馮瀟，李臻

(空軍軍醫(yī)大學人體解剖與組織胚胎學教研室， 西安710032)

“健康所系，性命相托”，是每個臨床工作者發(fā)自內心的誓詞。要成為一名合格的臨床工作者，掌握人體胚胎發(fā)育的基礎知識是非常重要的。人體胚胎學是以研究人體發(fā)生發(fā)育為對象的一門學科。研究內容包括生命的孕育，胚胎的演化過程，發(fā)育各階段的形態(tài)生理演變特征，發(fā)育過程中對于外在條件的適應、變異和遺傳以及個體發(fā)育與種系發(fā)育。在人體胚胎發(fā)生過程中，魔幻般的變化令教師難以講明，學生難以清晰的理解，是醫(yī)學教育中最抽象、最復雜、也是最具想象空間的一門課程。由于該課程專業(yè)性較強、內容展示手段較少、可供參考借鑒的資料也極為欠缺，所以胚胎學教學的平面教學講解難度較大，影響了胚胎學教學的授課效果。因此，通過數字化虛擬仿真教學系統(tǒng)替代或者互補傳統(tǒng)的胚胎學教學模式，迫在眉睫。

虛擬仿真教學是一種共享型虛擬現實系統(tǒng)，是應用虛擬現實構筑的虛擬環(huán)境能夠為學習者提供一個生動、逼真的學習環(huán)境，是目前國際先進的教學模式。目前國內已有多家國家級虛擬實驗教學中心，構建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，讓學生可以隨時隨地通過網絡在虛擬環(huán)境中開展實驗，達到教學大綱所要求的教學效果。虛擬仿真技術已被廣泛地應用于醫(yī)學院校教學和科研領域，成為國內外現代教育的研究熱點和發(fā)展趨勢[1,2]。

1 胚胎學傳統(tǒng)教學的基本現狀

胚胎學能幫助人們用唯物主義觀點理解生命個體的發(fā)生與演變，以及個體與環(huán)境的聯系。醫(yī)學生只有在學習了胚胎學之后，才算真正完整地了解了人體。胚胎學的研究也已經經歷了幾十個世紀，形成了幾個主要的分支學科，包括有描述胚胎學、比較胚胎學、實驗胚胎學、化學胚胎學、分子胚胎學、畸形學與生殖工程。傳統(tǒng)的胚胎學教學模式仍然是通過觀察標本、模具等，再結合教科書的描述進行觀察， 晦澀難懂、枯燥乏味的，已然不適應現如今素質教育的需要與要求。因此，結合目前的教學現狀，創(chuàng)建出一套行之有效的能提高胚胎學教學質量的新模式是醫(yī)學院校培養(yǎng)高素質醫(yī)學人才面臨的重要問題[3]。

1 .1 部分教學內容復雜，難以理解和記憶

人體胚胎學屬于發(fā)育生物學范疇，學習時需要觀察胚胎標本、模型、圖譜等，結合教科書的描述進行觀察，要建立空間概念和形象思維，與成體器官的結構相比較，學生在理解和消化學習內容時，會感覺難度較大，不易把握。胚胎學的研究對象不同于解剖學、組織學等形態(tài)學科的顯著特征，在學習時既要了解某一時期胚胎的立體形態(tài)，也要掌握不同時期這些結構的來源與演變過程，即胚胎的時間與空間的結構變化。因此，對于剛入門的醫(yī)學生來說很難適應，學習起來頗為吃力，常產生畏難情緒。同時各個器官、系統(tǒng)、組織的胚胎發(fā)育往往相互關聯、同時衍變，盡管教師可以使用幻燈片、掛圖等相對直觀的教學手段授課，但仍給人以枯燥、抽象的感覺，總之，胚胎學的教學特點決定了它是基礎醫(yī)學課程中授課和學習難度最大的課程之一。因此，部分學生對胚胎學有厭煩心理。

1 .2 學生缺乏學習興趣以及學習的主動性，聽課效果欠佳

經調查，多年來學生一直認為胚胎學難學，難以產生學習興趣。 我們分析主要原因是：胚胎學是動態(tài)的科學， 需要學生充分發(fā)揮三維、四維空間想象能力，來充分理解學習內容。胚胎學名詞、學習內容抽象，靠想象難以理解和記憶；胚胎學理論課以集中講授理論知識為主，按照教學計劃，胚胎學部分學時數設置較少，每次理論課授課內容就會很多，惟恐學生聽不懂，教室故而多采用“滿堂灌”的方式，一味地追求灌輸，沒有給學生留有思考與自學的余地，限制了學生想象、思考的空間，這自然要影響教學效果。由于采取大班授課，學生人數多，教室的空間較大，在一定程度上影響了標本、模具輔助教學效果；此外，為了完成計劃內教學大綱的授課內容， 授課教師必須保持較快的教學節(jié)奏，以至于學生的聽課效果大打折扣。因此，由于專業(yè)性較強、內容展示手段較少、可供參考借鑒的資料極為欠缺，胚胎學部分多年以來一直是組胚教學的難點，解決這個問題迫在眉睫[4]。

2 虛擬實驗室在教學中的優(yōu)勢

2 .1 內容全面

虛擬教學系統(tǒng)按照最新的國家規(guī)劃本科教材設定，通過多媒體動畫視頻技術將文字、圖片、三維模型、切片、動畫、視頻、習題等多種形式的資源結合，以卵裂這一知識點為例，不但有平面的連續(xù)的圖片展示，而且有動態(tài)的視頻展示（圖1，圖2），這些可以從多個角度形象地展示卵裂的發(fā)育過程，使人體胚胎學不再抽象、晦澀難懂。教學系統(tǒng)可以涵蓋“人體早期發(fā)生發(fā)育篇”、“人體胚胎器官系統(tǒng)發(fā)生發(fā)育篇”和“先天畸形篇”，內容豐滿。這個系統(tǒng)以發(fā)育時程為軸線展示胚胎發(fā)育或畸形發(fā)生過程中的大事件，以大節(jié)點包含若干小節(jié)點，每個小節(jié)點又包含若干知識點來組織內容，全面系統(tǒng)的輔助教學、學習過程[5]。

2 .2 講解深入

系統(tǒng)內置大量精彩課程，展示方式多種多樣，講解嚴謹深入，寓意準確清晰。教程中的內容，都是在深入理解相關胚胎事件的基礎上設計和繪制出來的，極具獨創(chuàng)性和實用價值。通過多種多媒體演示方式，將文字描述、圖片觀察、視頻講解、三維結構和時序三維動畫等方式結合起來，將晦澀難懂的人體胚胎學教材中各章節(jié)的知識點進行了綜合性的展示，層層遞進，逐層深入（圖3）。相比較傳統(tǒng)的教學手段，該系統(tǒng)中的數字化教學內容更加生動、直觀，較好地降低了教學難度，提高了學生的學習效率。

2 .3使用靈活

胚胎學虛擬仿真教學系統(tǒng)可以通過三維交互技術實現人機互動，從不同的角度演示立體到平面的演變，可以為學生創(chuàng)造虛擬真實的實驗環(huán)境充分達到清晰、美觀的視覺效果，多角度、立體直觀的展示胚胎發(fā)育的變化過程，使學生從各個角度去觀察胚胎發(fā)生發(fā)育的關鍵事件，從而加深對理論內容的理解。胚胎學虛擬仿真教學系統(tǒng)可以支持學生自主學習（圖4），又可根據教學需求靈活應用，為教師制作電子課件提供大量素材，使教學和學習更加簡單高效。每章均有關于本章節(jié)重點知識講解的視頻微課，系統(tǒng)性講解本章所要學習的內容。系統(tǒng)內每個知識點都單獨配有視頻講解，方便教學。系統(tǒng)制作了相關的三維模型，將人體胚胎的發(fā)育過程直觀的還原，師生可旋轉模型，從任意角度進行觀察，并可添加標注方便學習[6]。

圖1 卵裂過程仿真圖（彩色）與實物圖（相差圖）Fig.1 The simulation images (multicolor) and the physical images (phase contrast images) of the cleavage process

2 .4 適用廣泛

胚胎學虛擬仿真系統(tǒng)的建設緊貼教學實際需求，該教學系統(tǒng)的建成既為學校本科生、研究生、繼續(xù)教育學員的培訓提供重要的教學手段，同時也可以節(jié)省教學經費的投入，極大地提高教學效果。又為臨床各科室醫(yī)生提供了對先天性疾病的發(fā)生及表現再學習的機會；同時可成為優(yōu)生優(yōu)育科普宣傳教育的窗口（圖5），應用潛力巨大。

3 結論

現代科技的發(fā)展推動著虛擬仿真實驗室的發(fā)展，隨著這項技術的成熟，虛擬仿真教學系統(tǒng)已經在各大高校和科研機構中被廣泛的使用，這不但符合當今國家對于高等院校教學改革的相關要求，也對促進我國醫(yī)學教育的改革以及提高教學質量和效率具有舉足輕重的意義。虛擬仿真教學具有信息化技術特征，不僅豐富多彩了教學內容，突破了傳統(tǒng)教學方式的諸多局限性，高度仿真實驗環(huán)境，還具有完善的管理功能、交流功能和考試功能，并且可以配合“云平臺”形成“線下+線上”的教學模式，變革了傳統(tǒng)的教學形式，系統(tǒng)的管理功能協(xié)助學校、教師和學生進行教學管理、統(tǒng)計和分析；交流系統(tǒng)可以讓師生之間、學生之間進行無縫溝通交流，提高學習效率；專業(yè)化的教師系統(tǒng)方便教師對學生的學習狀況進行考核，數字化的考試方式更加靈活自由，方便高效[7]，數字系統(tǒng)給胚胎學教學帶來前所未有的發(fā)展空間，而且在醫(yī)學教育領域具有廣闊的應用前景[8]。虛擬仿真實驗平臺的應用和發(fā)展，可以依托當前便利的互聯網技術，做到資源共享。比如開發(fā)高校虛擬仿真實驗室的微信平臺，號召學生關注相關二維碼，增加課下的自主學習；開發(fā)3D技術，將胚胎發(fā)育的過程做成一個微電影等，這樣可以極大地解放傳統(tǒng)實驗教學的困頓局面，同時也能解決師資不夠的情況。虛擬實驗室具有許多的優(yōu)勢，作為走在時代最前沿的教育工作者，我們應積極地把虛擬技術運用到實驗室建設中，做到虛擬與實際操作相互結合，相互補充，服務教學，發(fā)揮虛擬實驗室在新時代教學和科研中的巨大作用。

圖2 卵裂的三維動畫及視頻展示圖。A，動態(tài)展示桑椹胚；B，動態(tài)展示單細胞期發(fā)育形成二細胞期；C，動態(tài)展示八細胞期。Fig.2 Three - dimensional animation and video display images of cleavage. A, A dynamic display image of the morula; B, The dynamic display image of unicellular stage developing into the bicellular stage; C, A dynamic display image of the eight-cell stage

圖3 章節(jié)及知識點目錄Fig.3 Contents of chapters and knowledge points

圖4 學生自主學習展示圖Fig.4 The display of student self-learning

圖5 科普宣傳展示圖Fig.5 The display of popular science propaganda