车 萍夏 雷郑志娟任正肖李紫薇田洪波

（1 山东中医药大学实验中心，山东 济南 250355；2 山东中医药大学中医学院，山东 济南 250355；3 济南市中医医院骨科，山东 济南 250012）

病理学是一门介于基础和临床之间的桥梁学科，实验教学是其重要的组成部分，是更好地巩固理论知识的重要途径。随着虚拟仿真系统的迅速发展，近年已逐渐应用在教育领域，由于该系统具有非常突出的交流互动的特征，而且还拥有良好的可以接替的特性，使它已经成为信息化教学中举足轻重的一部分［1］。因此，我校开始引进虚拟仿真技术来尝试解决传统实验教学中出现的各种难题，引导学生用创新方式思考，用实验课堂上的实践和虚拟的操作来增加学生的学习兴趣，不断进行摸索和研究，加快了病理学实验教学数字化的进程。

1 虚拟仿真系统的概述

虚拟仿真（Virtual Reality）系统，就是人们经常说的VR。它在最开始是由美国的VPL公司在1980年左右率先提出的，刚开始主要应用于军队作战。VR的运行原理是通过多媒体产生一个区别于真实环境的模拟世界，这个创造的虚拟世界具有三维立体的特性，非常真实，而且具有可交流的和可活动的景象和行为。更为惊奇的是，它可以产生真实的生理感官，能够让使用者沉浸其中［2］。虚拟仿真系统在应用过程中，显现出4个方面的主要特性，即沉浸性、交互性、虚幻性和逼真性。随着科技日新月异的发展，数字化技术也日渐精密高超，加上互联网和多媒体的飞快进步，虚拟仿真系统开始慢慢地步入教育行业和实验课堂。

2 传统病理学实验面临的挑战

伴随着高等教育进程的不断推进和教育改革的逐渐深化，各高等医学院校都产生了由于扩招带来的一系列问题，比如实验场地不足，实验设备短缺，师资力量相对紧缺等等。尤其是对于不同于其他专业实验教学的医学教学，传统的实验教学已初露弊端，开始面临巨大的冲击和挑战。

2.1 人体教学标本资源短缺 在病理学实验教学中，一个至关重要的部分就是病理样本的观察和亲手参与人体解剖。随着学校人数越来越多，大多高等医学院校的人体教学标本已经日渐紧张，这就严重影响到实验教学的进展［3］。即使许多高校逐渐开展了例如面向社会的遗体捐献活动等很多措施，这些措施有助于缓解人体标本不足的难题，但想要满足教学的需要，仍旧远远不够。除此之外，由于医疗条件和技术的不断发展，以及我国病理方面尸检工作的萎缩，一些比较常见的疾病样品如感染性疾病、寄生虫病等的病理标本越来越难以获得，这些原因都造成了人体教学标本资源日渐缺乏。

2.2 实验项目单一落后 在传统的病理学实验课教学中，所采用的方式一般是识别切片，即教师采用多媒体教学示范，然后学生在显微镜下实际操作，课后撰写实验报告。其他实验项目如HE染色、免疫组织化学染色以及激光共聚焦技术等涉及生物医学最新发展的技术，因为昂贵的仪器费用或者因为操作的专业程度太大也没有引进。这就对于学生的动手能力和实践操作带来很大不利。这种单一枯燥的方式很难让学生享受上课的乐趣，这也不会是真正开放的实验课堂。这样限制了学生创新能力的培养，而且也很难得到理想的教学效果。

2.3 安全问题及操作不当限制实验内容 最近几年，各个高校在致力于创造开放实验室，国家对于实验仪器的投入也加大。但是进入实验室的学生是不同层次的，他们的操作规范不尽相同，甚至有的操作不规范，容易产生各类安全问题［4］。这就使病理学实验室的安全管理的难度大大加大。另外，病理学实验的实验研究材料主要来自于患病的人体或动物以及组织、细胞等实验材料［5］。实验中如果不能保证严格的正确操作就会造成实验失败［6］。然而以前的教学是采用老师示教的方式，学生动手实践不足［7］。尽管带教的实验课老师会在课堂上不断强调正确操作注意事项，但是仍有部分学生在实际操作中并没有严格执行。因此，为了保证实验的进行甚至保证实验的生物安全性，一些实验只能被取消。

2.4 学习兴趣及学习效率低下 病理学实验的突出特点就是具有整体性和连贯性。但是由于实验课时间短，很多实验的前期准备工作由工作人员完成，学生无法参与其中，导致对实验课的兴趣缺失。而且病理学的一次实验有时候需要很长时间，如HE染色等。学生在课堂上并不能得到结果，而是课后自行到实验室观看并记录实验结果。由于没有专业老师的课后指导，部分学生并不关心实验数据，甚至实验失败却不找寻失败原因［8］，造成学习效率的低下。

3 虚拟仿真系统在病理学实验教学中应用的优势

基于网络化的知识学习逐渐成为教学发展的新趋势。对于病理学实验教学中存在的问题，如标本资源短缺，以及DNA测序、蛋白质分析技术等实验中需要高成本和高消耗的项目，现实中达不到或者难以达到的操作，需要虚拟仿真系统的参与［9］。虚拟仿真系统的优势在实验教学中得到了很大程度的体现，具体表现在以下几个方面。

3.1 更加精准地阅读和识别病理切片 病理切片的识别是病理学实验教学的主要内容，而虚拟仿真系统中数字化切片的展示，能够将标本中的重要知识点清晰地呈现给学生，使学生能够更加清晰、明确地识别各病理切片，为病理学实验课以及今后的临床学习和工作打下坚实的基础。

3.2 减少实验教学条件的缺陷 利用虚拟仿真系统，可以弥补高校人体教学标本稀缺，标本切片的丢失、褪色、损坏等问题，以及各种疾病例如寄生虫病的教学标本缺少的尴尬，避免了标本的重复制作、购买等问题，可以使学生在实验室便可以清晰地观看各种病理的详细组成结构，以获取与现实中相似甚至更佳的体验。

3.3 提高学生学习的兴趣 由于病理学课程的特殊性，只有让学生亲自去接触并观看病变部位，才能真正意义上去全面理解理论知识。虚拟仿真系统具有的4种特性改变了传统实验教学中上课方式单一、内容陈旧、老师讲授学生被动接受的学习模式，这种变化将会使学生对病理学实验有更深刻的理解，提高学生学习的兴趣。

3.4 仪器与技术可以延续 随着科技发展，病理学研究方式不断更新，使得病理学实验内容需要及时补充与再设计。而虚拟仿真系统具有非常好的可延续性，调试人员只需将新的病理模型及其新的工作流程等程序导入原有系统中，就可以进行新的操作。这样就可以解决因为仪器老化、实验内容落后而影响病理学实验进程和实验体验的问题。

3.5 解决很多安全问题 在病理学实验教学中，因为操作不严谨而引起的实验人员的安全问题或者影响实验仪器再次使用的问题屡见不鲜，这就造成了很大的不方便［10-12］。如果采用虚拟的系统，就可以有效的避免病理实验过程中各类安全问题的发生，对于实验室的安全管理有很大意义。

4 虚拟仿真系统对于医学发展的巨大意义

虚拟仿真系统除了在病理学实验中有应用之外，该系统对于医学发展也具有重要意义。自从有了虚拟仿真系统，学生在具体操作的过程中得到了很大的便利性，因为操作是通过计算机模拟出来的，因而实验可以多次重复，而不用考虑设备以及实验样品等损耗，计算机的操作更是提高了实验的准确性和安全性。从而避免了实验仪器被破坏，减轻了老师们的工作负担。另外，虚拟仿真系统中学生实验可以即时修改和反复实验，其考试系统可以快速公正评定学生实验成绩，解决了这一困扰实验教学的难题。

5 结语

虚拟仿真系统作为一种现阶段新兴的教学方式，运用它的沉浸性、交互性、虚幻性和逼真性的特性，创造了一个包括实验室环境，实验仪器甚至是实验操作都全方位立体化的虚拟世界。这个系统改善了传统实验教学存在缺陷，提高了学生学习的兴趣和实验教学的效率，加深了学生对于理论知识的理解，提高了学生的实践能力。但同时，也存在着一定的问题，如病理超微结构观察，各种分子生物学范畴的技术例如显微分光技术、激光共聚焦技术等的虚拟实验设计得还不是很全面，这是本虚拟系统亟需改进的地方。同时，学生实际动手能力的培养相对较弱，期待将来随着国家对高等医学教育投入的增大，师资资源的配备增加等，医学高等教育能够实现小班教学，从而使实验教学能够在虚拟仿真技术引入到病理学实验教学的同时，将虚拟仿真教学授课和真实实验操作有机结合起来，以促进病理学学科的建设与发展以及医学院校高质量人才的培养。