摘 要：通过分析病理学教学过程中的具体教学事件以及虚拟数字信息化教学系统的形态学教学优势及不足，探讨应用虚拟数字信息化教学资源针对不同病理学教学内容进行合理化教学设计的可行性，进而统整优质病理学理论和实验教学资源，构建基于虚拟数字信息化系统的交互式、沉浸式虚拟病理学教学。
关键词：虚拟 数字信息化 病理学
病理学是一门构架于基础医学和临床医学之间的桥梁学科，主要研究疾病的病因、发病机制、病理学变化、结局和转归等内容。作为一门形态学科，病理学教学主要分为理论和实验教学两部分，同时实验教学又主要分为大体标本和组织病理学切片观察两部分。
近年来，传统病理学教学遭遇到了前所未有的困境和挑战。尸检率不高造成典型病变大体标本检出率降低，医疗技术和医疗服务水平的不断提高导致全息呈现典型病变的几率减小，年份久远和使用率过高造成典型的组织病理学切片库存减少等一系列问题严重影响了病理学教学质量，甚至部分教学内容无法进行直接演示[2]。但是，在新技术不断涌现的新时代，如何通过有效的分析、统整教学资源及主要教学活动，充分利用新技术辅助、支撑并通过有效可行的教学设计解决主要教学问题，又为病理学教学改革提供了更大的机遇。虚拟数字信息化的交互式、沉浸式虚拟教学拥有其技术上的天然优势，其可以解决部分传统病理学教学过程中遇到的瓶颈问题，可以作为未来病理学教过程改革的一个主要选择方向。
一、病理学虚拟数字信息化教学的优势
随着3D技术、网络技术、摄像技术及数字信息整合技术的革新，国、内外多所高校相继开展并应用虚拟数字信息化教学系统进行病理学实验教学，逐步对传统病理学教学过程的不足进行更深层次的改革。
虚拟现实（virtual reality， VR）技术可以利用计算机生成模拟现实环境，整合多源性信息，创设交互式、沉浸式的三维动态视景、感知模拟及实体动作行为，可以增强过程体验的存在感、交互性及动作、感知的自主性[3]，这些优势均与现代化参与式、体验式的以学生为中心的自主学习过程有着极大的契合度，也给该项新技术应用于病理学教学过程提供了坚实的理论依据。
在已有并应用于医学生培养的虚拟技术方面，部分外科手术操作训练已经通过虚拟技术实现，此外，解剖学教学也应用此项技术完成了部分标准化操作训练，但是其在病理学教学中的应用多仅限于虚拟数字切片的扫描和观察及后期标准化现实场景静态教学，教学无法产生足够的体验式、交互式过程，尚缺乏具有针对性的解决方案。
1、虚拟数字信息化教学系统对病理学理论课教学产生的变革
多年一线教学经验发现，病理学知识体系其实非常庞大而繁杂，内容涉及人体各个系统的解剖学、组织学、生理学、生物化学及病理生理学，尤其是涉及到尚未进行的临床诊断及临床病理联系内容。首次接触病理学的医学生大多会表达极高的学习兴趣，毕竟病理学是第一门讲疾病的医学基础课。但随着学习的逐步深入，枯燥难以具象化的理论内容，繁杂的知识点，纵横交织的正常与非正常对比，导致学生既要回顾前期所学正常组织结构和功能学知识，又要从对比中发现非正常的形态学变化，同时还需要通过理论所学推断机体可能表现出来的症状和体征。在教师理论讲解后，学生的学习可能会是更加枯燥的背诵、记忆，缺乏具象化的感知，难度可想而知。
“一图胜千言”，病理学的理论课除纯文字系统性病变讲授外，最好能够在有限的展示媒介条件下附以高质量的病变图片。传统的病理学理论教学多通过从低倍到高倍的静态图片展示进行病变阐释，难以全面诠释病变全貌，而在虚拟病理学数字切片技术广泛应用于临床病理学远程会诊后，现在已经逐步应用至病理学理论课堂教学。虚拟数字组织病理学切片的使用可以通过云端下载传输至终端，教师经过第三方付费系统调用数据库组织病理学数字切片进行全息数字切片教学。另外，拥有病理学数字切片扫描系统并库存有大量典型传统组织病理学切片的教学单位可以通过自建线上、线下数字切片库，从而为理论课教学提供更有自主选择性的、更符合本校学生学习习惯的内容。如此，病理学理论教学质量的保证和提高将不再是难题。
2、虚拟数字信息化教学系统对病理学实验课教学产生的变革
病理学实验课教学主要分为大体标本观察和组织病理学切片的观察，虚拟数字信息化教学系统对病理学实验课教学的变革主要体现在教学准备、教学活动、学习活动及教学反思等四方面。
（1）教学准备方面的变革。大体标本教学准备主要包括大体标本的筛选、制备及讲解平台的布置。大体标本的筛选和制备是一个比较严谨的技术性活动。每一个大体标本均需有典型的病变特征并附以真实准确的临床病案资料，所以完备的大体标本建库困难极大[5]，尤其是随着现代化医疗技术水平的不断提高，医务工作者、患者及患者家属的医学伦理学观念和生物物证信息安全观念的不断提升，医学高校获取患者完整标本并保存入库的可能性进一步减小。虚拟数字信息化系统则可以通过全息三维扫描重建病变标本而不需逐个获取实体标本（前提是必须严格保守患者个人隐私信息），这样不但能够准确获取患者典型病变组织标本，还可以在有效的 “医院-患者-医学院”三方协调沟通后以电子文档的方式获取患者就医过程的完整病案资料记录，更加方便了病案建库。此外，由于大体标本的讲解和观察需要构建身临其境的床边教学环境，但因受限于每个实验室人数相对过多，教师人数及讲解平台空间有限，且远离床边教学实地，所以构建机会均等的床边学习场景难度极大。虚拟现实技术则可以通过构建虚拟床边三维实验室和标准病人及病案，在VR硬件设备和数据完备的情况下大量展开虚拟实验室床边教学，从而提供高效且机会均等交互式、沉浸式教学场景，进一步提升教学过程现场感，从而保证更高的教学效果和教学效率。
组织病理学切片的教学准备则更加方便快捷。通过购买优质教学组织病理学切片或者临床病检收集典型病变进行组织病理学切片制备，再通过有效筛选并应用数字切片扫描设备进行数字切片建库，后期通过数字教学平台APP的开发对库存内容进行结构树整理，可以为教学活动提供必要的数字资源。
（2）教学活动与学习活动方面的变革。无论是传统教学模式或是新型教学模式，教学活动基本包括引发学生注意力、告知学习目标、激发旧知、教学演示、学习指导、引发学习行为、教学信息反馈、学习效果评测及知识保持和迁移等九大内容，而主要的教学活动需要通过预知的学生学习活动进行有效的教学设计，分别从生动导入、清晰讲授、丰富演示、有效提问、多维互动及精炼总结等基本环节着手。
教学活动的有效组织和安排必须在拥有丰富而高质量的教学素材前提下才能进行高效的教学活动设计。虚拟数字信息化教学系统平台构建完成后将极大地丰富教学素材的类型并提高教学素材可应用性效率，从而提高各个教学环节的教学效果。
第一，如果采用标准化的模拟病人将教学内容和教学目标导入课堂，而不再是空泛的静态文字或部分图片展示，将可呈现病人全时态的病变进展。故此，虚拟数字信息化教学系统提供的优质教学素材在掌握基本教学技能的教师应用下，不但可以提高学生对专业知识学习的渴求度，也为接下来的完整的教学内容展示做好引导和延伸。
第二，教师的教学能力体现和教学效果呈现最终将以学生对学习内容的吸收度或是后期的知识、病案的理解、分析及应用能力得以反馈。教师是否能够通过有效的教学素材组织进行清晰的教学内容讲授直接关乎学生的学习效果。虚拟数字信息化教学系统能够为教学提供多维度、动态的教学素材，无论是文字、声像还是时间-事件轴的延伸，甚至是创设虚拟现实的实验室床边教学，均能够更加方便学生体验医学诊疗的现实过程。教师则可以通过对标准病人的发病原因、发病机制、病变发展过程及临床诊断内容等进行逐层抽丝剥茧式的系统性讲授，既有详实的教学内容，又有符合学习基本规律和符合医学病变发展基本的规律教学内容，从而增强学生床边学习的虚拟体验，进而增强沉浸式、交互式、体验式学习效果，提高学生的学习效率。
第三，在数字信息化高速发展的时代，年轻人中尤其是有更多机会接触甚至获得先进数字化产品的高校大学生，对科技的体验需求明显更高。同时，由于医学生接受的学习内容几乎是所有专业大学生中最多且分门别类最繁杂的，没有更好的不同场景体验将导致学生难以适应各种不同的临床诊疗环境，导致难以达到学以致用的效果，甚至出现高分低能的怪象。近些年，全球医学生教育质量下滑严重，其中缺乏床边教学就是其中一个原因。由于国内医学生招生规模仍在不断加大，教学师资及硬件资源、甚至临床实习机会均出现了明显的相对不足，最终使得教学质量无法得到完全保障。虚拟数字信息化教学系统能够实现丰富的场景模拟和过程标准化演示，而学生则可通过终端得到更多的虚拟现实体验，在标准化教学演示的引导下完成标准化的医疗诊断操作，不但满足了学生对先进科技的体验，同时更高效地完成了学习内容。学生不但可以在规定学时内完成更多、更完整的必修研习内容，更能够结余更多的课下时间做拓展性学习，从而使得学生的综合素质进一步提高。
第四，医学教学是一个以问题为枢纽的知识迁移过程[7]。如何发现问题，提出问题，分析问题并对问题进行诊断性解答，甚至通过有效诊断进行后续的治疗，均可以通过对虚拟标准病人的诊疗过程实现。沉浸式的虚拟数字化信息教学系统通过创设病患发病场景，展示发病过程及其进展，暴露提示性诊断问题以供教师及学生采集病史，同时可通过病变发展时间轴的变化快速切换至本学科所需要讲授的具体内容，经过多维度、多角色观察，不同的教师和学生可以通过相互间的团组提问及讨论对问题进行发散式或集中式解答，从而达到更有效的教学过程。
第五，体验式、参与式的以学生为中心的教学理念已被国、内外绝大多数高校教育工作者所认可，这需要多维度的教学参与才能够完成[8]。在缺少临床病检标本、缺乏完整病变、团组学习空间受限、师生比严重不足等多种因素的影响下，传统的病理学教学过程难以实施丰富而广泛的参与式教学。虚拟数字信息化系统则可以利用模拟环境、模拟标准病人、模拟病变及其演变过程，提供多维度的素材，同时利用系统编辑的多种模式进行不同对象间的相互智能信息反馈达到多维度教学过程体验。经过不同模式、维度的以学生为中心的学习过程模拟，可以多角度掌握学生对具体学习目标达成的熟练掌握程度，同时还好可以为后期教学核查、反思提供必要的数据，以便对教学过程进行更深层次的调整。
第六，学生对每个学习内容的理解和掌握程度均需要一个回顾性的总结，从而查漏补缺。传统病理学教学多以内容详实的图表或者凝练的文字进行总结。虽然知识点涵盖的比较全面，但是毕竟静态的单一传授很难满足学生学习的要求。虚拟数字信息化教学系统提供的虚拟实验室、虚拟标准病人、虚拟事件等素材能够使得学生不但可以如传统病理学教学内容总结一样不遗漏任何重要知识，更能够通过体系性、动态性展现病案，提供更加具有感知性的虚拟数据贴近床边教学效果。
（3）教学反思方面的变革。教学反思是教师通过收集教学过程数据证据，对教学实施过程及教学效果的再认识、再思考，通过总结经验进一步提高教学水平。教学反思可以通过辨识具体的教学过程证据进行纵向反思、横向反思、个人反思或同事间相互举证反思[9]。反思的前提是要有足够可信度的教学过程证据。传统病理学教学教学证据因为缺乏智能性的数据证据自动收集和整理以及解读，人工在正常教学中很难获得更多而全面的具体数据证据，大多只是个人针对零星的发现进行教学过程调整，或是通过同事具体业务评议共同发现相互间的不足或可取之处。由于智能化虚拟现实技术的推动，全数据证据信息可以轻松记录一般性的教学过程，甚至个性化的教学案例。在完成教学常规动作之后，计算机可通过预设的统计学模型进行智能运算，捕捉并分析本阶段预设的目标性检测，从而提供更好的指导性教学思路调整方案，这也是大数据云智能时代的一个具体优势体现。
二、病理学虚拟数字信息化教学可能存在的不足或导致的不良问题
虚拟数字信息化教学系统虽然能够提供丰富的教学载体，但在部分教学实践中仍然暴露出部分不可回避的问题。
1、虚拟数字信息化教学系统仍需要继续丰富其素材并改进交互式、沉浸式虚拟体验
病理学数字切片技术经过多代更替之后，虚拟全息组织病理学切片已经与现实显微镜下观感差别无几。虽然通过图像投射装备最终显示的组织切片很难反映组织切片的真实大小，但比例尺可以虚拟展现其真实大小，所以在临床病理学远程会诊中已经逐步替代了传统的物流送检。但是虚拟数字信息化教学系统中的虚拟实验室、虚拟床边教学和虚拟交互式、沉浸式体验仍然在大部分院校无法高质量开展。原因大概有三：一是掌握虚拟数字信息化技术的第三方开发人员对医学诊疗过程及教学场景模拟不够熟悉和了解，产品细节展示不完整；二是现有计算机、网络技术仍然无法很好地支撑4K或更高的虚拟数字信息化场景数据的传输及切换，交互式、沉浸式体验不尽人意；三是参与式教学过程预案或教学人员提供的教学模型方案不够完备，同时提出的制作要求过高，最终导致可制作或应用的产品不够齐全，不能形成体系性成品。要解决以上三个问题，每一个项目从立项到产品的推出，必须经过教学团队、校方教学管理团队及虚拟产品制作企业方进行反复的筹划和论证，经过精心的制作才能够在准确丰富素材的前提下，实现更好的交互式、沉浸式虚拟教学体验。
2、虚拟数字信息化教学系统会造成部分学生对常规病理学诊断技术操作的认知不足
虚拟现实技术现今虽然得到了极大的发展，但目前仍无法完全通过传感器提供真实的体验，如果现阶段过分依赖虚拟数字信息化教学系统就会造成严重的临床操作实践缺失，比如国内某些高校的病理学实验课已经将显微镜移出实验室，最后导致学生对显微镜的基本操作技能缺失，对临床病理学切片的存在感缺失。
综上论述，虚拟数字信息化教学系统确实是一种崭新的形态学教学工具，存在一些明显的优势，能够将多个教学环节有机整合，能够激发学生的学习积极性，更能够为病理学理论和实验教学带来比较明显的效果提升。但是，不可忽视的是虚拟数字信息化教学系统也存在比较直接的应用缺陷，尤其是受限于现今计算机、网络传输硬件的瓶颈以及教学团队、校方教学管理团队及虚拟产品制作企业沟通不足，导致的产品体验不能很好满足具体的教学需求。但是，在充分认识不足的基础上，在虚拟数字信息化飞速发展的当下，相信硬件和软件技术性瓶颈在不久的将来将得到突破，而作为教学团队人员及校方管理团队人员需要提前做好与虚拟产品制作企业的预案沟通和论证，方便在技术障碍清除时机到来时，能够迅速实现虚拟数字信息化教学系统产品的制作和应用，便于应用于病理学教学过程，从而有效提升病理学教学效果。
参考文献：
1] 孟艳, 宫丽平. 数字化病理切片数据库在病理学教学应用的思考[J]. 基础医学教育, 2017, 19(4)
[2] 叶菁, 袁媛, 赵远林等. 病理形态学数字化教学的利弊探讨[J]. 中华神经外科疾病研究杂志, 2016, 15(1)
[3] 程凯, 陈敏. 虚拟现实结束在健康医疗领域的应用[J]. 中国医院管理, 2017, 37(8)
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