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

賈 薇，龐麗娟，梁偉華，蔣金芳，鄒 泓

（石河子大學，新疆 石河子 832002）

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

賈 薇，龐麗娟，梁偉華，蔣金芳，鄒 泓*

（石河子大學，新疆 石河子 832002）

目的為提升醫(yī)學生病理學實驗教學質(zhì)量，利用數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)對醫(yī)學本科生病理學實驗教學進行改革和探索。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)切片結合數(shù)字切片的實驗教學模式，對我校2014級臨床醫(yī)學專業(yè)學生進行病理學實驗教學和考試模式改革。結果 以問卷調(diào)查形式對教學效果進行評價。調(diào)查結果顯示，與傳統(tǒng)教學相比，超過85%的被調(diào)查學生喜歡并支持使用改革后的新教學模式。結論 數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)教學具有顯著優(yōu)越性，利于提高學生自主學習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；實驗教學

病理學是研究疾病的病因、發(fā)病機制、病理形態(tài)學變化、結局和轉(zhuǎn)歸的重要醫(yī)學基礎課程，病理形態(tài)學觀察是教學的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)教學模式中，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，學生在實驗課中使用光學顯微鏡觀察傳統(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。隨著信息技術和數(shù)字化的發(fā)展，這種傳統(tǒng)教學模式的諸多弊端逐漸顯露：某些疾?。ㄈ鐐?、風濕性心肌炎等）的組織標本來源日益稀少，玻璃切片易破碎，制作成本高，學生不易標記，給學習帶來不便。多年教學實踐發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)組織切片的局限性已經(jīng)明顯影響了病理學教學效果，限制了學生的自主學習[1]。隨著信息化教學的迅速發(fā)展，數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)逐漸在病理學實驗教學中興起和廣泛應用。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)結合起來應用于病理學實驗教學，能夠極大提高教學效果和學生的學習效率。

1 數(shù)字切片庫的建立

根據(jù)我院病理學實驗教學大綱和教學內(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)在此基礎上自動生成建模基點，再在高倍物鏡（40倍）下以基點為坐標進行逐層逐點掃描，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)字切片標注病變名稱或編碼，建立病理學實驗教學數(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實驗資源網(wǎng)絡平臺，實現(xiàn)了切片數(shù)字化和網(wǎng)絡化，確保師生在校園內(nèi)可隨時瀏覽學習，不再受時空限制。

2 數(shù)碼互動實驗室的構建

我院于2012年開始建設并逐漸完善了6間數(shù)碼互動實驗室，硬件設備來自舜宇光學科技有限公司。每間互動實驗室包括1臺教師端和32臺學生端數(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、語音教學、學生演示、屏幕回放、分組討論、遙控輔導、監(jiān)控轉(zhuǎn)播等，可將教師端、學生端的顯微圖像信號單元、音頻信號單元通過電腦網(wǎng)絡組成雙向互動的多媒體音視頻網(wǎng)絡教學系統(tǒng)，使師生之間得到充分的雙向互動交流。

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

學生端設備可實現(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)字化教學資源；（3）在線提交問題、作業(yè)、試卷等；（4）學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)在病理學實驗教學中的具體應用

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

我們不僅改革了病理學實驗教學模式，還改革了實驗課考試模式。根據(jù)實驗教學大綱，建立相應數(shù)字切片試題庫，包括所學習的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)一標準閱卷和評分。

4 實驗教學改革的效果評價

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

5 結果

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)查結果顯示，超過85%的被調(diào)查學生喜歡新的病理學實驗教學模式，并支持采用新的教學模式，大部分被調(diào)查學生認為新的教學模式更能激發(fā)學習興趣，使學習更積極、輕松和高效。具體調(diào)查數(shù)據(jù)見表1。

表1 病理學實驗教學改革效果評價

6 討論

6.1 數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)在病理學實驗教學中應用具有優(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)自主學習，滿足學生個性化學習的需要，也促進了學科精品課程和校園網(wǎng)絡學習平臺的建設。學生根據(jù)學習需要，可在數(shù)字切片上標注，有利于加深對知識的記憶，提高了學習興趣和效率。數(shù)碼互動系統(tǒng)具有傳統(tǒng)教學無法比擬的優(yōu)勢，每位學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，能夠掌握每位學生的學習情況，便于精確進行一對一指導，也使師生交流更便捷。數(shù)碼互動系統(tǒng)強大的圖像采集、標注、編輯功能，有利于學生隨時收集自己感興趣的圖像，便于以后復習，提高了學生自主學習能力。便捷的示教和作業(yè)下發(fā)功能也活躍了課堂氣氛，學生學習的積極性普遍增強[3]。

6.2 數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)實驗教學模式能培養(yǎng)學生自主學習能力

數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)實驗教學模式能充分調(diào)動學生參與意識，在鞏固理論課所學內(nèi)容的基礎上，能培養(yǎng)學生的觀察能力和自主學習能力，增強對專業(yè)課學習的熱情。興趣是最好的老師，數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)實驗教學模式能增強學生學習興趣，學生會自覺鉆研，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合，收到了良好的教學效果，提升了教學質(zhì)量。實驗課上，學生在切片觀察中遇到問題，可隨時向教師提問，提高了學習效果。實驗課后，學生通過隨時觀看數(shù)字切片，反復觀察和與同學討論，邊學邊練邊總結，可達到事半功倍的學習效果。

6.3 數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)實驗教學模式能培養(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)過充分準備，才能將理論和實踐內(nèi)容有機結合。我系每周組織全體病理學授課教師集體備課，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方案并在授課中執(zhí)行。教師不僅要精通病理學專業(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，病變講解精準到位，及時解答學生的提問，解決教學中存在的問題。隨著病理學實驗教學改革的深入進行，教師也在不斷的挑戰(zhàn)和學習中成長。

6.4 數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)實驗教學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)實驗教學模式具有授課信息量大、信息傳遞精準、教學高效便捷等優(yōu)勢，但在應用之初，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，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，為保證教學正常進行，還需要額外對學生進行電腦安全教學和軟件操作培訓，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中不斷開發(fā)。除了教學以外，數(shù)字切片已廣泛應用于遠程病理診斷、病理切片存檔和質(zhì)量控制等。隨著時間的推移和數(shù)字技術的發(fā)展，數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)的應用前景會更為廣闊和樂觀。

7 結語

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，不斷改進實驗教學模式，應用到病理學實驗教學中。實踐發(fā)現(xiàn)，數(shù)字切片和數(shù)碼互動系統(tǒng)實驗教學模式不僅提升了病理學實驗教學效果，還為開展研究性實踐教學提供了平臺。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，深入開展適應當代醫(yī)學生學習的靈活多樣的教學模式研究，進一步提升病理學教學效率和質(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.組織學數(shù)字切片庫的構建與探討[J].基礎醫(yī)學教育，2012，14（7）：550-552.

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

（*通訊作者：鄒泓）

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1671-1246（2017）08-0040-03

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