莊寶祥王岱君張圣明馬曉君吳洪娟王金平

(1濰坊醫(yī)學(xué)院形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)室;2濰坊醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室山東261053)

數(shù)字切片在組織胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

莊寶祥1王岱君1張圣明1馬曉君1吳洪娟1王金平2

(1濰坊醫(yī)學(xué)院形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)室;2濰坊醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室山東261053)

傳統(tǒng)的組織胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)課以觀察玻璃切片為主,玻璃切片在實(shí)驗(yàn)教學(xué)使用中存在易褪色、不易永久保存和使用時(shí)受時(shí)間和空間限制等缺陷,利用全自動(dòng)顯微鏡掃描系統(tǒng)將玻璃切片制作為數(shù)字切片,結(jié)合顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)和校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用于組織胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué),不僅能有效解決優(yōu)質(zhì)典型玻璃切片片源不足帶來的教學(xué)問題,也有利于教師的備課講解、學(xué)生的復(fù)習(xí)與討論以及師生間的互動(dòng),推動(dòng)了組織胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和考試模式的改革。該文主要介紹組織胚胎學(xué)數(shù)字切片的特點(diǎn)、應(yīng)用及發(fā)展前景。

數(shù)字切片;組織胚胎學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué)

組織胚胎學(xué)是醫(yī)學(xué)院校重要的基礎(chǔ)課程之一,是研究人體在顯微鏡下的結(jié)構(gòu)及其功能關(guān)系和個(gè)體發(fā)生及其發(fā)育規(guī)律的學(xué)科,其內(nèi)容具有平面和立體、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)、局部和整體相結(jié)合的特點(diǎn),屬形態(tài)學(xué)課程。近年來,為了提高組織胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量,集數(shù)碼顯微鏡、圖像處理系統(tǒng)、語音交流系統(tǒng)、應(yīng)用軟件系統(tǒng)為一體的顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)被應(yīng)用于組織胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在此基礎(chǔ)上,我們應(yīng)用數(shù)字切片掃描與應(yīng)用系統(tǒng),將傳統(tǒng)的玻璃切片轉(zhuǎn)換為數(shù)字切片,數(shù)字切片也稱虛擬切片,它是通過計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)顯微鏡移動(dòng),并對觀察到的傳統(tǒng)切片進(jìn)行全自動(dòng)聚焦掃描,逐幅自動(dòng)采集數(shù)字化的顯微圖像,高精度、多視野、無縫隙自動(dòng)拼圖,自動(dòng)拼接成一幅定態(tài)切片的數(shù)字圖像。目前,有關(guān)醫(yī)用數(shù)字切片的制作及應(yīng)用已經(jīng)引起人們的關(guān)注[1-2]。開展數(shù)字切片研制以及結(jié)合顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用于組織胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究,對改革組織胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式、教學(xué)方法具有重要意義。

1.玻璃切片與數(shù)字切片的比較

1.1 玻璃切片的局限性

目前,組織胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要以細(xì)胞或組織標(biāo)本的玻璃切片為觀察對象,在使用中存在較大的局限性:①學(xué)生對切片的觀察必須局限在實(shí)驗(yàn)室,借助于顯微鏡才能使用,因此學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間受到一定程度的限制;②玻璃切片在制作和使用過程中都易破損,而且標(biāo)本容易褪色,不易永久保存;③為了滿足教學(xué)的需求,需要制備大量的切片,不僅成本高,而且也很難保證每張切片的制作質(zhì)量,不利于典型結(jié)構(gòu)的觀察和示教。傳統(tǒng)玻璃切片的這些局限性影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率[1],也妨礙學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。

1.2 數(shù)字切片的特點(diǎn)

數(shù)字切片來源于玻璃切片,數(shù)字切片庫的建立具有多種用途及意義:①高清晰度的數(shù)字切片系統(tǒng),全天候開放,有利于學(xué)生課前預(yù)習(xí)及課后復(fù)習(xí);②包括整張切片全視野的信息,分辨率高,圖片清晰,色彩逼真;③數(shù)字切片的使用不依賴于顯微鏡,而是利用相應(yīng)的圖像瀏覽軟件進(jìn)行觀察,用鼠標(biāo)操作可以選擇切片任意位置,進(jìn)行定倍及任意倍率的放大或縮小,模擬顯微鏡觀察模式,不產(chǎn)生圖像信息失真,圖像瀏覽軟件可以安裝在實(shí)驗(yàn)室電腦、學(xué)生的個(gè)人電腦或教學(xué)網(wǎng)站上,因此,學(xué)生在沒有顯微鏡和玻璃切片時(shí)也能自由觀察切片,不受時(shí)間和空間的限制,滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)方式的需求,使得學(xué)習(xí)更加便利有效;④避免因組織切片資源緊缺、組織切片的破損與丟失(尤其是難以獲得的切片)而影響學(xué)生考試期間的復(fù)習(xí),既節(jié)約了教學(xué)消耗,又提高教學(xué)資源的利用率,更有利于資源共享;⑤考試內(nèi)容統(tǒng)一,不受切片質(zhì)量影響,確保了考試的客觀性;⑥隨著數(shù)字切片庫的不斷更新,豐富了教學(xué)內(nèi)容,使得課堂教學(xué)更加直觀,通俗易懂,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.數(shù)字切片的制作

數(shù)字切片制作系統(tǒng)主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)主要包括顯微鏡加裝步進(jìn)電機(jī)、攝像機(jī)和控制鍵盤。軟件系統(tǒng)主要由圖像采集和控制以及圖像融合和拼接功能模塊組成。制作數(shù)字切片時(shí),首先,利用全自動(dòng)顯微鏡在低倍物鏡(4×)下對玻璃切片進(jìn)行快速掃描,顯微掃描平臺(tái)自動(dòng)將切片沿X/Y軸方向掃描移動(dòng)和Z軸方向自動(dòng)聚焦而得到圖像。在選定掃描區(qū)域后轉(zhuǎn)到高倍物鏡(40 ×)下進(jìn)一步掃描,以獲得高分辨率的數(shù)字圖像。專業(yè)真彩色的大幅面CCD保證了較高的分辨率和保持標(biāo)本的真實(shí)色彩。相應(yīng)的掃描控制軟件和圖像壓縮與存儲(chǔ)軟件將掃描的切片自動(dòng)進(jìn)行無縫拼接和處理,存儲(chǔ)并建立數(shù)字切片庫。利用該系統(tǒng),我們將制作精美、結(jié)構(gòu)典型的玻璃切片,建立為完整的數(shù)字切片庫存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)或存儲(chǔ)介質(zhì)中,按不同章節(jié)或不同系統(tǒng)進(jìn)行分庫保存[1]。

3.數(shù)字切片的應(yīng)用

3.1 數(shù)字切片在組織胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)資源管理中的應(yīng)用

數(shù)字切片的出現(xiàn)將組織胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)資源管理與應(yīng)用提高到一個(gè)新的水平。將傳統(tǒng)切片制作成數(shù)字切片,并由此建立組織胚胎學(xué)數(shù)字切片庫,改變了傳統(tǒng)教學(xué)資源的存儲(chǔ)和管理方式。建立切片庫可以長期保存珍貴切片,不僅極大地方便了教學(xué)資源的查詢、調(diào)閱,也有效解決優(yōu)質(zhì)典型玻璃切片片源不足帶來的教學(xué)問題,既節(jié)約了教學(xué)消耗,提高教學(xué)資源的利用率,又有利于資源共享。

3.2 數(shù)字切片與顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合在組織胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中的應(yīng)用

3.2.1 數(shù)字切片為組織胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)術(shù)交流提供了有效教學(xué)工具,可完全脫離顯微鏡進(jìn)行閱片交流?；跀?shù)字切片庫的建立,利用顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)中的圖像編輯軟件(我們學(xué)校目前使用易創(chuàng)顯微圖像處理軟件-MIE V4.0),教師可以將數(shù)字切片進(jìn)行編輯、標(biāo)注、旁白等處理。由于數(shù)字切片掃描整張切片,因此教師通過數(shù)字切片中一個(gè)縮略的導(dǎo)航圖就可以指導(dǎo)學(xué)生看到圖像的全貌和當(dāng)前所在的位置。點(diǎn)擊典型結(jié)構(gòu)區(qū)局部放大或縮小,方便講授,十分直觀又通俗易懂。學(xué)生可直接通過自己的電腦接收顯示課件內(nèi)容,能近距離觀察切片,這樣也避免傳統(tǒng)教學(xué)應(yīng)用大屏幕播放時(shí),因距離屏幕較遠(yuǎn)而導(dǎo)致對細(xì)微結(jié)構(gòu)觀察不清楚的缺陷。在實(shí)驗(yàn)課過程中,學(xué)生以往是參照圖譜來觀察玻璃切片,尋找典型結(jié)構(gòu)。然而,圖譜只能再現(xiàn)典型結(jié)構(gòu),起示教作用,不能引導(dǎo)學(xué)生如何從整張切片中定位尋找這些結(jié)構(gòu)。數(shù)字切片比圖譜具有更好的指導(dǎo)性,學(xué)生參照編輯標(biāo)注好的數(shù)字切片觀察玻璃切片,能更快更好地理解和掌握切片的內(nèi)容,提高學(xué)習(xí)效率。

3.2.2 應(yīng)用數(shù)字切片和顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)能組織生動(dòng)活潑的實(shí)驗(yàn)討論課,教師將重點(diǎn)難點(diǎn)的數(shù)字切片作為疑難標(biāo)本,附加一些文字問題,作為學(xué)生討論的內(nèi)容。討論可以通過互動(dòng)系統(tǒng)的語言或文字交流軟件進(jìn)行,組間討論互不干擾。每組學(xué)生由代表發(fā)言,用互動(dòng)系統(tǒng)的“示范”功能向全體學(xué)生機(jī)展示圖片,集體參與討論并總結(jié)。學(xué)生之間以協(xié)作伙伴的關(guān)系相互交流和借鑒,實(shí)現(xiàn)合作學(xué)習(xí)模式,激發(fā)學(xué)習(xí)熱情,啟發(fā)思維,培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力,充分發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)中的主體作用,學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力得到更多的培養(yǎng)。

3.3 數(shù)字切片在教師備課和學(xué)生自主學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

不斷更新、內(nèi)容豐富的數(shù)字切片庫為教師編寫課件提供了很好的素材,節(jié)約大量的資料搜集時(shí)間,教師將更多的精力投入在講解方法和內(nèi)容的準(zhǔn)備上,使得備課更加有效。此外,利用圖像編輯軟件,將數(shù)字切片進(jìn)行剪接、編輯、標(biāo)注等處理,教師備課更加方便,而且課件制作更加靈活多樣,課件制作質(zhì)量顯著提高。

傳統(tǒng)教學(xué)使用的玻璃切片限制了學(xué)生自由復(fù)習(xí)的時(shí)間和空間。有了數(shù)字切片,利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸與資源共享,學(xué)生在課前和課后都能可利用校園網(wǎng)在個(gè)人電腦上學(xué)習(xí),非常便捷。因此,數(shù)字切片庫的建立和應(yīng)用在一定程度上能促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性的發(fā)揮和自學(xué)能力的培養(yǎng)。由于學(xué)生機(jī)都配置了數(shù)碼攝像系統(tǒng),學(xué)生可以將自己所觀察到的圖片隨時(shí)照相保存,存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中有利于隨時(shí)調(diào)出瀏覽復(fù)習(xí),而且也能用U盤拷貝,便于課后復(fù)習(xí)使用,使得學(xué)習(xí)方法靈活多樣。

3.4 數(shù)字切片在組織胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)考試中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的組織胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)考試題型呆板、內(nèi)容單一,對學(xué)生的考核比較片面,主要是以組織切片結(jié)構(gòu)辨認(rèn)為主,這樣很容易因?yàn)椴Ａ衅膫€(gè)體差異而導(dǎo)致答題難易程度不一致,采用數(shù)字切片與顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合,可以避免這種情況的發(fā)生,為學(xué)生提供公平、公正的考試環(huán)境。對數(shù)字切片進(jìn)行編輯、裁剪、標(biāo)注等處理,可以設(shè)計(jì)出新穎活潑的題型,能全面、客觀地考核學(xué)生。每位學(xué)生都可利用自己的電腦答題,教師利用互動(dòng)系統(tǒng)“監(jiān)控”學(xué)生答題過程,學(xué)生將答案以共享文件夾的方式發(fā)送到教師機(jī)中,整個(gè)考試過程都各自獨(dú)立完成,使得考試更加公正嚴(yán)謹(jǐn),客觀真實(shí)地反映學(xué)生成績。新的考試模式既考察了學(xué)生對知識(shí)的了解程度,同時(shí)也考察了學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)踐技能,體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)課的實(shí)踐性[1],又可使考試內(nèi)容在深度廣度上得到擴(kuò)展,可對學(xué)生的精細(xì)觀察辨別能力進(jìn)行準(zhǔn)確判斷[3]。

4.數(shù)字切片和顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合推動(dòng)組織胚胎學(xué)教學(xué)改革

信息化時(shí)代,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展不斷影響和改變?nèi)藗兊乃季S與生活方式,同樣也為組織胚胎學(xué)及其他形態(tài)學(xué)科教學(xué)改革提供了機(jī)遇。數(shù)字切片結(jié)合顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用于組織胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)、遠(yuǎn)程教學(xué)以及學(xué)術(shù)交流等,經(jīng)濟(jì)實(shí)用、操作方便,顯著提高教學(xué)質(zhì)量,有力地推動(dòng)組織胚胎學(xué)科教學(xué)改革,在教學(xué)、科研領(lǐng)域中顯示出無可比擬的優(yōu)越性和廣闊應(yīng)用空間。然而,數(shù)字切片與顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用于組織胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍面臨許多問題,如:①編寫實(shí)驗(yàn)教材適應(yīng)數(shù)字切片和互動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用;②培訓(xùn)教師和學(xué)生使用數(shù)字切片瀏覽軟件和互動(dòng)系統(tǒng)操作軟件,最大限度地利用它們的功能;③整合重組形態(tài)學(xué)相關(guān)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[4],設(shè)置綜合性和設(shè)計(jì)性形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容;④進(jìn)一步開發(fā)和優(yōu)化數(shù)字切片與互動(dòng)系統(tǒng)軟件的功能,以適應(yīng)多學(xué)科交叉教學(xué)改革和多領(lǐng)域與多專業(yè)間的相互融合等。

總之,數(shù)字切片具有美好而廣闊的應(yīng)用前景,可以為各種級(jí)別的教學(xué)、醫(yī)師培訓(xùn)、學(xué)術(shù)交流中專家講學(xué)、病例會(huì)診、病理讀片會(huì)、病理科信息管理、科研結(jié)果的核實(shí)等提供有效的教學(xué)工具和交流平臺(tái),在極大程度上推動(dòng)形態(tài)學(xué)教學(xué)改革。

[1]葉翠芳,李和,楊世明.數(shù)字切片在形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用.山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育版,2008, 10(4):497-499

[2]蘇紅星,宋愛利,董小黎,等.數(shù)字網(wǎng)絡(luò)虛擬顯微互動(dòng)系統(tǒng)在形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用.中華醫(yī)學(xué)教育雜志, 2006,26(6):142-143

[3]劉莉,邢文英,金輝,等.顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)在人體組織學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用效果評價(jià).解剖學(xué)雜志,2007, 30(6):823-825

[4]馮天元.醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革初探.山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào):基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育版,2005,7(4):407-409

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10.3870/zgzzhx.2010.04.020

2009-12-13

2010-05-21

莊寶祥,男(1980年),漢族,助理實(shí)驗(yàn)師。