車 萍夏 雷鄭志娟任正肖李紫薇田洪波

（1 山東中醫(yī)藥大學(xué)實驗中心，山東 濟南 250355；2 山東中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)學(xué)院，山東 濟南 250355；3 濟南市中醫(yī)醫(yī)院骨科，山東 濟南 250012）

病理學(xué)是一門介于基礎(chǔ)和臨床之間的橋梁學(xué)科，實驗教學(xué)是其重要的組成部分，是更好地鞏固理論知識的重要途徑。隨著虛擬仿真系統(tǒng)的迅速發(fā)展，近年已逐漸應(yīng)用在教育領(lǐng)域，由于該系統(tǒng)具有非常突出的交流互動的特征，而且還擁有良好的可以接替的特性，使它已經(jīng)成為信息化教學(xué)中舉足輕重的一部分［1］。因此，我校開始引進虛擬仿真技術(shù)來嘗試解決傳統(tǒng)實驗教學(xué)中出現(xiàn)的各種難題，引導(dǎo)學(xué)生用創(chuàng)新方式思考，用實驗課堂上的實踐和虛擬的操作來增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不斷進行摸索和研究，加快了病理學(xué)實驗教學(xué)數(shù)字化的進程。

1 虛擬仿真系統(tǒng)的概述

虛擬仿真（Virtual Reality）系統(tǒng)，就是人們經(jīng)常說的VR。它在最開始是由美國的VPL公司在1980年左右率先提出的，剛開始主要應(yīng)用于軍隊作戰(zhàn)。VR的運行原理是通過多媒體產(chǎn)生一個區(qū)別于真實環(huán)境的模擬世界，這個創(chuàng)造的虛擬世界具有三維立體的特性，非常真實，而且具有可交流的和可活動的景象和行為。更為驚奇的是，它可以產(chǎn)生真實的生理感官，能夠讓使用者沉浸其中［2］。虛擬仿真系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，顯現(xiàn)出4個方面的主要特性，即沉浸性、交互性、虛幻性和逼真性。隨著科技日新月異的發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)也日漸精密高超，加上互聯(lián)網(wǎng)和多媒體的飛快進步，虛擬仿真系統(tǒng)開始慢慢地步入教育行業(yè)和實驗課堂。

2 傳統(tǒng)病理學(xué)實驗面臨的挑戰(zhàn)

伴隨著高等教育進程的不斷推進和教育改革的逐漸深化，各高等醫(yī)學(xué)院校都產(chǎn)生了由于擴招帶來的一系列問題，比如實驗場地不足，實驗設(shè)備短缺，師資力量相對緊缺等等。尤其是對于不同于其他專業(yè)實驗教學(xué)的醫(yī)學(xué)教學(xué)，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)已初露弊端，開始面臨巨大的沖擊和挑戰(zhàn)。

2.1 人體教學(xué)標本資源短缺 在病理學(xué)實驗教學(xué)中，一個至關(guān)重要的部分就是病理樣本的觀察和親手參與人體解剖。隨著學(xué)校人數(shù)越來越多，大多高等醫(yī)學(xué)院校的人體教學(xué)標本已經(jīng)日漸緊張，這就嚴重影響到實驗教學(xué)的進展［3］。即使許多高校逐漸開展了例如面向社會的遺體捐獻活動等很多措施，這些措施有助于緩解人體標本不足的難題，但想要滿足教學(xué)的需要，仍舊遠遠不夠。除此之外，由于醫(yī)療條件和技術(shù)的不斷發(fā)展，以及我國病理方面尸檢工作的萎縮，一些比較常見的疾病樣品如感染性疾病、寄生蟲病等的病理標本越來越難以獲得，這些原因都造成了人體教學(xué)標本資源日漸缺乏。

2.2 實驗項目單一落后 在傳統(tǒng)的病理學(xué)實驗課教學(xué)中，所采用的方式一般是識別切片，即教師采用多媒體教學(xué)示范，然后學(xué)生在顯微鏡下實際操作，課后撰寫實驗報告。其他實驗項目如HE染色、免疫組織化學(xué)染色以及激光共聚焦技術(shù)等涉及生物醫(yī)學(xué)最新發(fā)展的技術(shù)，因為昂貴的儀器費用或者因為操作的專業(yè)程度太大也沒有引進。這就對于學(xué)生的動手能力和實踐操作帶來很大不利。這種單一枯燥的方式很難讓學(xué)生享受上課的樂趣，這也不會是真正開放的實驗課堂。這樣限制了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，而且也很難得到理想的教學(xué)效果。

2.3 安全問題及操作不當(dāng)限制實驗內(nèi)容 最近幾年，各個高校在致力于創(chuàng)造開放實驗室，國家對于實驗儀器的投入也加大。但是進入實驗室的學(xué)生是不同層次的，他們的操作規(guī)范不盡相同，甚至有的操作不規(guī)范，容易產(chǎn)生各類安全問題［4］。這就使病理學(xué)實驗室的安全管理的難度大大加大。另外，病理學(xué)實驗的實驗研究材料主要來自于患病的人體或動物以及組織、細胞等實驗材料［5］。實驗中如果不能保證嚴格的正確操作就會造成實驗失?。?］。然而以前的教學(xué)是采用老師示教的方式，學(xué)生動手實踐不足［7］。盡管帶教的實驗課老師會在課堂上不斷強調(diào)正確操作注意事項，但是仍有部分學(xué)生在實際操作中并沒有嚴格執(zhí)行。因此，為了保證實驗的進行甚至保證實驗的生物安全性，一些實驗只能被取消。

2.4 學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)效率低下 病理學(xué)實驗的突出特點就是具有整體性和連貫性。但是由于實驗課時間短，很多實驗的前期準備工作由工作人員完成，學(xué)生無法參與其中，導(dǎo)致對實驗課的興趣缺失。而且病理學(xué)的一次實驗有時候需要很長時間，如HE染色等。學(xué)生在課堂上并不能得到結(jié)果，而是課后自行到實驗室觀看并記錄實驗結(jié)果。由于沒有專業(yè)老師的課后指導(dǎo)，部分學(xué)生并不關(guān)心實驗數(shù)據(jù)，甚至實驗失敗卻不找尋失敗原因［8］，造成學(xué)習(xí)效率的低下。

3 虛擬仿真系統(tǒng)在病理學(xué)實驗教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢

基于網(wǎng)絡(luò)化的知識學(xué)習(xí)逐漸成為教學(xué)發(fā)展的新趨勢。對于病理學(xué)實驗教學(xué)中存在的問題，如標本資源短缺，以及DNA測序、蛋白質(zhì)分析技術(shù)等實驗中需要高成本和高消耗的項目，現(xiàn)實中達不到或者難以達到的操作，需要虛擬仿真系統(tǒng)的參與［9］。虛擬仿真系統(tǒng)的優(yōu)勢在實驗教學(xué)中得到了很大程度的體現(xiàn)，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 更加精準地閱讀和識別病理切片 病理切片的識別是病理學(xué)實驗教學(xué)的主要內(nèi)容，而虛擬仿真系統(tǒng)中數(shù)字化切片的展示，能夠?qū)吮局械闹匾R點清晰地呈現(xiàn)給學(xué)生，使學(xué)生能夠更加清晰、明確地識別各病理切片，為病理學(xué)實驗課以及今后的臨床學(xué)習(xí)和工作打下堅實的基礎(chǔ)。

3.2 減少實驗教學(xué)條件的缺陷 利用虛擬仿真系統(tǒng)，可以彌補高校人體教學(xué)標本稀缺，標本切片的丟失、褪色、損壞等問題，以及各種疾病例如寄生蟲病的教學(xué)標本缺少的尷尬，避免了標本的重復(fù)制作、購買等問題，可以使學(xué)生在實驗室便可以清晰地觀看各種病理的詳細組成結(jié)構(gòu)，以獲取與現(xiàn)實中相似甚至更佳的體驗。

3.3 提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣 由于病理學(xué)課程的特殊性，只有讓學(xué)生親自去接觸并觀看病變部位，才能真正意義上去全面理解理論知識。虛擬仿真系統(tǒng)具有的4種特性改變了傳統(tǒng)實驗教學(xué)中上課方式單一、內(nèi)容陳舊、老師講授學(xué)生被動接受的學(xué)習(xí)模式，這種變化將會使學(xué)生對病理學(xué)實驗有更深刻的理解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

3.4 儀器與技術(shù)可以延續(xù) 隨著科技發(fā)展，病理學(xué)研究方式不斷更新，使得病理學(xué)實驗內(nèi)容需要及時補充與再設(shè)計。而虛擬仿真系統(tǒng)具有非常好的可延續(xù)性，調(diào)試人員只需將新的病理模型及其新的工作流程等程序?qū)朐邢到y(tǒng)中，就可以進行新的操作。這樣就可以解決因為儀器老化、實驗內(nèi)容落后而影響病理學(xué)實驗進程和實驗體驗的問題。

3.5 解決很多安全問題 在病理學(xué)實驗教學(xué)中，因為操作不嚴謹而引起的實驗人員的安全問題或者影響實驗儀器再次使用的問題屢見不鮮，這就造成了很大的不方便［10-12］。如果采用虛擬的系統(tǒng)，就可以有效的避免病理實驗過程中各類安全問題的發(fā)生，對于實驗室的安全管理有很大意義。

4 虛擬仿真系統(tǒng)對于醫(yī)學(xué)發(fā)展的巨大意義

虛擬仿真系統(tǒng)除了在病理學(xué)實驗中有應(yīng)用之外，該系統(tǒng)對于醫(yī)學(xué)發(fā)展也具有重要意義。自從有了虛擬仿真系統(tǒng)，學(xué)生在具體操作的過程中得到了很大的便利性，因為操作是通過計算機模擬出來的，因而實驗可以多次重復(fù)，而不用考慮設(shè)備以及實驗樣品等損耗，計算機的操作更是提高了實驗的準確性和安全性。從而避免了實驗儀器被破壞，減輕了老師們的工作負擔(dān)。另外，虛擬仿真系統(tǒng)中學(xué)生實驗可以即時修改和反復(fù)實驗，其考試系統(tǒng)可以快速公正評定學(xué)生實驗成績，解決了這一困擾實驗教學(xué)的難題。

5 結(jié)語

虛擬仿真系統(tǒng)作為一種現(xiàn)階段新興的教學(xué)方式，運用它的沉浸性、交互性、虛幻性和逼真性的特性，創(chuàng)造了一個包括實驗室環(huán)境，實驗儀器甚至是實驗操作都全方位立體化的虛擬世界。這個系統(tǒng)改善了傳統(tǒng)實驗教學(xué)存在缺陷，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和實驗教學(xué)的效率，加深了學(xué)生對于理論知識的理解，提高了學(xué)生的實踐能力。但同時，也存在著一定的問題，如病理超微結(jié)構(gòu)觀察，各種分子生物學(xué)范疇的技術(shù)例如顯微分光技術(shù)、激光共聚焦技術(shù)等的虛擬實驗設(shè)計得還不是很全面，這是本虛擬系統(tǒng)亟需改進的地方。同時，學(xué)生實際動手能力的培養(yǎng)相對較弱，期待將來隨著國家對高等醫(yī)學(xué)教育投入的增大，師資資源的配備增加等，醫(yī)學(xué)高等教育能夠?qū)崿F(xiàn)小班教學(xué)，從而使實驗教學(xué)能夠在虛擬仿真技術(shù)引入到病理學(xué)實驗教學(xué)的同時，將虛擬仿真教學(xué)授課和真實實驗操作有機結(jié)合起來，以促進病理學(xué)學(xué)科的建設(shè)與發(fā)展以及醫(yī)學(xué)院校高質(zhì)量人才的培養(yǎng)。