程 云，彭景賢,岳淑芬，宋 芳，陳 晶，趙紫薇，楊美霞，韓曉敏

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院組織學(xué)與胚胎學(xué)教研室，內(nèi)蒙古包頭 014040；2.包頭市疾病預(yù)防控制中心微生物檢驗(yàn)科)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)在醫(yī)學(xué)院校中得到了廣泛應(yīng)用，此平臺(tái)是基于虛擬顯微鏡(數(shù)字切片)系統(tǒng)建立的教學(xué)平臺(tái)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀察切片必須依賴顯微鏡和玻璃切片的局限性[1]。同時(shí)隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的繁榮，大規(guī)模在線開放課程(massive open online courses，MOOC)、翻轉(zhuǎn)課堂、小規(guī)模限制性在線課程(small private online course，SPOC)等多種教學(xué)方式的出現(xiàn)，并且結(jié)合各類在線平臺(tái)和課堂教學(xué)優(yōu)勢的線上線下混合教學(xué)也越來越多地應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐中[2]。本校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的引進(jìn)，有助于更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，特別是形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，突破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，極大地助力線上教學(xué)。本文主要論述了傳統(tǒng)顯微數(shù)碼互動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)結(jié)合混合式教學(xué)的探索實(shí)踐。

1 組織學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)現(xiàn)狀

為了提高教學(xué)質(zhì)量，學(xué)校先后引進(jìn)了數(shù)碼互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。目前組織學(xué)實(shí)驗(yàn)線下教學(xué)主要是在數(shù)碼互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室以觀察玻璃切片的形式為主，教師在上課前需要做好課前準(zhǔn)備，找到較為典型的玻璃教學(xué)切片，使用數(shù)碼顯微鏡將要觀察的重點(diǎn)、典型部位拍成圖片，制作成幻燈片以便在實(shí)驗(yàn)課使用。課上，教師先以幻燈片形式講解重點(diǎn)切片結(jié)構(gòu)，再結(jié)合數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)教師端或?qū)W生端電腦演示玻璃切片結(jié)構(gòu)，最后學(xué)生結(jié)合形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，利用數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)光學(xué)顯微鏡自己觀察玻璃切片，并找到重點(diǎn)結(jié)構(gòu)，在此期間教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)別輔導(dǎo)[3]。目前，由于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)未與數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)教師端和學(xué)生端電腦聯(lián)網(wǎng)，因此學(xué)生無法在課上直接觀察數(shù)字切片，只能通過手機(jī)端登錄虛擬仿真平臺(tái)。因此，組織學(xué)實(shí)驗(yàn)課線上教學(xué)主要以課前預(yù)習(xí)、課后切片復(fù)習(xí)的方式進(jìn)行；另外課中如果遇到玻璃切片質(zhì)量問題或結(jié)構(gòu)不典型的情況，學(xué)生可用手機(jī)登錄虛擬仿真平臺(tái)觀察數(shù)字切片，以彌補(bǔ)玻璃切片的不足。虛擬平臺(tái)還可以用于第二課堂開放實(shí)驗(yàn)室，拓展學(xué)生閱片量，特別是在切片考試前用于線上復(fù)習(xí)非常方便。通過線上線下虛實(shí)結(jié)合的形式開展組織學(xué)實(shí)驗(yàn)課收效頗豐，很受學(xué)生歡迎。

以臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)本科實(shí)驗(yàn)一為例，授課內(nèi)容包括7張切片，即單層立方上皮、單層柱狀上皮、變移上皮、假復(fù)層纖毛柱狀上皮、復(fù)層扁平上皮、疏松結(jié)締組織鋪片和示教切片(漿細(xì)胞)。在講切片之前，首先講顯微鏡的使用和注意事項(xiàng)，其次告知學(xué)生本門課的課程要求及考核方式，考核方式即理論考試、切片考試、單元測試或平時(shí)成績(優(yōu)慕課或雨課堂)等，各部分所占期末成績比例。然后再以幻燈片形式講解重點(diǎn)切片，所謂重點(diǎn)切片包括畫圖的切片，一般每次實(shí)驗(yàn)課要求畫2個(gè)圖，比如實(shí)驗(yàn)一中的單層柱狀上皮和復(fù)層扁平上皮要求畫圖，另外還有1張重點(diǎn)切片是填圖的切片，比如實(shí)驗(yàn)一中的疏松結(jié)締組織鋪片。剩余其他3張切片以學(xué)生自己觀察為主，教師以個(gè)別指導(dǎo)為輔，對(duì)于示教片(漿細(xì)胞)，教師以大屏幕投屏的形式進(jìn)行集中講解。學(xué)生在觀察切片過程中，如遇問題可隨時(shí)提問，教師給予個(gè)別輔導(dǎo)，如果遇有普遍性存在的問題，教師提醒學(xué)生暫停觀察切片，以大屏幕投屏形式集中詳細(xì)講解問題切片。由于課堂時(shí)間有限，原則上以觀察切片為主，實(shí)驗(yàn)報(bào)告當(dāng)堂完不成，特別是繪圖畫不完的學(xué)生，可以課下完成。在未引進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)之前，學(xué)生用手機(jī)將鏡下圖像以拍照形式帶走，課下完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。如今，學(xué)生課后通過虛擬仿真平臺(tái)線上觀察數(shù)字切片就可以完成繪圖任務(wù)。因此，本研究著眼于充分利用學(xué)?，F(xiàn)有教學(xué)資源，即利用虛擬仿真平臺(tái)和數(shù)碼互動(dòng)顯微實(shí)驗(yàn)室來進(jìn)行線上線下混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，從而提升教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績，同時(shí)也希望能為同行在實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革時(shí)提供一定的參考價(jià)值。

2 目前實(shí)驗(yàn)室存在的問題和局限性

我校于2008年先后建立了6個(gè)數(shù)碼顯微互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室供組織學(xué)與胚胎學(xué)、病理學(xué)和寄生蟲學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)使用。不管是傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡還是目前醫(yī)學(xué)院校通行的顯微數(shù)碼互動(dòng)顯微鏡，都離不開玻璃切片。但玻璃切片在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在諸多局限性：(1)使用時(shí)間局限性。組織學(xué)實(shí)驗(yàn)課一般每周只安排1次，一次只有4學(xué)時(shí)，課上盡管學(xué)生充分利用時(shí)間觀察切片，但總有意猶未盡的感覺，個(gè)別學(xué)生對(duì)顯微鏡的使用不熟練，鏡下尋找切片重點(diǎn)結(jié)構(gòu)較困難，因此費(fèi)時(shí)較長，造成課上時(shí)間不夠用。(2)使用空間局限性。由于觀察玻璃切片離不開顯微鏡，而顯微鏡又局限在實(shí)驗(yàn)室，因此學(xué)生在課后如果想繼續(xù)觀察切片，就必須與實(shí)驗(yàn)教師在課余時(shí)間預(yù)約使用，造成一定的不便。(3)玻璃切片易損，不易永久保存。無論是制作過程，還是使用過程，玻璃切片均易破損，更新較難，另外切片存放越久，越易褪色，不易儲(chǔ)存。(4)切片的同質(zhì)性難以保證。我校有4個(gè)數(shù)碼互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室可供組織學(xué)實(shí)驗(yàn)課使用，每個(gè)實(shí)驗(yàn)室可容納45人，每種相同的切片至少要準(zhǔn)備180張，才能保證學(xué)生人手一張同時(shí)上課，再加上每年切片的損耗，平時(shí)雖然有備用切片可以更換，但很難保證切片的同質(zhì)性。因此，為了滿足教學(xué)需求，不得不重新制作或購買切片來補(bǔ)充和完善玻璃切片庫。這樣切片的質(zhì)量就難以保持一致，典型結(jié)構(gòu)也難以保證每張切片都有，即使有，清晰度和完整性也難以保障。使用不同批次、不同質(zhì)量的切片進(jìn)行授課，既不利于教師示教，也不利于學(xué)生觀察。

3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢及混合教學(xué)的實(shí)踐探索

我校于2016年始陸續(xù)建設(shè)并升級(jí)了基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)(http://jcsy.btmc.edu.cn/)[4]。平臺(tái)涵蓋了5個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K，即人體解剖學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K、顯微形態(tài)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K、醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K、生物化學(xué)與分子生物學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K、病原生物與免疫學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K[5]。其中顯微形態(tài)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K包括組織學(xué)、病理學(xué)、寄生蟲學(xué)等形態(tài)學(xué)數(shù)字標(biāo)本庫，組織學(xué)標(biāo)本庫現(xiàn)有數(shù)字切片1 201張，按照教學(xué)大綱分為18個(gè)章節(jié)，每個(gè)章節(jié)配有相應(yīng)的視頻教學(xué)課件，全面輔助學(xué)生自主學(xué)習(xí)，見圖1；病理學(xué)標(biāo)本庫包含病理學(xué)切片庫和大體標(biāo)本庫，病理學(xué)切片庫現(xiàn)有數(shù)字切片1 474張，大體標(biāo)本庫現(xiàn)有標(biāo)本743個(gè)；寄生蟲學(xué)標(biāo)本庫現(xiàn)有標(biāo)本939個(gè)。

圖1 組織學(xué)數(shù)字切片標(biāo)本庫

3.1虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的優(yōu)勢 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)數(shù)字切片源自玻璃切片，它是利用全自動(dòng)數(shù)字切片掃描系統(tǒng)，在高倍鏡下對(duì)傳統(tǒng)玻璃切片進(jìn)行分割掃描，無縫拼接，最終生成數(shù)字圖像，以電子文檔的形式永久保存。數(shù)字切片具有如下優(yōu)勢：(1)觀察切片不受顯微鏡和實(shí)驗(yàn)室的限制。數(shù)字切片不依賴于光學(xué)顯微鏡，只要有網(wǎng)絡(luò)，有電腦或者手機(jī)，可以隨時(shí)隨地打開虛擬仿真平臺(tái)，全天候閱覽切片，有利于課前預(yù)習(xí)及課后復(fù)習(xí)，滿足了學(xué)生個(gè)性化、碎片化的學(xué)習(xí)需求，變局限性為便利性，使學(xué)習(xí)更方便有效。(2)圖像清晰，色彩逼真。數(shù)字切片圖像分辨率高，模擬顯微鏡，圖像色彩和清晰度不產(chǎn)生失真。(3)操作簡單，定位精確。數(shù)字切片通過全景導(dǎo)航圖快速地定位于需要觀察的結(jié)構(gòu)，拖動(dòng)鼠標(biāo)滾輪或手機(jī)手指觸屏可以定倍率或任意倍率連續(xù)、快捷地使圖像高保真放大或縮小，給學(xué)生一個(gè)從全貌整體結(jié)構(gòu)到局部微細(xì)結(jié)構(gòu)直觀性、連續(xù)性變化的視覺感受，模擬顯微鏡充分體現(xiàn)了形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)展示結(jié)構(gòu)圖像的典型性和全息性[6]，見圖2。(4)數(shù)字切片資源豐富。相同組織、器官有多張切片，且來源、染色都有可能不同，大大提升了學(xué)生的閱片數(shù)量和閱片質(zhì)量。(5)數(shù)字切片庫資源可以不斷更新、優(yōu)化，豐富了教學(xué)資源，這樣既提高了資源的利用率，又提升了教學(xué)質(zhì)量，也激發(fā)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣。

圖2 數(shù)字切片導(dǎo)航圖(左上角十字導(dǎo)航標(biāo))

伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，催生了一大批智能設(shè)備，使高校教育教學(xué)方法、手段不斷更新，教育形式不斷走向網(wǎng)絡(luò)化，線上線下混合式教學(xué)模式已成為當(dāng)前高校課程改革的重要實(shí)踐方向[7]。

3.2具體實(shí)施方案 2020年上半年新冠疫情期間組織學(xué)實(shí)驗(yàn)課全部采用線上教學(xué)，且全部使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)字庫切片進(jìn)行講解，效果很好。鑒于此，下半年開學(xué)后，組織學(xué)實(shí)驗(yàn)課開始嘗試實(shí)施線上線下虛實(shí)結(jié)合的形式進(jìn)行混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。

線上教學(xué)目前主要依托虛擬仿真平臺(tái)，以課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)及自主學(xué)習(xí)為主。課前通過雨課堂或優(yōu)慕課發(fā)布下一次實(shí)驗(yàn)課預(yù)習(xí)幻燈片，內(nèi)容包括學(xué)習(xí)目的、觀察的切片內(nèi)容(典型的結(jié)構(gòu))及相關(guān)臨床疾病的思考題。目的是讓學(xué)生結(jié)合虛擬數(shù)字切片進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。通過預(yù)習(xí)熟悉課堂需要掌握的切片內(nèi)容，并結(jié)合理論課內(nèi)容能看懂切片，學(xué)會(huì)歸納總結(jié)每張切片的形態(tài)特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、解決問題的能力，訓(xùn)練學(xué)生的科研思路。

線下教學(xué)主要通過顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)觀察玻璃切片，教師精講重點(diǎn)切片、重點(diǎn)結(jié)構(gòu)，留給學(xué)生足夠的時(shí)間自己觀察切片，如遇問題，教師個(gè)別輔導(dǎo)，如果是普遍存在的問題，則通過教師端電腦集中講解并演示切片。組織學(xué)實(shí)驗(yàn)共7次課，我們嘗試在其中的2次實(shí)驗(yàn)課，即消化系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，采取了混合式教學(xué)模式，主要以小組討論的形式進(jìn)行線下教學(xué)。每組5～6名學(xué)生，通過小組協(xié)作，選派代表在課堂展示課前通過數(shù)字切片預(yù)習(xí)的內(nèi)容制作好的幻燈片并講解，同時(shí)解答其他小組同學(xué)提出的問題，課堂上爭取完成相應(yīng)作業(yè)(以實(shí)驗(yàn)報(bào)告形式)。課堂上學(xué)生在進(jìn)行小組互評(píng)和討論的時(shí)候，教師可以引導(dǎo)學(xué)生討論并做出適當(dāng)點(diǎn)評(píng)。最后教師以小結(jié)形式總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)課重點(diǎn)和難點(diǎn)切片，對(duì)每組學(xué)生的表現(xiàn)做出客觀評(píng)價(jià)，并布置下一次實(shí)驗(yàn)課的預(yù)習(xí)內(nèi)容及相應(yīng)思考題。為了增加師生互動(dòng)，在課堂上還安排了與組織學(xué)相關(guān)的臨床案例討論，如用組織學(xué)學(xué)過的知識(shí)討論過敏性哮喘的發(fā)病機(jī)理；顯微鏡下如何識(shí)別呼吸系統(tǒng)肺的導(dǎo)氣部和呼吸部；如何識(shí)別食管、胃和小腸等不同消化管等。通過案例分析和鑒別討論，目的是提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，活躍課堂氣氛。

線上線下虛實(shí)結(jié)合的混合式教學(xué)模式充分實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為中心，能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)理念。通過線上線下虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)改革，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)形態(tài)學(xué)數(shù)字標(biāo)本庫，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了優(yōu)質(zhì)的數(shù)字切片資源，數(shù)字切片保證了切片的清晰度、同質(zhì)化，而且同一組織或器官，均有多張切片，拓展了學(xué)生的視野和思路。不同來源不同染色的切片，從不同的角度觀察，既鍛煉了學(xué)生辨別切片的能力，又為切片考試奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也為今后臨床病理診斷奠定了基礎(chǔ)。顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)主要應(yīng)用于課堂教學(xué)，改變了以往教師先講幻燈片，然后示范講解重點(diǎn)切片，最后學(xué)生自己觀察切片，在這過程中教師個(gè)別輔導(dǎo)有問題的學(xué)生，學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)性較差，效果欠佳。在線上線下混合教學(xué)過程中，教師和學(xué)生的角色發(fā)生了變化，教師從“教”為主轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩?dǎo)”為主，學(xué)生從被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)。課堂教學(xué)形式發(fā)生了改變，首先是將學(xué)生分組，各組學(xué)生根據(jù)預(yù)習(xí)內(nèi)容做好幻燈片，課堂上包括學(xué)生分組討論，組間互評(píng)，教師點(diǎn)評(píng)等多個(gè)環(huán)節(jié)，并且可以作為形成性評(píng)價(jià)給出成績，這樣既提高了教學(xué)效果，又改變了課堂教學(xué)模式單一的問題，為形態(tài)學(xué)混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了思路。

4 結(jié)語

利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)實(shí)施線上線下混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革對(duì)教師教學(xué)功底提出了挑戰(zhàn)。首先對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式提出了挑戰(zhàn)，既不能丟棄傳統(tǒng)的以顯微鏡觀察玻璃切片的形式，還要結(jié)合當(dāng)前新的高校教育教學(xué)理念，結(jié)合新的線上數(shù)字切片教學(xué)平臺(tái)，即虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，做到虛實(shí)結(jié)合。不斷學(xué)習(xí)新科技、新手段、新方法、新應(yīng)用，做到與時(shí)俱進(jìn)。其次對(duì)教師在教學(xué)中的地位、角色、作用也提出了新的挑戰(zhàn)，從以“教”為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴皩?dǎo)”為主，在“導(dǎo)”的過程中不只是考驗(yàn)教師對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握、應(yīng)用和對(duì)學(xué)科前沿的了解情況，更重要的是對(duì)課程的設(shè)計(jì)，如何講好這節(jié)課，強(qiáng)調(diào)的是方法，即“授之以漁”，而非“授之以魚”。另外對(duì)教師如何合理安排授課內(nèi)容提出了挑戰(zhàn)，如何做到線上線下相得益彰，既要讓學(xué)生扎實(shí)掌握知識(shí)，還要讓學(xué)生感到不累，課上課下都很輕松，這就給教師提出了更高的要求，需要積極探索，不斷嘗試，不斷進(jìn)取，為教學(xué)改革摸索新路子、新方法。然而在混合式教學(xué)改革實(shí)施過程中也存在一些問題和不足，由于個(gè)別學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)積極性不高，導(dǎo)致課前布置的任務(wù)完成的質(zhì)量不是很好，有些學(xué)生準(zhǔn)備不充分，因此在課堂分組討論過程中，講解內(nèi)容匱乏、不飽滿，小組成員配合度不夠默契。這就要求教師的教學(xué)設(shè)計(jì)更加合理，一定要適合學(xué)情，在掌握學(xué)情的基礎(chǔ)上，首先激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使教與學(xué)同步，師生間只有產(chǎn)生了共鳴，才有可能有更好的教學(xué)效果，教師“領(lǐng)唱”，學(xué)生“合唱”，這才是理想的教學(xué)舞臺(tái)，才能提高教學(xué)質(zhì)量。