數(shù)字切片在組織學實驗教學中的應用

張國榮， 李 麗， 王文奇

(長春中醫(yī)藥大學 基礎醫(yī)學院，長春 130117)

數(shù)字切片在組織學實驗教學中的應用

張國榮， 李 麗， 王文奇

(長春中醫(yī)藥大學 基礎醫(yī)學院，長春 130117)

組織學是重要的醫(yī)學基礎課，數(shù)字切片正逐步應用于其實驗教學中。結合實際教學經驗，主要討論了應用數(shù)字切片進行組織學實驗教學的優(yōu)勢、存在的問題和解決對策。探討傳統(tǒng)教學與數(shù)字化教學相結合，共同推動組織學實驗教學改革的具體方案。對組織學實驗教學的發(fā)展做了期盼與展望。

數(shù)字切片； 組織學； 實驗教學

0 引 言

組織學是重要的醫(yī)學基礎課，研究正常人體微細結構及其相關功能。作為一門形態(tài)學科，實驗教學非常重要，其教學效果直接決定了學生對理論知識的掌握程度[1]。近年來，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，數(shù)字切片掃描與應用系統(tǒng)被逐漸應用于醫(yī)學形態(tài)學教學與科研領域[2]。數(shù)字切片是將玻璃切片應用全自動數(shù)字切片掃描系統(tǒng)進行圖像采集，無縫拼接，生成高精度的數(shù)字圖像[3]。在應用數(shù)字切片進行組織學實驗教學的具體實踐過程中，發(fā)現(xiàn)它既有優(yōu)勢也存在問題。如何合理利用數(shù)字切片，使之與傳統(tǒng)教學模式整合發(fā)展，成為組織學實驗教學改革的必經之路。

1 應用數(shù)字切片進行組織學實驗教學的優(yōu)勢

1.1 操作簡便，提高學習效率

傳統(tǒng)的教學模式，學生使用顯微鏡觀察玻璃切片，需要切換鏡頭、對焦調節(jié)，而且視野局限，需要不斷更換視野尋找典型結構。數(shù)字切片猶如一幅衛(wèi)星地圖[4]，學生通過鼠標操作，先低倍鏡下瀏覽全貌，再對局部進行任意倍數(shù)放大，操作簡單，觀察方便，單位時間的閱片數(shù)量大大增加[5]。以往學生觀察玻璃標本，參照圖譜尋找典型結構，但是圖譜是靜態(tài)的畫面，只能起示教作用，無法引導學生如何從整張切片中定位、尋找典型結構[6]。數(shù)字切片具有更佳的指導性，有利于學生掌握局部和整體的位置關系，提高學習效率[7]。

圖1 食管數(shù)字切片觀察界面(20×)

1.2 不受時空限制，提高自學能力

傳統(tǒng)教學模式由于需要使用顯微鏡，學生學習必須在實驗室進行。數(shù)字切片是電子文檔，只要有電腦和瀏覽數(shù)字切片的軟件就可以使用。教師把數(shù)字切片掛在網(wǎng)絡教學平臺上，學生可以在任何時間、任何地點學習。教師進行監(jiān)督和考核，加強學習過程管理，促進學生學習主動性，提高自學能力。

1.3 數(shù)字信息可處理，提高學習效果

數(shù)字切片能夠進行編輯和整合。學生在觀察切片時可以對典型結構進行圈點、標注，方便師生和學生之間的溝通，同時加深理解，提高對微細結構的認識程度。在實驗課上同時觀察多張切片，對比不同取材部位，不同切片角度，不同染色方法的組織鏡下結構的差異。還可以整合不同學科的標本，比如同時觀察組織學和病理學標本，讓學生對比正常結構和異常結構的區(qū)別，使學生理解更全面深入，提高學習效果。

1.4 珍惜切片共享，拓展學習資源

傳統(tǒng)玻璃切片損耗嚴重，一些珍貴標本只能教師示教，無法讓每一個學生都進行觀察[8]。數(shù)字切片可以無限復制，既保存了珍惜標本，又實現(xiàn)了資源共享，開闊了學生視野。數(shù)字切片分類保存在電腦中，建成組織學數(shù)字切片庫，學生可以隨時調閱，大大拓展了學習資源。

2 應用數(shù)字切片進行組織學實驗教學存在的問題和解決對策

2.1 學生顯微鏡操作水平下降

數(shù)字切片只需要借助計算機顯示器觀察，長此以往，學生對顯微鏡的操作明顯生疏，不利于長期發(fā)展和工作要求[2]。所以在實際授課過程中，不能完全依賴數(shù)字切片，應使傳統(tǒng)切片與數(shù)字切片相結合。學生先用顯微鏡觀察玻璃標本，再觀察數(shù)字切片進行補充。比如觀察神經元，學生先觀察HE染色的玻璃標本，再從切片庫中調取鍍銀染色的數(shù)字切片進行觀察，從而對神經元中的尼氏體和神經原纖維都有所掌握，對比不同染色方法顯示細胞中的不同結構。這樣既鍛煉了學生使用顯微鏡的基本功，又使授課內容豐富。

2.2 學生對數(shù)據(jù)采集理解不透徹

數(shù)字切片的數(shù)據(jù)采集比較抽象，學生不能透徹理解，從而對所觀察的圖像信息不能形成深刻認識[9]。要制作數(shù)字切片首先要制作玻璃切片，由三維立體到平面圖像，需要學生進行空間轉換。由玻璃切片掃描制作數(shù)字切片，信息采集的對應關系也需要學生深刻理解。針對此問題，在實驗教學中加入綜合性實驗。比如血涂片的制作、脊髓切片的制作。讓學生了解切片的制作過程，理解立體結構與平面圖像的關系。與學生適當講解數(shù)字切片的掃描過程，數(shù)字切片與玻璃切片的關系。加深學生對觀察對象的認識程度，從而深刻理解圖像信息的含義。

2.3 學生注意力容易被分散

數(shù)字切片庫資源豐富，拓寬了學生的學習資源，同時也容易使學生把精力浪費在瀏覽切片文件，而對課程內容無法深入學習。針對此問題，需要數(shù)字切片教學系統(tǒng)進一步完善，設計出一些個性化、符合特殊要求的軟件[9]。比如，在每一次實驗課上，教師可以根據(jù)實驗內容，利用數(shù)字切片管理系統(tǒng)，設定本次課學生可以瀏覽的數(shù)字切片清單，其他數(shù)字切片則處于鎖定狀態(tài)，需要時可以解鎖打開。這樣可以有效避免學生走馬觀花地瀏覽與本次課內容無關的切片，從而專心針對此次課程內容和拓展內容進行學習，保證學習目標順利完成。

3 利用數(shù)字切片進行組織學實驗教學改革

傳統(tǒng)教學與數(shù)字化教學如何協(xié)調發(fā)展，共同推動組織學實驗教學進步，是信息化時代組織學工作者面臨的新問題。應用數(shù)字切片對組織學實驗教學改革做了一些嘗試。

3.1 利用數(shù)字切片進行實驗教學模式改革

傳統(tǒng)組織學實驗教學模式是教師先通過多媒體或示教系統(tǒng)講解觀察標本的典型結構、觀察要點；然后學生自己操作顯微鏡觀察切片，教師解答個別學生疑問；最后教師總結實驗內容，解答共性問題，布置繪圖作業(yè)[10]。這種教學模式中，學生處于被動地位，不利于調動學生的積極性。

數(shù)字切片的應用給組織學實驗教學模式改革帶來了新的契機。由于其不受時間空間限制，可以脫離實驗室進行學習，將部分實驗課進行翻轉課堂教學。課前，教師將數(shù)字切片掛在網(wǎng)絡教學平臺上，向學生交代下次實驗的實驗目的、實驗內容，要求學生自行學習數(shù)字切片，分組討論辨認標本典型結構。課中，每組推薦代表講授一個標本的結構，組員進行補充，同時回答其他學生提出的問題。所有標本講解完成后，教師總結本次課內容并進行評價。課后，學生繪制標本典型結構，加深對人體微細結構的理解，進一步強化學習。此種教學模式，學生的積極性明顯提高，鍛煉了學生的自主學習、語言表達、分析問題和解決問題的能力。

3.2 利用數(shù)字切片進行教學內容拓展和課程整合

由于傳統(tǒng)教學與數(shù)字化教學各具特點和優(yōu)勢，在實際教學中將二者結合，以傳統(tǒng)切片為主，數(shù)字切片為輔。實驗課上學生先觀察玻璃標本，再以數(shù)字切片作為補充。比如，觀察上皮組織，學生先使用顯微鏡觀察假復層纖毛柱狀上皮、復層扁平上皮、單層柱狀上皮，然后再從數(shù)字切片庫中調取單層扁平上皮、單層立方上皮、變移上皮進行補充。這樣可以在單位時間內提高學生的閱片數(shù)量，拓展實驗授課內容。觀察肺泡結構，可以結合病理數(shù)字切片對比肺淤血的肺泡結構，加深學生理解人體正常結構和異常結構。這種方式提高教學效率，有利于課程之間的整合，提高了學生的綜合素質。

3.3 利用數(shù)字切片進行實驗考試

傳統(tǒng)組織學實驗考試多采用以玻璃標本辨認組織結構的方式，題型呆板、內容單一、對學生的考核比較片面。而且由于切片質量的影響，很難做到真正公平[11]。教師要進行隱藏標簽、重新排序，切片的分類整理需要耗費大量人力。應用數(shù)字切片進行實驗考試非常方便。對數(shù)字切片進行裁剪編輯，可以設計出形式新穎、內容豐富的試題[12]。學生利用數(shù)碼互動系統(tǒng)的學生端答題，以共享文件夾的方式將答案發(fā)送到教師端。這樣既省去了發(fā)放切片的麻煩，又避免了切片質量不一的干擾，考試內容的深度和廣度得到擴展，實驗考試更加科學合理。

4 組織學實驗教學的期盼與展望

數(shù)字切片是一種新興的形態(tài)學實驗教學手段，它擺脫了實驗室與顯微鏡，使學習不受時間和空間限制。但是，數(shù)字切片是由玻璃切片掃描而來，它都是以二維平面的角度觀察人體、認識人體。在組織學授課過程中，學生往往立體與平面之間的轉換較為困難[13]。因此，對于每一個標本教師都要特別強調交代取材位置，切片方向，讓學生想像立體結構切開之后的平面圖像，以此建立立體結構與平面結構之間的聯(lián)系。現(xiàn)在解剖學實驗教學實現(xiàn)了由現(xiàn)實到虛擬的轉換，出現(xiàn)了虛擬數(shù)字人[14-15]。由于解剖結構本身就是肉眼可見，虛擬數(shù)字人也是以三維立體的方式呈現(xiàn)人體的宏觀結構。那么虛擬數(shù)字人能否做得更精細些，進行成百上千倍的放大，微細到組織水平、細胞水平，制作出微觀虛擬數(shù)字人。學生可以直觀地看到整個人體、每個器官，把器官打開看到里面的組織、細胞，就像戴上了能夠放大成百上千倍的眼鏡一樣，正常人體微細結構一目了然。在器官上進行切割操作，切面呈現(xiàn)為數(shù)字切片的平面圖像。這樣學生可以直觀感受立體結構變?yōu)槠矫娼Y構的過程，體會二維與三維的聯(lián)系。把微觀虛擬數(shù)字人與數(shù)字切片相結合，實現(xiàn)三維立體和二維平面數(shù)字化的共同發(fā)展。這樣對于學生深刻理解人體結構將是質的飛躍，也能真正實現(xiàn)人體解剖學與組織學的整合。這是一個巨大浩瀚的工程，期待有識之士能夠早日研發(fā)實現(xiàn)這樣跨越的轉變，真正為人體形態(tài)學和醫(yī)學的進步造福。

5 結 語

數(shù)字切片的問世給醫(yī)學形態(tài)學教學改革帶來了新的契機。數(shù)字切片既有優(yōu)點也存在一些問題，傳統(tǒng)教學模式與數(shù)字切片相結合使組織學實驗教學上了一個新臺階?？茖W技術的發(fā)展必定推動組織學實驗教學繼續(xù)向前，實現(xiàn)更大的跨越轉變。

[1] 杜月光,盧啟飛,周青,等.醫(yī)學形態(tài)學實驗數(shù)字化教學平臺的構建及應用[J].西北醫(yī)學教育,2013,21(4):691-693，715.

[2] 孫瑜嬬,李 濤,應小平.數(shù)字切片掃描系統(tǒng)在病理解剖學實驗教學中的應用與體會[J].承德醫(yī)學院學報,2016,33(3):259-261.

[3] 崔 瑾,林國慶,王慶亞,等.植物數(shù)字切片的制作及應用[J].實驗技術與管理,2011,28(2):28-31.

[4] 葉翠芳,李 和,楊世明.數(shù)字切片在形態(tài)學實驗教學中的應用[J].山西醫(yī)科大學學報(基礎醫(yī)學教育版),2008,10(4):497-499.

[5] 張國榮,孟凡潔,王文奇.數(shù)字切片在組織胚胎學教學中的應用初探[J].中國醫(yī)學教育技術,2015,29(1):51-53.

[6] 張國榮,孟凡潔,王文奇.數(shù)字切片在形態(tài)學教學中的優(yōu)勢及其應用[J].中國教育技術裝備,2014(24):55-56.

[7] 崔 瑾,王慶亞,林國慶.數(shù)字切片在植物學實驗教學中的應用[J].實驗室研究與探索,2010,29(8):113-115.

[8] 江 燕,曹立宇,張洪福,等.虛擬切片在病理學實驗教學中的應用[J].現(xiàn)代醫(yī)藥衛(wèi)生,2011,27(16):2552-2553.

[9] 葉 菁,袁 媛,趙元琳,等.病理形態(tài)學數(shù)字化教學的利弊探討[J].中華神經外科疾病研究,2016,15(1):66-68.

[10] 徐紀偉,江 麗,孫丹華,等.基于形態(tài)學數(shù)字化平臺的“翻轉課堂”《組織胚胎學》實驗教學改革的應用[J].中國中醫(yī)藥現(xiàn)代遠程教育,2016,14(1):23-25.

[11] 馬保華,張慶莉,康 敏,等.基礎醫(yī)學形態(tài)學實驗室數(shù)字化教學切片的應用與研究[J].實驗室研究與探索,2011,30(10):120-122，182.

[12] 范嘉盈,張 嵐,陳蓀紅.虛擬切片技術在實驗教學中的應用[J]. 實驗室研究與探索,2014,33(5):72-76.

[13] 劉勝兵,王鑫泉,曹利仙,等.虛擬實驗室與組織胚胎學實驗教學[J].實驗室研究與探索,2013,32(2):157-158，203.

[14] 鐘世鎮(zhèn),原 林,唐 雷,等.數(shù)字化虛擬中國人女性一號(VCH-F1)實驗數(shù)據(jù)集研究報告[J].第一軍醫(yī)大學學報,2003,23(3):196-200，209.

[15] 柴慧臻,杜光偉,羅述謙,等.中國第1例數(shù)字化女虛擬人的三維重建[J].中國醫(yī)學影像技術,2003,19(4):387-389.

Applications of Digital Slices in Histology Experiment Teaching

ZHANGGuorong,LILi,WANGWenqi

(School of Basic Medicine, Changchun University of Chinese Medicine, Changchun 130117, China)

Histology is an important basic course in medical education. Digital slices are gradually used in its experiment teaching. Based on practical teaching experience, the advantages, problems and solutions of histology experiment teaching using digital slices were mainly discussed. The concrete schemes of combing the traditional teaching and digital teaching were explored to promote histology experimental teaching reform. This article also gave a discussion of the development and prospect of histology experiment teaching.

digital slice; histology; experimental teaching

2016-06-23

吉林省教育科學“十二五”規(guī)劃課題(GH150233)

張國榮(1983-)，女，遼寧朝陽人，碩士，講師，從事組織胚胎學教學和科研工作。

Tel：0431-86172787；E-mail：z_guorong@163.com

RT 30.21; G 642

A

1006-7167(2017)06-0216-03