汪潔　伊雪　巫佳翠　石鶯　于述偉

摘 要：作者通過數(shù)字切片掃描系統(tǒng)與應用系統(tǒng)將200張形態(tài)學教學切片掃描成數(shù)字切片，將數(shù)字切片和真實玻片相結(jié)合進行實驗教學，開展網(wǎng)絡環(huán)境下形態(tài)數(shù)字切片庫的建立與應用探索，研究表明：數(shù)字切片與顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)相結(jié)合的實驗教學取得了較好的教學效果，也方便了教學工作的展開。形態(tài)學數(shù)字切片庫的建立在很大程度上彌補了傳統(tǒng)切片與顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)相結(jié)合的實驗教學的不足，也豐富了學校教學資源庫。

關(guān)鍵詞：形態(tài)學實驗教學;數(shù)字切片;教學改革

中圖分類號：R329.4，R361+.2 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ?文章編號：1673-8454（2019）12-0086-03

數(shù)字切片（digital slide）又稱虛擬切片（virtual slide），它是將傳統(tǒng)的玻璃切片通過全自動顯微鏡或數(shù)字切片系統(tǒng)全方位快速掃描而得到的高分辨數(shù)字圖像。通過計算機對得到的高分辨數(shù)字圖像自動進行高精度多視野無縫隙拼接和處理，最終形成了一張張包含了整個載玻片全部信息的可視化數(shù)據(jù)。將大量的數(shù)字切片分類歸檔存儲在服務器中，這樣建立一個資源庫，即為數(shù)字切片庫。

隨著計算機圖像技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字切片技術(shù)為形態(tài)學切片的學習提供了新思路[1] 。數(shù)字切片目前已經(jīng)應用于形態(tài)學實驗教學及臨床病理遠程會診等領(lǐng)域中。

一、傳統(tǒng)形態(tài)學實驗教學的特點

組織胚胎學與病理學都是醫(yī)學形態(tài)學的基礎課程，因內(nèi)容涉及的是人體的微細結(jié)構(gòu)，內(nèi)容相對抽象難懂，單憑肉眼無法觀察，必須借助顯微鏡將微觀世界呈現(xiàn)出來，將抽象的概念變得真實而具體。為方便學生對理論知識的理解和記憶，同時培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力，其實驗課程就顯得尤為重要。尋求更高效的實驗教學模式已經(jīng)成為提高形態(tài)學實驗教學質(zhì)量和教學效率的迫切要求[2]。

傳統(tǒng)的形態(tài)學實驗教學是教師利用圖譜、幻燈片等對組織、器官的形態(tài)和功能進行講解，學生則在光學顯微鏡下觀察玻璃教學切片以加深對理論知識的理解和記憶。經(jīng)過多年的教學實踐，教師和學生發(fā)現(xiàn)用玻璃切片進行實驗教學存在很大的局限性。隨著醫(yī)藥衛(wèi)生條件的改善和醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展， 人類的傳染病、寄生蟲病已經(jīng)逐漸得到控制，與此同時各種疾病的治愈率也明顯提高，這就使得教學切片標本來源受到很大限制。一些典型病變的教學切片多依賴于老一輩專家的積累，但隨著時間的推移，切片出現(xiàn)褪色、老化、破損[3]，這些諸多因素制約了形態(tài)學實驗教學的發(fā)展，也不利于學生自主學習的形成及學習習慣的培養(yǎng)[4]。因此，人們一直在尋找一種新的形態(tài)學實驗教學方法來彌補傳統(tǒng)實驗教學的不足。

二、形態(tài)學數(shù)字切片庫的建立與應用

1.形態(tài)學數(shù)字切片庫的建立

隨著時代的發(fā)展和科技的進步，教育理念和教學方式正加速革新。2013年以來，隨著國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的全面啟動[5]，虛擬仿真實驗教學得到廣泛的應用與發(fā)展。對于形態(tài)學實驗教學而言，數(shù)字切片庫的建立與應用契合了形態(tài)學虛擬仿真教學的趨勢和要求。通過高質(zhì)量的學習資源庫、多種形式的師生互動方式，提高了教學能力，豐富了教學內(nèi)容，便于有效地管理實驗教學資源及實現(xiàn)校內(nèi)外實驗教學的資源共享。

2.形態(tài)學數(shù)字切片庫在實驗教學中的應用

我校形態(tài)學實驗室由四間顯微數(shù)碼互動室組成。其中兩間顯微數(shù)碼互動室配備64+1套顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)，另兩間配備35+1套顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)，可分別容納64名和35名學生同時觀察不同切片，每位學生都配備一套組織胚胎學與病理學的教學切片，通過電腦網(wǎng)絡系統(tǒng)，利用聲、像、文字形式在師生之間、學生之間互相動態(tài)交流學習。2015年實驗室新購置的組織胚胎學與病理學教學切片共計200張，2017年初將這200張教學切片通過Motic數(shù)字切片掃描系統(tǒng)與應用系統(tǒng)掃描成數(shù)字切片。

具體操作如下：先在高倍物鏡（40×）下預覽整張切片的圖像，自動采集數(shù)字化顯微圖像，然后根據(jù)需要選擇掃描切片的模式（標準、高分辨、景深擴展），通過數(shù)字切片系統(tǒng)，結(jié)合控制與掃描軟件，把傳統(tǒng)玻璃切片進行全方位快速掃描而得到高分辨數(shù)字圖像，通過計算機對得到的高分辨數(shù)字圖像自動進行高精度多視野無縫隙拼接和處理，生成一張全視野的數(shù)字化切片并進行儲存[6][7]。觀察時可利用配套的免費瀏覽軟件Motic DSAssistant Lite對采集好的數(shù)字切片在計算機上進行0.04-40倍范圍內(nèi)的任意倍數(shù)的觀察，并可實現(xiàn)無極倍率變化連續(xù)瀏覽切片[8]。如圖1所示， Motic DSAssistant Lite下可同時觀察六張不同切片，并可隨意切換圖像。圖1左上方為全景導航圖，可點擊菜單選項中相應按鈕調(diào)整圖像大小，進行標注、測量、拍照等一系列操作。圖1為病理學切片-高分化鱗癌在10倍物鏡下觀察的圖像。圖2為高分化鱗癌40倍物鏡下觀察的圖像，癌巢中央可見層狀的角化物，稱角化珠，細胞間可見細胞間橋。

目前已對我校5個醫(yī)學專業(yè)本科和?？萍s1500名學生進行試用。經(jīng)過一年多近4萬人時數(shù)的數(shù)字切片實驗教學，與傳統(tǒng)的玻璃切片實驗教學相比較，達到了較好的教學效果，也方便了教學工作的展開。

我們把2017級臨床本科1、2班40人作為對照組，用傳統(tǒng)的組織學玻璃切片和顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)結(jié)合進行實驗教學與考核;另將2017級臨床本科3、4班40人作為實驗組，由同一位教師用數(shù)字切片和顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)結(jié)合進行實驗教學與考核。

傳統(tǒng)切片和顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)結(jié)合與數(shù)字切片和顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)結(jié)合的實驗考核成績的比較如表1所示，對照組班級的實驗成績平均分為80.63分，實驗組班級的實驗成績平均分為87.37分，經(jīng)成對樣本T檢驗得出t值為-5.303，P<0.01。提示實驗組班級的實驗成績高于對照組班級，差異具有統(tǒng)計學意義。

另外，我們還對使用數(shù)字切片和顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)結(jié)合進行實驗教學的班級進行了問卷調(diào)查，其中教師10份，學生50份，共60份調(diào)查表，回收60份，回收率100%。對使用數(shù)字切片和顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)結(jié)合進行實驗教學的50名學生進行實驗教學評價調(diào)查的結(jié)果見表2， 對使用數(shù)字切片和顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)結(jié)合進行實驗教學的10名教師進行實驗教學評價的調(diào)查結(jié)果見表3。

通過調(diào)查可知，92%的學生認為數(shù)字切片和顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)結(jié)合方便了課前預習及課后復習，86%的學生認為可增強實驗課的趣味性，82%的學生認為加深了對理論知識的理解和記憶，96%的學生對整體實驗教學比較滿意。另外，100%的教師認為數(shù)字切片和顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)結(jié)合提高了備課的效率，方便教學資源的存儲和管理，同時也提高了教學資源的利用率。90%的教師認為教學質(zhì)量得到了提高。

三、形態(tài)學數(shù)字切片庫建立的優(yōu)勢與價值?

1.方便對形態(tài)學實驗教學進行指導

授課教師可通過全景導航圖迅速、直觀地幫助學生定位所觀察的組織形態(tài)或病變區(qū)域，從低倍下的組織形態(tài)動態(tài)地過渡到高倍下的細胞結(jié)構(gòu)，還可連續(xù)地展示正常組織與病變區(qū)域的過渡情況，并進行直觀地對比，從而更高效率地指導學生對典型區(qū)域的辨認和掌握[9]。

2.有利于提高學生積極性及學習能力

數(shù)字切片的使用不依賴于顯微鏡并通過校園網(wǎng)全天候開放數(shù)字切片網(wǎng)絡瀏覽平臺，操作簡單，易于使用，極大地方便了學生課前預習及課后復習，同時也增強了實驗課的趣味性，加深了學生對理論知識的理解和記憶，提高獨立閱片的技能。

3.提高了教師的備課效率及教學質(zhì)量

隨著數(shù)字切片庫不斷更新、內(nèi)容不斷豐富，教師可不依賴于顯微鏡并通過校園網(wǎng)觀察到數(shù)字切片，使得備課更加有效，有助于年輕教師的培養(yǎng)。此外，利用圖像編輯軟件，將數(shù)字切片進行剪接、編輯、標注等處理，教師備課更加方便，教學方式靈活多樣，有助于提高教學質(zhì)量[10] [11]。

4.簡化了考試流程，全面客觀地考核學生

數(shù)字切片與顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)結(jié)合，在形態(tài)學實驗考試中提供了極大的便利。通過對數(shù)字切片進行編輯、標注等處理，教師可以針對不同專業(yè)的學生設計不同側(cè)重點的考核題型。學生則可選擇符合教師要求的圖像，并對圖像加以處理，再通過電腦提交給教師電腦的服務器端。這樣既考察了學生對知識的了解程度，同時也考察學生的動手能力和實踐技能，簡化了操作流程，體現(xiàn)了實驗課的實踐性[4] [12]。實現(xiàn)數(shù)字化實驗考試，解決了以往切片標本考試不便的難題，為學校節(jié)省了大量人力物力。

5.提高了實驗資源的管理與共享

數(shù)字切片的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)教學資源的存儲和管理方式。數(shù)字切片庫的建立可對珍貴切片進行可視化數(shù)據(jù)的存儲與管理，也降低了因玻璃切片褪色、老化、破損等而重新制作切片的成本，有效提高了教學資源的管理工作，同時也有利于教學資源的共享。

四、數(shù)字切片的不足之處

盡管數(shù)字切片具有很大的優(yōu)勢，但在實際教學過程中仍然存在一些不足之處：①數(shù)字切片可能存在圖像失真、有色差和分辨率不足等缺點。加之標本的來源、處理的方式、制片的流程、染色的方式以及疾病的病理變化復雜且具有多樣性等特點，因此，部分數(shù)字切片不能準確地反映其真實的特征[13]。②數(shù)字切片對一些案例教學存在缺陷，如心肌和骨骼肌的橫紋，在顯微鏡下轉(zhuǎn)動細準焦螺旋可以看到明顯的明暗變化，但在數(shù)字切片中則無法呈現(xiàn)其動態(tài)過程。③過分依賴數(shù)字切片，使得部分學生未能很好地掌握顯微鏡的正確使用與操作。

總而言之，數(shù)字切片庫的建立與應用，給形態(tài)學實驗教學帶來了全新的變革，使得組織胚胎學與病理學切片的觀察學習得以準確、高效地進行。保存了珍貴的組織胚胎學、病理學切片信息的同時，又為醫(yī)學形態(tài)學實驗網(wǎng)絡教學鋪平了道路。結(jié)合顯微數(shù)碼互動實驗室，將徹底更新教學手段，真正實現(xiàn)純數(shù)字化、網(wǎng)絡化的顯微實驗互動教學，更好地推進高等學校實驗教學的改革。

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