组织学与胚胎学虚拟仿真实验教学平台的构建

王健君，李晓敏，钟树志，彭彦霄，吴敏

（皖南医学院1组织学与胚胎学教研室，2病理学教研室，芜湖 241002）

组织学与胚胎学实验是组织学与胚胎学教学中的重要组成部分。实验教学能够加深医学生对组织学与胚胎学知识的掌握，能够锻炼基本技能和研究思维。虚拟仿真实验教学是以完成教学要求和内容为目标，综合应用多媒体、大数据、三维建模、人工智能、人机交互、传感器、超级计算、虚拟现实、增强现实、云计算等网络化、数字化、智能化技术手段，提高实验教学项目的吸引力和教学有效度[1]。在现代教育信息化常态下，着力提升信息技术与组织学与胚胎学实验教学深度融合的意识、使用信息技术改造传统实验教学项目的能力和水平势在必行[2]。

1 传统的组织学与胚胎学实验教学具有局限性

传统的组织学与胚胎学实验教学主要按照实验教学大纲要求，按拟定好的实验内容单纯地进行讲授式讲解，学生一直处于被灌输的状态，实验课内容单调，多为验证性的实验，未能与发育生物学、解剖学、病理学、妇产科学、儿科学等医学其它课程知识充分融合，具有局限性。此外，健康人体组织切片获取困难，制作切片本身存在污染环境和影响师生健康的因素，尤其是胚胎学部分许多实验内容，受实验资源、实验经费条件的限制，我国医学类院校极少开设。学生在课上有限的时间里机械性地完成实验，缺乏创新性、主动性及课外体验，不能很好的锻炼思维能力，分析问题和解决问题的能力得不到应有的提高。

开展组织学与胚胎学虚拟仿真实验，例如模拟开展胚胎的培养发育以及致畸实验，不仅可以拓展实验项目，开阔知识领域，实现无时间、空间限制的模拟实验，还可以强化学生实验基本技能和激发学生求知欲，对于提高学生的综合水平，培养创造性思维，锻炼专业技能等方面具有重要意义。

2 组织学与胚胎学虚拟仿真实验教学平台的构建

我教研室近年来一直巧妙应用教育信息技术，大力促进组织学与胚胎学教学改革创新[3,4]。目前我院基础医学虚拟网络实验教学平台（http://xnsy.wnmc.edu.cn/）基础架构已经基本搭建完毕（图1），现平台已可以正常运行，平台目前包含病理生理学、药理学、生理学、寄生虫学、微生物学与免疫学、人体实验、实验仪器等项目共174个教学模块，平台还支持布置作业、网络考试、预约实验室、论坛等功能。虚拟仿真实验平台面向全校临床医学、法医学、口腔医学、麻醉学、医学影像学、预防医学、护理学等22个专业的医学生开放。该平台为组织学与胚胎学虚拟仿真实验教学课程的构建与应用提供了一个极其便捷的途径，我们只需要做好组织学与胚胎学实验教学模块的构建设计及制作，然后上传至平台即可运行。

图1 皖南医学院基础医学虚拟网络实验教学控制平台Fig.1 Virtual network control platform for Basic Medical experimental teaching of Wannan Medical College

3 组织学与胚胎学虚拟仿真实验项目的设计

虚拟实验界面包含虚拟动画区域，工具栏，提示语区。虚拟动画操作在虚拟动画区域展示，工具栏中放置交互中所需选择的物品；提示语区放置操作中的提示文字。组织学部分虚拟仿真实验项目，我们以学习泌尿系统器官—肾脏为例进行介绍，实验的主要目的掌握肾脏的微细结构，熟悉肾脏内血液形成尿液的过程，了解肾脏常见病的病因及病理变化。场景仪器有人的左右肾脏、肾脏的组织切片、摆放光学显微镜的实验台。过程如下：推开实验室门，展现实验室整体场景，特写实验中所需要的仪器。配音响起“同学，你好！肾脏是泌尿系统的重要组成器官，也是由血液生成尿液的主要场所。那么，它的组织结构是怎样的呢？下面就让我们通过显微镜观察肾脏切片来认识它。”由肾炎、肾衰竭、肾结石、肾囊肿等人体肾脏常见病例激发学生的学习兴趣，拓展临床内外科知识，介绍人体肾脏解剖结构，取材后做好组织切片，在显微镜下观察并掌握肾脏的微细结构，通过对结构的学习熟悉肾脏内血液形成尿液的过程。

胚胎学部分虚拟仿真实验项目，我们以受精卵由胚到胎的发育过程及致畸敏感期受致畸因素影响为例进行介绍，实验的主要目的掌握受精、胚泡的形成和植入，熟悉三胚层的分化和胚体的形成，了解致畸因素作用后最易发生畸形的发育时期。场景仪器有人的生殖器官睾丸和卵巢、精子及卵子动画图片、摆放子宫模型的实验台、胚胎标本（图2）。过程如下：推开实验室门，展现实验室整体场景，特写实验中的所需要的仪器。配音响起“同学，你好！作为个体的人是如何来到人世间的，其外形、体内的系统、器官、组织、细胞是如何发生演化的呢？下面就让我们通过胚胎不同时期的立体形态（三维结构）来认识它。”由唇裂、先天性心脏病、失聪、脑瘫等儿童常见病例激发学生的学习兴趣，拓展临床知识，回顾生殖系统器官睾丸和卵巢的组织结构，依次介绍精子与卵子的产生、相遇结合成受精卵的过程，通过植入动画掌握胚泡的发育形成，胚胎标本观察三胚层的分化过程，思考如何预防致畸因素所致先天性畸形（图3）。

图2 胚胎标本Fig.2 Embryonic specimens

图3 畸胎Fig.3 Teras

通过虚拟仿真实验系统来完成组织学与胚胎学实验，可以不受时间和地点的限制，学生能在逼真的虚拟教学环境中学习组织学和胚胎学相关知识，教学效果显著，受益面大，学生实验兴趣浓厚，能够提高自主学习能力及实践创新能力。同时，教研室可以借助虚拟仿真教学手段，开展一些由于实验教学资源不足、实验室生物安全问题而不能开设的教学内容。这种教学方式既不需要消耗大量的鸡胚等实验耗材、也无需指导教师的反复重复讲解，在节约教学资源与教学师资的情况下，可以很好地完成实验教学目的，提高实验教学的质量，也大大地拓宽了学生的实验操作思维。目前由于数字化、智能化技术手段还有一定的不足之处，虚拟仿真实验项目还不能完全替代真实的实验[5]。

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，调动学生参与实验教学的积极性和主动性，激发学生的学习兴趣和潜能，增强学生创新创造能力，符合培养新时代医师人才要求。