數(shù)字切片結合雨課堂的《家畜組織與胚胎學》實驗教學探索

馬雪連 孫亞偉 李娜

摘要：在數(shù)字化背景下，著手建立《家畜組織與胚胎學》實驗課程數(shù)字切片庫，在此基礎上制作微課，將其與網(wǎng)絡教學平臺雨課堂結合，并通過改革教學模式，著力培養(yǎng)具有自主學習意識和創(chuàng)新意識的現(xiàn)代化和專業(yè)化人才。

關鍵詞：數(shù)字切片;雨課堂;《家畜組織與胚胎學》實驗課;教改

中圖分類號：G434;S811.4 ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：1007-273X（2020）09-0041-03

隨著時代的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)成為了推動國家科技、經濟、教育等一系列領域發(fā)展的關鍵技術。早在2014年習近平就強調“網(wǎng)絡安全和信息化是事關國家安全和國家發(fā)展、事關廣大人民群眾工作生活的重大戰(zhàn)略問題，要從國際國內大勢出發(fā)，總體布局，統(tǒng)籌各方，創(chuàng)新發(fā)展，努力把我國建設成為網(wǎng)絡強國”[1]。在數(shù)字化時代的背景下，高等教育也面臨著變革的巨大挑戰(zhàn)。一方面，數(shù)字平臺存儲了大量的教學資源，需要我們創(chuàng)新教學模式，充分發(fā)掘和利用巨大的教學資源。另一方面，社會需要的人才是有信息化素養(yǎng)的人才。信息素養(yǎng)是指個體對信息活動的態(tài)度以及對信息的獲取、分析、加工、評價、創(chuàng)新、傳播等方面的能力[2]。傳統(tǒng)教學模式主要以教師灌輸知識的方式進行，面對爆炸式增長的信息資源，不利于發(fā)揮學生自主探索的積極性。數(shù)字化切片和網(wǎng)絡教學平臺相結合已成為現(xiàn)代主流，利用信息化、數(shù)字化的管理模式更加有利于滿足教學需要和科研的探討。我們要利用教授《家畜組織與胚胎學》實驗課的契機，創(chuàng)建本學科數(shù)字化平臺，以達到資源存儲與方便交流的目的，并且通過創(chuàng)新教學模式，著力培養(yǎng)具有自主學習意識和創(chuàng)新意識的現(xiàn)代化和專業(yè)化人才。

《家畜組織與胚胎學》是一門重要的專業(yè)基礎課，旨在從微觀方面揭示家畜的正常形態(tài)結構和機能，前承動物學、解剖學的知識，又為動物生理學、動物生物化學、獸醫(yī)病理學等奠定基礎，只有了解家畜正常狀態(tài)下的結構和功能與病態(tài)下的結構和功能的不同，才能正確掌握疾病發(fā)生規(guī)律，進而采取有效的防治措施，因此學好《家畜組織與胚胎學》將為學生學習以后的專業(yè)課奠定堅實的基礎。此外，現(xiàn)代組織胚胎學的內容在不斷地充實、擴展并滲透到多種學科，構成了一個包括生物化學、分子生物學、細胞生物學、發(fā)育生物學等多學科的網(wǎng)絡系統(tǒng)，具有重要的理論研究價值和應用前景?！都倚蠼M織與胚胎學》實驗教學是在教師的指導下，學生通過顯微鏡觀察家畜正常組織切片，通過對細胞、組織和器官細微結構的觀察、分析，掌握其顯微結構，同時加深對理論知識的理解和記憶的過程，因此，實驗課是《家畜組織與胚胎學》教學過程中的重要環(huán)節(jié)。在疫情的影響下，基于傳統(tǒng)的實驗室平臺的教學模式已經不能滿足教學需求，因此，建立網(wǎng)絡教學模式迫在眉睫。

數(shù)字切片庫的建立是實現(xiàn)教學現(xiàn)代化的關鍵一環(huán)，是建立網(wǎng)絡教學模式的重要教學資源。數(shù)字切片是將傳統(tǒng)的玻璃切片通過數(shù)字切片掃描儀掃描得到高分辨率顯微圖像并通過計算機對圖像進行無縫拼接得到高分辨率的全切片圖像[3]。數(shù)字切片可以脫離顯微鏡而通過軟件進行觀察，并能在一定范圍內進行觀察倍數(shù)的切換。將這些數(shù)字切片進行分類，存儲在服務器中，就形成了數(shù)字切片庫。

隨著“以學生為中心”的混合式教學理念在國內外高校的推行，清華大學于2016年4月推出了智能教學工具——雨課堂[4]。雨課堂是一款PPT插件，通過微信進行登錄，能在PPT中插入視頻、試題，能實現(xiàn)將PPT推送到學生微信，方便學生進行課前預習。學生通過“彈幕投稿”功能能實現(xiàn)教學過程中與教師的互動。同時還具有反饋功能，教師通過雨課堂收集的數(shù)據(jù)對授課效果進行評價。雨課堂是網(wǎng)絡教學模式的技術載體。雨課堂作為當前各層次學生線上教學的主要模式之一，已經引起新疆農業(yè)大學廣大教職工的關注，并且已經進行專業(yè)操作培訓，此基礎上進行本課程的教學改革符合當前教育趨勢。

1 ?網(wǎng)絡教學理念及教學模式

1.1 ?教學理念

線上教學促進了任課教師由“以教為中心”向“以學為中心”教學理念的轉變，更加突出培養(yǎng)學生的批判性思維、合作探究和解決問題能力，促進了由“注重知識目標”向“更加關注學生能力培養(yǎng)和綜合素養(yǎng)提升”教育理念的轉變[5]。

1.2 ?教學模式

網(wǎng)絡在線教學中，教學變成了教師與一個個具體學生之間的互動，教師更關注每個學生個體的情況及其經驗，突出了學生個體性存在和個性化需求，學生個體從傳統(tǒng)教學僵化的集合體中解放出來，激發(fā)了學生學習積極性和主動性[6]。

何克抗[7]把網(wǎng)絡教育的教學模式概括為“以學生為中心，在整個教學過程中教師起組織者、指導者、幫助者和促進者的作用，利用情境、協(xié)作、會話等學習環(huán)境要素充分發(fā)揮學生的主動性、積極性和首創(chuàng)精神，最終達到使學生有效地實現(xiàn)對當前所學知識的意義建構的目的”。要通過促進教師教學模式的改革，實現(xiàn)學生學習方式的改革。具體來說，依托本學科數(shù)字切片庫的建立，制作微課，為學生提供豐富的學習資源。教師在課前發(fā)布教學大綱和教學任務，幫助學生構建知識框架，引導學生自主學習。課上教師可以通過案例教學、交流探討、學生報告等多種方式提供個性化的教學。同時通過教學軟件對學生學習數(shù)據(jù)的挖掘和分析，對學生進行精確管理，為學生提供更好的學習服務。

2 ?網(wǎng)絡教學資源的建設

2.1 ?建立數(shù)字切片庫

2.1.1 ?建立數(shù)字切片庫的必要性 ?傳統(tǒng)的實驗教學模式下教師利用玻璃切片標本進行示教、講解、觀察要點，學生通過光學顯微鏡進行切片的觀察。這種教學模式對于學生熟練使用顯微鏡、訓練其動手能力發(fā)揮了積極的作用。但是傳統(tǒng)實驗教學模式存在以下幾點不足：①傳統(tǒng)標本為玻璃材質，容易破損，隨著時間延長，還會出現(xiàn)褪色失真等問題，需要不斷補充，維護成本不菲。②一些珍稀標本不易購買，導致很多標本流失，學生無法觀看。③玻璃標本在顯微鏡下觀察，需要不斷移動視野以尋找典型結構，讓學生憑記憶在腦海中形成完整畫面，由于無法定位標記，一旦移動視野就要重新尋找，降低了學習效率，也不利于師生交流和深入學習。④傳統(tǒng)組織學實驗教學利用顯微鏡觀察標本，必須在實驗室進行，受到時間和空間限制，不利于學生自主學習。

數(shù)字切片相較于傳統(tǒng)切片具有較多的優(yōu)勢，首先，數(shù)字切片可以從全切片連續(xù)增加放大倍數(shù)到細微結構，有助于病變區(qū)域的定位，數(shù)字切片能夠任意放大和縮小，利于學生形成整體概念，建立局部與整體的關系。此過程只需要鼠標操作即可，不需要在顯微鏡下調焦，大大提高了學習效率。其次，在數(shù)字切片上可以進行標注，有利于在網(wǎng)絡上進行學術交流。并且，數(shù)字切片存儲于服務器后，教師和學生通過電腦即可進行訪問，與傳統(tǒng)切片相比，使用更加方便。由于數(shù)字切片的存儲數(shù)量大，學生更容易通過從大量切片中比較、識別、歸納出組織的典型結構。此外，數(shù)字切片庫的建立實現(xiàn)了切片永久保存，無限復制，節(jié)約實驗成本。

在信息化的大背景下，我國數(shù)字切片庫的建立得到了廣泛發(fā)展，包括在實驗教學中的應用和病例遠程會診。由于數(shù)字切片更便于計算機存儲、檢索，可以實現(xiàn)存檔功能和瀏覽功能，通過構建數(shù)字切片庫，突破了傳統(tǒng)閱片模式的空間和時間限制。構建數(shù)字資源數(shù)據(jù)庫對于以后發(fā)展人工智能提供了大數(shù)據(jù)背景，已有人工智能技術可以通過學習大量臨床病理數(shù)據(jù)后實現(xiàn)定量診斷，對于規(guī)范診斷標準，提高診斷率有重要作用[8]?！都倚蠼M織與胚胎學》是家畜病理學的先修課，由于本門課程很重要的一部分就是形態(tài)觀察，只有大量閱讀并掌握正常組織結構，才能有效識別病理組織，由于實驗課程時間有限，在操作顯微鏡閱片模式下效率低，學生往往不能在實驗課上瀏覽一定量的切片，在學生學習需求和當前疫情的影響下，不受時間和空間限制的數(shù)字切片庫的建立就尤為必要。

2.1.2 ?建立完善的組織學及胚胎學數(shù)字切片庫 ?根據(jù)《家畜組織學與胚胎學》教學大綱要求，挑選組織學玻璃切片，使用Motic全自動數(shù)字切片掃描儀進行掃描。借助數(shù)字切片服務器內的DSE系統(tǒng)將掃描切片上傳服務器數(shù)字切片庫內，切片庫內包含《家畜組織學與胚胎學》教學大綱要求的所有標本，便于今后本科生及研究生的教學使用。通過數(shù)字切片教學網(wǎng)絡系統(tǒng)的專業(yè)軟件對切片庫中數(shù)字切片按照課程的章節(jié)分門別類進行歸類。所有切片按照實驗教學進度設置子目錄，以方便對切片進行管理和學習。上傳完成后組織經驗豐富的教師對典型結構進行編輯標注，這樣更方便學生觀察和學習，也便于學生自學。

2.2 ?教學課件及微課的制作

選擇結構典型的數(shù)字切片作為示教切片，重點講授其形態(tài)結構特點及功能，同時結合所講組織結構，選擇目前臨床或科研中與此結構相關的研究內容作為引入問題制作教學課件。同時，按照數(shù)字切片由低倍到高倍的觀察過程，配合語音講解，使用錄屏軟件錄制講解視頻，制成系列微課。

3 ?網(wǎng)絡教學方式改革

3.1 ?課前預習

將數(shù)字切片系列微課按照教學章節(jié)上傳于雨課堂網(wǎng)絡學習平臺，供學生課前預習和課后復習使用。同時設置相關問題，引導學生有目的的進行學習。

3.2 ?課程進行

首先教師打開授課PPT，登錄雨課堂，生成課程二維碼，開啟授課，學生通過掃描二維碼進入課程。教師對PPT中的示例切片進行講解，同時可以結合病理切片對照講解，并引入科研和臨床相關研究情況，激發(fā)學生探索的興趣。教師可以通過引導學生得出正確答案，之后進行歸納總結。學生可進入數(shù)字切片數(shù)據(jù)庫隨機選擇本章數(shù)字切片進行繪制，在規(guī)定時間內完成繪制并標注典型結構，完成實驗報告并通過拍照上傳。學生可以通過“彈幕”功能將觀察過程中的疑難點同老師進行交流。由于數(shù)字閱片效率較高，課中可以有更多的時間進行交流，并且一個學生的疑難問題可以面向全班講解，這樣有針對性的講解可以提高學生的理解和分析能力。在課程結尾，教師可以將交流過程中比較重要的問題再次進行總結。

3.3 ?課后評價

教師可以通過雨課堂查看每頁PPT不懂的學生人數(shù)，還可以對學生上課狀況進行數(shù)據(jù)采集，由于網(wǎng)絡學習的自主化，對于自主學習性弱的學生，教師通過雨課堂的數(shù)據(jù)，可以掌握這些學生的學習程度，通過課后及時輔導，督促學生及時掌握上課內容。還可以對實驗報告進行批改，相關問題可以在討論區(qū)進行交流。

3.4 ?考試

對數(shù)字切片進行圈點標注，設置相關問題，拷貝到考試系統(tǒng)中，極大地節(jié)約了人力、物力。學生操作電腦或手機，自由放大、縮小觀察圖像，利于準確識別局部組織結構，使考試更加科學合理。

3.5 ?預期教學目標

通過數(shù)字切片庫的建立和微課推送，可豐富學生的學習資源，調動學生自主學習的積極性。通過改變教學流程，形成先學后教的模式，并且倡導自主探究學習，旨在培養(yǎng)學生良好的學習習慣，同時加深學生對知識的理解和掌握程度。最后雨課堂能記錄學習歷程，通過反饋的數(shù)據(jù)，教師可以分析不同學生的學習情況，進一步加強師生之間的溝通。希望能通過數(shù)字切片結合雨課堂的教學模式實現(xiàn)師生之間的良性互動，一方面學生培養(yǎng)了自主學習習慣，通過與教師溝通探討的學習方式，加深自己對知識的掌握;另一方面，教師與學生交流的過程也是成長的過程，對于調整教學內容、了解學生動態(tài)也是很有幫助的。

4 ?網(wǎng)絡教學模式應注意的問題

首先數(shù)字切片庫的應用不能鍛煉學生對顯微鏡的使用。其次數(shù)字切片庫的資源要及時更新，服務器要及時維護。另外教師要更新自己的授課內容，增加引導問題，激發(fā)學生課上探討的熱情，學生的課上交流情況可以計入成績。課后反饋對于監(jiān)督學生的上課情況非常重要，需要教師認真分析。教師要明確這些技術的應用不能對提高教學效果起主導作用，真正起重要作用的是教師對這些技術的運用，從啟發(fā)式引入問題的設置到課上答疑解惑到課后監(jiān)督輔導，無一不是對教師素質和能力的考驗，教師只有不斷提高對自己的要求，不斷學習進步，才能真正做到教學相長。

5 ?結語

數(shù)字切片能夠取代傳統(tǒng)切片應用在網(wǎng)絡教學環(huán)境中，切片數(shù)量大，而且取消了傳統(tǒng)閱片模式的時間和空間限制，有利于擴展師生視野，有利于學生的自主學習，并且為學術交流提供了便利，數(shù)字切片庫的建立是實現(xiàn)本門實驗課程網(wǎng)絡教學的基礎。微課的制作，可以向學生正確、動態(tài)地展示顯微鏡下如何對組織進行觀察，同時對組織、細胞形態(tài)結構的講解也更直觀，學生更容易理解，同時也減輕了教師的教學負擔，提高了教學質量和效率。雨課堂不僅為實現(xiàn)網(wǎng)絡教學提供了技術平臺，而且其課前預習、課堂互動、課后反饋的功能幫助學生建立了自主學習習慣，改變了傳統(tǒng)的教學模式，是以學生為主的全新教學理念的體現(xiàn)[9]。我們利用數(shù)字切片庫、微課和雨課堂等現(xiàn)代化技術，改革了教學模式，加強了對學生的引導和輔導，鼓勵學生自學和探索，通過建立《家畜組織與胚胎學》實驗課程的網(wǎng)絡教學模式，著力培養(yǎng)數(shù)字化背景下的能獨立獲取信息、有信息整合分析能力、能依據(jù)已有信息提出與專業(yè)相關的問題并進行創(chuàng)新的具有信息化素養(yǎng)的專業(yè)人才。

《家畜組織學及胚胎學》是研究家畜正常狀態(tài)下的結構和功能的學科，這一學科數(shù)字化切片教學網(wǎng)絡平臺的建立將為進一步建立家畜病理學、病理解剖學、細胞生物學等延伸學科數(shù)字化切片教學網(wǎng)絡平臺奠定基礎。

參考文獻：

[1] 新華社.習近平主持召開中央網(wǎng)絡安全和信息化領導小組第一次會議強調總體布局統(tǒng)籌各方創(chuàng)新發(fā)展努力把我國建設成為網(wǎng)絡強國[J].保密科學技術，2014（2）：4.

[2] 鄒啟峰，鐘 ?萍.校圖書館培育學生信息素養(yǎng)路徑研究[J].科教導刊（中旬刊），2016（5）：181-183.

[3] 張國榮，王文奇，李 ?麗.組織學數(shù)字切片的制作及意義[J].中國醫(yī)學教育技術，2017，31（1）：30-32.

[4] 劉 ?青，沈雪剛，楊玉瑩，等.淺談雨課堂在《分子生物學實驗》教學中的應用[J].蠶學通訊，2019，39（2）：56-59.

[5] 呂滋建，管恩京.疫情下“1+X”線上教學模式的探索與實踐——以疫情下山東理工大學線上教學為例[J].科技與創(chuàng)新，2020（14）：57-59.

[6] 劉振天，劉 ?強.在線教學如何助力高校課堂革命？——疫情之下大規(guī)模在線教學行動的理性認知[J].華東師范大學學報（教育科學版），2020，38（7）：31-41.

[7] 何克抗.建構主義革新傳統(tǒng)教學的理論基礎[J].中學語文教學，2002（8）：58-60.

[8] 陳曉智，王建剛.數(shù)字病理+人工智能在病理中的應用及發(fā)展[J].河南醫(yī)學研究，2020，29（3）：419-422.

[9] 張國培.論“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的雨課堂與高校教學改革[J].中國成人教育，2017（19）：94-96.