賈 薇，龐麗娟，梁偉華，蔣金芳，鄒 泓

（石河子大學(xué)，新疆 石河子 832002）

數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)在病理學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用探索

賈 薇，龐麗娟，梁偉華，蔣金芳，鄒 泓*

（石河子大學(xué)，新疆 石河子 832002）

目的為提升醫(yī)學(xué)生病理學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量，利用數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)對醫(yī)學(xué)本科生病理學(xué)實驗教學(xué)進行改革和探索。方法 挑選病變形態(tài)特征典型的玻片掃描成數(shù)字切片，依托數(shù)碼互動實驗室，采用傳統(tǒng)切片結(jié)合數(shù)字切片的實驗教學(xué)模式，對我校2014級臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生進行病理學(xué)實驗教學(xué)和考試模式改革。結(jié)果 以問卷調(diào)查形式對教學(xué)效果進行評價。調(diào)查結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)教學(xué)相比，超過85%的被調(diào)查學(xué)生喜歡并支持使用改革后的新教學(xué)模式。結(jié)論 數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)教學(xué)具有顯著優(yōu)越性，利于提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和效果以及培養(yǎng)高素質(zhì)師資隊伍。

數(shù)字切片；數(shù)碼互動系統(tǒng)；病理學(xué)；實驗教學(xué)

病理學(xué)是研究疾病的病因、發(fā)病機制、病理形態(tài)學(xué)變化、結(jié)局和轉(zhuǎn)歸的重要醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課程，病理形態(tài)學(xué)觀察是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師利用掛圖和多媒體課件等，通過集體授課講解疾病的病理形態(tài)變化，學(xué)生在實驗課中使用光學(xué)顯微鏡觀察傳統(tǒng)組織切片（HE染色的玻璃切片），進一步加深對理論知識的理解和記憶。隨著信息技術(shù)和數(shù)字化的發(fā)展，這種傳統(tǒng)教學(xué)模式的諸多弊端逐漸顯露：某些疾?。ㄈ鐐?、風(fēng)濕性心肌炎等）的組織標(biāo)本來源日益稀少，玻璃切片易破碎，制作成本高，學(xué)生不易標(biāo)記，給學(xué)習(xí)帶來不便。多年教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)組織切片的局限性已經(jīng)明顯影響了病理學(xué)教學(xué)效果，限制了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)[1]。隨著信息化教學(xué)的迅速發(fā)展，數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)逐漸在病理學(xué)實驗教學(xué)中興起和廣泛應(yīng)用。數(shù)字切片，即虛擬切片，是利用全自動顯微數(shù)碼掃描系統(tǒng)，以高分辨率圖像形式將傳統(tǒng)組織切片上的全部信息采集下來，再經(jīng)過拼接、壓縮和儲存，建立數(shù)字切片庫[2]。數(shù)碼互動實驗室由數(shù)碼顯微鏡、互動教學(xué)圖像系統(tǒng)、語音傳輸系統(tǒng)和多媒體系統(tǒng)組成，由教師端主要操控，將顯微鏡下的圖像或數(shù)字圖像傳輸?shù)酵队皟x屏幕或?qū)W生端電腦屏幕，一定程度上實現(xiàn)了信息資源共享。將數(shù)字切片庫與數(shù)碼互動系統(tǒng)結(jié)合起來應(yīng)用于病理學(xué)實驗教學(xué)，能夠極大提高教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

1 數(shù)字切片庫的建立

根據(jù)我院病理學(xué)實驗教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容，挑選病變形態(tài)特征典型、染色均衡鮮艷、無明顯褶皺和刀痕的切片為數(shù)字切片的母版，再使用全自動數(shù)字切片掃描儀（江豐生物科技有限公司，型號：KF-PRO-005）掃描成數(shù)字切片。制備過程如下：首先使用全自動顯微掃描平臺，在低倍物鏡（2倍）下快速掃描整張切片，掃描系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上自動生成建?；c，再在高倍物鏡（40倍）下以基點為坐標(biāo)進行逐層逐點掃描，這樣就能獲得無縫拼接的高精度、高分辨率數(shù)字圖像，即一張全視野的數(shù)字切片。這樣生成的數(shù)字切片包含了玻璃切片上的所有信息，再借助Motic DigiLab II軟件系統(tǒng)在電腦上觀察，通過鼠標(biāo)或鍵盤操作，可自由觀察圖像的任意位置，不僅能夠在2～40倍的縮放范圍內(nèi)無極倍率變化，還能同時保證瀏覽的流暢性。將制作完成的數(shù)字切片標(biāo)注病變名稱或編碼，建立病理學(xué)實驗教學(xué)數(shù)字切片庫。目前，我系共掃描數(shù)字切片50例，建立了數(shù)字切片庫，并上傳至石河子大學(xué)實驗資源網(wǎng)絡(luò)平臺，實現(xiàn)了切片數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，確保師生在校園內(nèi)可隨時瀏覽學(xué)習(xí)，不再受時空限制。

2 數(shù)碼互動實驗室的構(gòu)建

我院于2012年開始建設(shè)并逐漸完善了6間數(shù)碼互動實驗室，硬件設(shè)備來自舜宇光學(xué)科技有限公司。每間互動實驗室包括1臺教師端和32臺學(xué)生端數(shù)碼顯微鏡和電腦，1臺交換機，1臺投影儀以及相關(guān)顯微數(shù)碼互動控制系統(tǒng)、圖像處理軟件等，軟件系統(tǒng)可實現(xiàn)廣播教學(xué)、語音教學(xué)、學(xué)生演示、屏幕回放、分組討論、遙控輔導(dǎo)、監(jiān)控轉(zhuǎn)播等，可將教師端、學(xué)生端的顯微圖像信號單元、音頻信號單元通過電腦網(wǎng)絡(luò)組成雙向互動的多媒體音視頻網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，使師生之間得到充分的雙向互動交流。

教師端設(shè)備可實現(xiàn)的主要功能包括：（1）可以靈活控制每臺學(xué)生端電腦和顯微鏡，能將教師端或任意學(xué)生甚至多位學(xué)生顯微鏡下觀察的圖像以及電腦顯示內(nèi)容同步傳送給任意或所有學(xué)生，也可傳送到投影儀屏幕上；（2）既可以觀察學(xué)生端鏡下圖像，又可以監(jiān)控學(xué)生端電腦顯示的內(nèi)容；（3）可以下發(fā)數(shù)字切片、教案、作業(yè)、試卷等教學(xué)資源。

學(xué)生端設(shè)備可實現(xiàn)的主要功能包括：（1）獨立的電腦系統(tǒng)，具有獨立的圖像處理功能，可將自己觀察到的內(nèi)容采集并制作成圖像、視頻等數(shù)字化資源儲存起來；（2）接收、觀看和儲存教師端下發(fā)的數(shù)字化教學(xué)資源；（3）在線提交問題、作業(yè)、試卷等；（4）學(xué)生端之間也可以進行在線討論。

3 數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)在病理學(xué)實驗教學(xué)中的具體應(yīng)用

依托數(shù)碼互動實驗室，采用傳統(tǒng)切片結(jié)合數(shù)字切片的實驗教學(xué)模式，對我校2014級臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)352名學(xué)生進行了病理學(xué)實驗教學(xué)改革。首先，教師通過數(shù)碼互動系統(tǒng)向?qū)W生示教所學(xué)病變的傳統(tǒng)切片和數(shù)字切片，進行啟發(fā)式教學(xué)，學(xué)生可以在電腦上觀看學(xué)習(xí)，也可以在投影儀屏幕上觀看學(xué)習(xí)，這樣能有效彌補因座次遠導(dǎo)致部分學(xué)生看不到教師示教的不足；其次，學(xué)生利用數(shù)碼互動系統(tǒng)中的“舉手”功能向教師提問和請教，還可與同學(xué)進行在線討論交流，教師可以對學(xué)生進行一對一指導(dǎo)，也可以將學(xué)生的典型問題進行統(tǒng)一講解。授課中，教師能夠隨時掌握每位學(xué)生的切片觀察情況，對學(xué)習(xí)不認(rèn)真的學(xué)生可以發(fā)送黑屏或者文字告誡，這樣既能起到督促提醒的作用，又不會影響其他學(xué)生。再次，教師向?qū)W生布置作業(yè)，學(xué)生可當(dāng)堂完成并在線提交，也可在下堂課課前提交。課堂教學(xué)結(jié)束后，學(xué)生可以隨時登錄學(xué)校網(wǎng)站病理學(xué)數(shù)字切片庫進行復(fù)習(xí)。

我們不僅改革了病理學(xué)實驗教學(xué)模式，還改革了實驗課考試模式。根據(jù)實驗教學(xué)大綱，建立相應(yīng)數(shù)字切片試題庫，包括所學(xué)習(xí)的50種病變的數(shù)字切片，并且每種病變又包括形態(tài)有差異但病變特征一致、難度相同的5張切片?？荚嚂r，學(xué)生隨機抽取一套數(shù)字切片試題，在規(guī)定時間內(nèi)完成，上傳至教師端。教師用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)閱卷和評分。

4 實驗教學(xué)改革的效果評價

課程結(jié)束后，向所有參加教學(xué)改革的2014級臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)352名學(xué)生發(fā)放調(diào)查問卷，問卷內(nèi)容包括與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，數(shù)字切片與數(shù)碼互動系統(tǒng)結(jié)合的新實驗教學(xué)模式是否更能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)是否更主動積極、是否更有利于討論交流。

5 結(jié)果

共發(fā)放問卷352份，收回有效問卷309份，有效問卷回收率87.8%。調(diào)查結(jié)果顯示，超過85%的被調(diào)查學(xué)生喜歡新的病理學(xué)實驗教學(xué)模式，并支持采用新的教學(xué)模式，大部分被調(diào)查學(xué)生認(rèn)為新的教學(xué)模式更能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)習(xí)更積極、輕松和高效。具體調(diào)查數(shù)據(jù)見表1。

表1 病理學(xué)實驗教學(xué)改革效果評價

6 討論

6.1 數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)在病理學(xué)實驗教學(xué)中應(yīng)用具有優(yōu)越性

數(shù)字切片圖像清晰，觀察不再依賴于顯微鏡，可實現(xiàn)自主學(xué)習(xí)，滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的需要，也促進了學(xué)科精品課程和校園網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺的建設(shè)。學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)需要，可在數(shù)字切片上標(biāo)注，有利于加深對知識的記憶，提高了學(xué)習(xí)興趣和效率。數(shù)碼互動系統(tǒng)具有傳統(tǒng)教學(xué)無法比擬的優(yōu)勢，每位學(xué)生都能同步觀看到生動、清晰的教師示教圖像。教師端具有監(jiān)控功能，能夠掌握每位學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，便于精確進行一對一指導(dǎo)，也使師生交流更便捷。數(shù)碼互動系統(tǒng)強大的圖像采集、標(biāo)注、編輯功能，有利于學(xué)生隨時收集自己感興趣的圖像，便于以后復(fù)習(xí)，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。便捷的示教和作業(yè)下發(fā)功能也活躍了課堂氣氛，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性普遍增強[3]。

6.2 數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)實驗教學(xué)模式能培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力

數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)實驗教學(xué)模式能充分調(diào)動學(xué)生參與意識，在鞏固理論課所學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，能培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和自主學(xué)習(xí)能力，增強對專業(yè)課學(xué)習(xí)的熱情。興趣是最好的老師，數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)實驗教學(xué)模式能增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生會自覺鉆研，不再死記硬背課本知識，將理論知識與切片觀察實踐有機結(jié)合，收到了良好的教學(xué)效果，提升了教學(xué)質(zhì)量。實驗課上，學(xué)生在切片觀察中遇到問題，可隨時向教師提問，提高了學(xué)習(xí)效果。實驗課后，學(xué)生通過隨時觀看數(shù)字切片，反復(fù)觀察和與同學(xué)討論，邊學(xué)邊練邊總結(jié)，可達到事半功倍的學(xué)習(xí)效果。

6.3 數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)實驗教學(xué)模式能培養(yǎng)高素質(zhì)的師資隊伍

數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)實驗教學(xué)模式對教師能力和專業(yè)素質(zhì)提出了更高的要求。每一堂實驗課，教師都必須經(jīng)過充分準(zhǔn)備，才能將理論和實踐內(nèi)容有機結(jié)合。我系每周組織全體病理學(xué)授課教師集體備課，實驗課授課教師說課，其他教師討論、補充和完善，最終形成一致的教學(xué)方案并在授課中執(zhí)行。教師不僅要精通病理學(xué)專業(yè)內(nèi)容，還必須熟練掌握數(shù)碼互動系統(tǒng)的所有操作，才能保證授課流暢、高效。每堂課教師都要保證全神貫注，病變講解精準(zhǔn)到位，及時解答學(xué)生的提問，解決教學(xué)中存在的問題。隨著病理學(xué)實驗教學(xué)改革的深入進行，教師也在不斷的挑戰(zhàn)和學(xué)習(xí)中成長。

6.4 數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)實驗教學(xué)模式存在的問題和前景展望

雖然數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)實驗教學(xué)模式具有授課信息量大、信息傳遞精準(zhǔn)、教學(xué)高效便捷等優(yōu)勢，但在應(yīng)用之初，仍存在一些問題。首先，要求授課教師熟練掌握電腦操作、組織切片掃描以及數(shù)碼系統(tǒng)各種軟件的使用，通常每學(xué)期開始，我們會邀請軟件公司工程師對新授課教師進行培訓(xùn)，但實際操作仍需要教師在授課過程中逐漸摸索和熟悉；其次，數(shù)碼互動實驗室需要經(jīng)常維護，不僅需要一個相對潔凈的環(huán)境和定期擦拭清潔來保障硬件功能正常，還需要專業(yè)的工程師對軟件系統(tǒng)經(jīng)常維護；再次，為保證教學(xué)正常進行，還需要額外對學(xué)生進行電腦安全教學(xué)和軟件操作培訓(xùn)，占用了授課時間和部分師資力量。同時，數(shù)碼互動系統(tǒng)可搭載多種軟件，尚有許多功能有待在教學(xué)中不斷開發(fā)。除了教學(xué)以外，數(shù)字切片已廣泛應(yīng)用于遠程病理診斷、病理切片存檔和質(zhì)量控制等。隨著時間的推移和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)的應(yīng)用前景會更為廣闊和樂觀。

7 結(jié)語

我院建立數(shù)碼互動實驗室以來，病理系充分整合了數(shù)字切片的優(yōu)勢，不斷改進實驗教學(xué)模式，應(yīng)用到病理學(xué)實驗教學(xué)中。實踐發(fā)現(xiàn)，數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)實驗教學(xué)模式不僅提升了病理學(xué)實驗教學(xué)效果，還為開展研究性實踐教學(xué)提供了平臺。今后我們將充分利用數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)的優(yōu)勢，深入開展適應(yīng)當(dāng)代醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)的靈活多樣的教學(xué)模式研究，進一步提升病理學(xué)教學(xué)效率和質(zhì)量。

[1]Braun M W，Kearns K D.Improved learning efficiency and increased student collaboration through use of virtual microscopy in the teaching of human pathology[J].Anatomical Sciences Education，2008（6）：240-246.

[2]徐瑲，蘭歡，趙宏賢，等.組織學(xué)數(shù)字切片庫的構(gòu)建與探討[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育，2012，14（7）：550-552.

[3]馮先玲，王曉梅，沙鷗.虛擬切片和數(shù)碼互動在組織學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].解剖學(xué)雜志，2015，38（6）：748-749.

（*通訊作者：鄒泓）

G40-057

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1671-1246（2017）08-0040-03

石河子大學(xué)“3152”青年骨干教師培養(yǎng)支持計劃項目（CZ0261）