课时不断被压缩，不能满足学生学习的需要。因此，建立组织学网络虚拟实验室具有十分重要的意义。

网络虚拟实验室因其良好的应用前景，在世界各地迅速发展，虽然迄今不过20多年的发展历史，但在不少领域已取得了突破性的进展，特别是在理工类学科，其虚拟技术已经比较成熟。然而，组织学网络虚拟实验室国内外还比较少见，类似的虚拟实验室，比如犹他州大学的Webpath提供的远程教学，南京医科大学的病理学远程虚拟实验室，郑州大学的局部解剖学虚拟实验室等，仅仅可以为建立组织学网络虚拟实验室提供有益的参考。与理工类虚拟实验室相比，组织学网络虚拟实验室不需要特别大的投入，我校形态实验中心拥有的莱卡切片机、全自动扫描显微镜足以保证虚拟组织切片数据库的建立。另外，虚拟实验室所需要的技术主要包括演示型实验和操作型实验两种[2]，前者技术较为简单，后者涉及更多的交互技术，较前者复杂，而组织学网络虚拟实验室侧重于演示型，不需要特别复杂的交互技术。因此，组织学网络虚拟实验室只需很少的投入和技术即可获得良好的教学效果。

3 我校组织学网络虚拟实验室的基本框架及特点

我校组织学网络虚拟实验室是以刘荣志主编的全国医学高等专科学校“十二五”规划教材《组织学与胚胎学》为蓝本，依托互联网建立起来的，基本框架包括虚拟组织切片、网上自测、BBS交流、网络组织学资源、组织学技术等板块。其中虚拟组织切片板块是本网络虚拟实验室的主体部分，这个板块主界面由操作菜单、导航菜单、浏览窗口、文字说明窗口等部分组成，浏览窗口是显示虚拟切片图像的区域，占据界面的70%，文字说明窗口位于浏览窗口的下方，主要说明本张切片的观察要点。操作菜单位于浏览窗口的上方，包含4个虚拟物镜（4倍、10倍、40倍、100倍），1个无级变倍滑块，1组标注按钮，1个测量按钮和1个照相按钮，通过操作菜单，学生不仅完全可以模拟实际显微镜观察过程，而且能够以任意倍数观察。另外，还可以对特殊结构进行文字或几何图案标注，并以图片形式保存下来，方便其他时间随时调阅。导航菜单位于浏览窗口的左侧，平时呈隐藏状态，需要时可将鼠标移到屏幕左侧即可显示。该窗口主要是进行更换切片，这里的虚拟切片是按章节排列的，符合学生日常学习习惯。另外，每个章节虚拟切片的种类和数量可以不断更新和增加，以便学生及时看到最新、最典型的组织切片。网上自测板块包括两部分，一是实验自测部分，本部分可以自动生成由10张组织切片构成的实验考试试卷，要求学生回答切片或者其中某特殊结构的名称；二是理论自测部分，本部分可以自动生成由20道单项选择题构成的理论考试试卷，本试卷基本涵盖各章节的重点内容，本板块不仅每套试题是自动生成，而且可以自动评阅给出标准答案。BBS交流板块是学生和教师的交流平台，学生可以将学习中遇到的问题、疑惑、感想和经验在这里发布，教师给予答复。网络组织学资源板块包括组织学课程标准、教学课件、教学录像、自测题库以及链接国内外知名的组织学网站。组织学技术板块介绍了一般组织切片的制作过程、HE染色、免疫组织化学技术等常见组织学技术，供有兴趣的学生学习。

4 我校组织学网络虚拟实验室应用的关键技术

经过多方考察、研究，对比各种计算机、网络技术在建设虚拟实验室中的应用情况，课题组决定采用B/S系统架构及动态开发语言相结合的技术方案。

4.1 基于B/S系统架构的网络虚拟实验室

目前，构建网络虚拟实验室所采用的软件架构主要有B/S和C/S两种，B/S架构是对C/S架构的一种改进。B/S架构主要是利用不断成熟的浏览器技术，结合浏览器的多种Script语言（VBScript、JavaScript等）和ActiveX技术，解决了C/S架构客户端过于臃肿及升级困难的问题，并且节约了开发成本，满足了学生、教职员工在不同地理位置访问虚拟实验室的客观要求，学生和教职员工甚至可使用智能手机登录虚拟实验室进行学习。

4.2 基于ActiveX控件进行系统开发的网络虚拟实验室

ActiveX技术是微软将OLE技术应用到网络的一个实例，采用COM组件在网络环境中进行交互的技术集，被广泛地应用于网络服务器以及网络客户端。采用ActiveX技术进行组织学网络虚拟实验室开发，可以使一个虚拟物镜有效地被多个实验环境所使用。

5 我校组织学网络虚拟实验室使用效果

由于组织学网络虚拟实验室有切片清晰典型、不受时间地点限制等优点，学生普遍对此实验教学形式表现出浓厚兴趣。抽取我校临床医学、护理学、口腔医学专业2012级650名学生进行问卷调查，结果显示，93%的学生愿意尝试组织学网络虚拟实验室；85%的学生认为网络虚拟实验室激发了自己对组织学与胚胎学的学习热情，改变了自己的学习模式。对实施组织学网络虚拟实验教学的2012级各专业学生实验成绩与未实施组织学网络虚拟实验教学的2011级各专业学生实验成绩进行统计学分析，2012级学生成绩提高明显，差异有显著性（P＜0.05）。

组织学网络虚拟实验教学可以充分发挥网络的优势，更好地达成实验教学目标，但是网络虚拟实验教学不能完全替代传统实验教学，需要在实际教学中掌握好尺度，让两种实验教学模式相得益彰，从而有效提高实验教学效果。

[1]Kouzes R T，Myers J D，Wulf W A.Collaboratories：Doing Science on the Internet[J].Computer，1996，29（8）：40-46.

[2]马仕海.网络虚拟实验室的构建研究[J].中国电力教育，2013（1）：164-169.

G434

A

1671-1246（2014）03-0037-02

注：本文系2011年河南省卫生职业教育教学改革项目（wjlx11017）