數(shù)字切片在組織學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革中的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

王燕舞，劉俊，胡瀚洋，劉镕，談新提，賴茹潔，汪琳*

（1武漢大學(xué)泰康醫(yī)學(xué)院（基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院）組織學(xué)與胚胎學(xué)教研室 武漢 430071；2武漢大學(xué)泰康醫(yī)學(xué)院（基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院）基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 武漢 430071）

隨著“數(shù)字化人體”研究的進(jìn)展，微觀形態(tài)領(lǐng)域的數(shù)字化也提上日程[1]，虛擬顯微鏡系統(tǒng)的出現(xiàn)，恰逢其時[2]。虛擬顯微鏡系統(tǒng)能將光學(xué)切片轉(zhuǎn)換成虛擬切片，或者也稱為數(shù)字化切片和數(shù)字切片。數(shù)字切片不僅可以提供高清圖像、更因其易傳輸?shù)男再|(zhì)擴(kuò)大了病理醫(yī)生之間的交流。2008年以來，數(shù)字切片迅速在各大高校形態(tài)學(xué)教學(xué)平臺普及[3,4]，至今已有13年。

以數(shù)字切片/數(shù)字化切片/虛擬切片為主題詞在中國知網(wǎng)和萬方數(shù)據(jù)庫進(jìn)行文獻(xiàn)檢索后發(fā)現(xiàn)，最早關(guān)于數(shù)字切片的文章發(fā)表于2007年[5]，至2021年有關(guān)數(shù)字切片的文獻(xiàn)數(shù)量累計(jì)382篇，逐年呈上升趨勢，從2017年開始持續(xù)每年40篇左右的發(fā)文量（圖1）。從以上數(shù)據(jù)可見，自2017年或者更早時候開始，數(shù)字切片已成為形態(tài)學(xué)領(lǐng)域更有吸引力的元素。然而，文獻(xiàn)中關(guān)于數(shù)字切片對于形態(tài)學(xué)教學(xué)效果的影響，卻有著不同的觀點(diǎn)。有文獻(xiàn)報(bào)道，數(shù)字切片庫的應(yīng)用取得了顯著成效，學(xué)生考試成績明顯提高[6]。有文獻(xiàn)卻提示學(xué)生的接受度和使用滿意度較低[7]，總之，對于數(shù)字切片庫在形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用效果，目前還未獲得一致意見。這種情況可能與數(shù)字切片庫的建設(shè)以及學(xué)生的接受度和老師的使用方式有很大的關(guān)系。

圖1 2007年-2021年中國知網(wǎng)和萬方數(shù)據(jù)庫數(shù)字切片相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)查Fig. 1 Publication trend on digitalized virtual slides in CNKI and Wan-Fang data from 2007 to 2021

武漢大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院組織學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也經(jīng)歷了從傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡到數(shù)字切片庫的轉(zhuǎn)變過程。2018年數(shù)字切片庫的正式上線，至今已建成線上線下混合的完整實(shí)驗(yàn)課程體系。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)字化的進(jìn)程中，本教研室對于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課程設(shè)計(jì)、考核方式進(jìn)行了一系列的改革探索。本文就2016年以來，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革的資料進(jìn)行整理和分析，期望明確改革對學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響，為后續(xù)的組織學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)以及形態(tài)學(xué)的數(shù)字化進(jìn)程提供參考。

研究對象與方法

1 研究對象

本研究涉及從2016年至2021年，武漢大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生。傳統(tǒng)顯微鏡組為2016年至2018年口腔醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生，共計(jì)243人。理論授課36學(xué)時，實(shí)驗(yàn)授課27學(xué)時。實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用傳統(tǒng)顯微鏡與理論同步授課。數(shù)字切片組為2019年至2021年口腔醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生，共計(jì)261人。理論授課32學(xué)時，實(shí)驗(yàn)授課16學(xué)時。實(shí)驗(yàn)授課為整合授課，在理論課結(jié)束后，顯微鏡觀察連續(xù)4周，每周4個學(xué)時。學(xué)生的總評成績由期末考試成績（75%），平時成績（10%）和作業(yè)成績（15%）三個部分組成。兩組的實(shí)驗(yàn)考試方式相同，實(shí)驗(yàn)考試成績占期末成績的15%，均采用五個選項(xiàng)的單項(xiàng)選擇題對所給圖片進(jìn)行識別，與期末考試同時進(jìn)行。

2 研究方法

傳統(tǒng)顯微鏡組的實(shí)驗(yàn)教學(xué)使用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行標(biāo)本觀察。數(shù)字切片組的學(xué)生通過數(shù)字切片同步配合理論授課自學(xué)，最后集中使用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行標(biāo)本觀察。在課程結(jié)束后，收集分析學(xué)生的各項(xiàng)考試成績；并通過問卷星軟件發(fā)布問卷調(diào)查，學(xué)生匿名填寫調(diào)查表。

3 統(tǒng)計(jì)分析

應(yīng)用Graphic prism 8.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，考試成績用均數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示，組間兩均數(shù)比較采用t檢驗(yàn)，多組間比較采用one-way ANOVN檢驗(yàn)，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1 傳統(tǒng)顯微鏡組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)考試成績優(yōu)于數(shù)字切片組

本研究對傳統(tǒng)顯微鏡組和數(shù)字切片組學(xué)生的總評成績、期末考試成績和實(shí)驗(yàn)考試成績進(jìn)行比較。兩組學(xué)生的期末考試成績和總評成績的平均分無明顯差異，及格率和各成績等級的比例也非常近似（圖2，3）。但是，數(shù)字切片組的實(shí)驗(yàn)考試成績的平均分（82.00±0.93）較傳統(tǒng)顯微鏡組（93.29±0.81）有明顯下降。另外，傳統(tǒng)顯微鏡組的實(shí)驗(yàn)考試成績的高分率（90分以上）達(dá)到74%，遠(yuǎn)高于數(shù)字切片組的35%（圖2，3）。

圖2 傳統(tǒng)顯微鏡組與數(shù)字切片組成績分?jǐn)?shù)段分布Fig. 2 The score interval distribution of the traditional microscopy group and the digitalized virtual slides group

2 問卷調(diào)查結(jié)果

對于數(shù)字切片組的學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，以收集學(xué)生對于數(shù)字切片庫使用體驗(yàn)。問卷內(nèi)容包括學(xué)生對數(shù)碼切片庫的滿意程度、數(shù)字切片庫對學(xué)習(xí)的幫助力度、使用數(shù)字切片庫的頻率、數(shù)字切片庫的不足之處等方面。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，盡管從2019年至2021年，學(xué)生對數(shù)字切片庫的滿意度無明顯改變，但學(xué)生越來越愿意向同學(xué)推薦數(shù)字切片庫，并表示愿意再次使用數(shù)字切片庫。不僅如此，認(rèn)為數(shù)碼切片庫的幫助力度顯著增高（表1）。并且，經(jīng)常使用數(shù)字切片庫的學(xué)生逐漸超過50%（表2）。盡管數(shù)據(jù)顯示，學(xué)生使用數(shù)字切片庫的最主要動機(jī)是復(fù)習(xí)考試，但出于興趣使用數(shù)字切片庫的學(xué)生有明顯增加（表3）。關(guān)于數(shù)字切片庫中存在的問題進(jìn)行調(diào)查時，學(xué)生主要反映手機(jī)界面不友好和網(wǎng)頁反應(yīng)慢（表4）。調(diào)查結(jié)果提示，學(xué)生使用數(shù)字切片庫的主要工具是手機(jī)，而手機(jī)界面和網(wǎng)絡(luò)會影響數(shù)字切片庫的使用體驗(yàn)。

圖3 傳統(tǒng)顯微鏡組與數(shù)字切片組各項(xiàng)成績比較Fig.3 Comparison of the average scores of the traditional microscopy group and the digitalized virtual slides group

表1 數(shù)字切片接受程度調(diào)查結(jié)果Tab.1 Survey results on the acceptance of the digitalized virtual slides

表2 使用數(shù)字切片庫的頻率Tab. 2 Survey results on the utilization frequency of the digitalized virtual slides

表3 使用數(shù)字切片庫的動機(jī)Tab. 3 Survey results of the students’ motivation of using the digitalized virtual slides

表4 數(shù)字切片庫的不足之處Tab. 4 Survey results on the insufficiency of digitalized virtual slides

討 論

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，為形態(tài)學(xué)的教學(xué)帶來了便利。無需為標(biāo)本的收集和切片的制作費(fèi)神，也無需為顯微鏡的購置和維護(hù)費(fèi)用擔(dān)心。制作課件，甚至不用去拍攝照片，只用截屏就可以獲得清晰的圖片。數(shù)字切片在節(jié)約時間、空間、經(jīng)費(fèi)和精力等方面表現(xiàn)完美。

由于口腔醫(yī)學(xué)專業(yè)培養(yǎng)方案改革，組織學(xué)的授課學(xué)時縮減20%，同步實(shí)驗(yàn)授課調(diào)整為整合實(shí)驗(yàn)授課。為了應(yīng)對培養(yǎng)方案的改革，從2019年開始，口腔醫(yī)學(xué)專業(yè)采用了線上和線下相結(jié)合的授課方式。利用人體組織學(xué)MOOC和數(shù)字切片庫來應(yīng)對學(xué)時縮減和授課方式的變化。本研究旨在明確近期教學(xué)改革對學(xué)生組織學(xué)學(xué)習(xí)效果的影響。通過對傳統(tǒng)顯微鏡組和數(shù)字切片組學(xué)生的各項(xiàng)成績分析以及問卷調(diào)查，可以得出以下結(jié)論。

1 學(xué)生對于數(shù)字切片庫的態(tài)度保守

從調(diào)查結(jié)果來看，目前已經(jīng)具備推廣使用數(shù)字切片庫的基本條件，學(xué)生可以通過校園網(wǎng)、利用手機(jī)端和電腦端訪問數(shù)字切片庫。但學(xué)生對于數(shù)字切片庫的滿意度不高，并認(rèn)為其對學(xué)習(xí)的幫助力度有限。特別是存在手機(jī)界面不友好，網(wǎng)頁反應(yīng)慢，無法進(jìn)行交流互動等不足。與老師的交流互動從“實(shí)時”到“延遲”，也有可能影響學(xué)生對于數(shù)字切片的接受度，并削弱學(xué)習(xí)效果。利用傳統(tǒng)顯微鏡進(jìn)行切片觀察時，老師可以進(jìn)行實(shí)時引導(dǎo)和答疑解惑，“教與學(xué)”雙向互動促進(jìn)學(xué)習(xí)良性循環(huán)。觀察數(shù)字切片也無法感受老師“言傳身教”帶來的潛移默化。

2 數(shù)字切片組學(xué)生閱片能力有下降趨勢

經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，數(shù)字切片組的總評成績和期末成績與傳統(tǒng)顯微鏡組并無差異，說明學(xué)時縮減和實(shí)驗(yàn)授課方式的改變，對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果并未造成明顯的影響，針對教學(xué)改革采用的數(shù)字化應(yīng)對措施取得了一定的效果。然而，需要引起我們重視的是：數(shù)字切片組學(xué)生實(shí)驗(yàn)考試的平均分明顯下降。經(jīng)分?jǐn)?shù)段的比較發(fā)現(xiàn)，兩組及格率并無明顯差異，但數(shù)字切片組高分率明顯降低，提示學(xué)生識圖閱片能力有下降的趨勢。組織學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)不僅包括人體微觀結(jié)構(gòu)的基本知識，也包括觀察能力的培養(yǎng)，為今后病理學(xué)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。如果這個環(huán)節(jié)出現(xiàn)缺陷，勢必影響后期的學(xué)習(xí)效果。

3 數(shù)字切片組學(xué)生實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)的同時，并未實(shí)現(xiàn)主動學(xué)習(xí)

與傳統(tǒng)顯微鏡切片觀察相比，使用數(shù)字切片的學(xué)生面臨兩個方面的改變：其一、閱片訓(xùn)練從被動到自主。傳統(tǒng)顯微鏡切片觀察，有固定的時間、確定的學(xué)習(xí)進(jìn)度；數(shù)字切片觀察時間機(jī)動，學(xué)生根據(jù)自身學(xué)習(xí)需求安排使用時間。學(xué)生自主性更強(qiáng)，但是更隨意，學(xué)生極有可能不會使用數(shù)字切片庫。正如問卷調(diào)查結(jié)果所示，數(shù)字切片庫的推行之初，學(xué)生中幾乎不使用和偶爾使用的人數(shù)超過百分之八十。其二、數(shù)字切片觀察在一定程度上失去求知的樂趣和驚喜。傳統(tǒng)顯微鏡觀察，器官種類、細(xì)胞類型和典型結(jié)構(gòu)需要學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)。在尋找的過程中，有時會出現(xiàn)意外的驚喜。在老師的引導(dǎo)下，顯微鏡下的觀察，不僅是被動的觀察描述，更是比較、歸納總結(jié)。學(xué)生能將知識經(jīng)歷從個別到普遍，再從普遍到特殊的科學(xué)思維提升。在這個過程中，他們會不斷獲得求知探索的樂趣。數(shù)字切片庫有詳細(xì)的標(biāo)注幫助學(xué)生學(xué)習(xí)，但也因此缺乏發(fā)現(xiàn)和探索的樂趣。標(biāo)注之外的內(nèi)容，因無法尋求確定的答案，也讓學(xué)生失去主動觀察的興趣。

4 對于數(shù)字切片的接受需要一個過程

盡管對數(shù)字切片庫的滿意度等的調(diào)查結(jié)果不盡如人意，但結(jié)果也顯示，使用數(shù)字切片庫的學(xué)生逐年增加。目前，經(jīng)常使用數(shù)字切片庫的學(xué)生人數(shù)已經(jīng)超過百分之五十。學(xué)生也逐漸意識到數(shù)字切片并非是可有可無的，有效的使用能幫助提高學(xué)習(xí)效率。因而，也更愿意向同學(xué)推薦和再次使用數(shù)字切片庫。在使用數(shù)字切片的動機(jī)調(diào)查中，基于興趣與好奇而使用的學(xué)生比例也逐年增加。這些結(jié)果提示，隨著數(shù)字切片庫系統(tǒng)的完善和優(yōu)化，學(xué)生會逐漸意識到它的優(yōu)點(diǎn)，接受并開始有效應(yīng)用。

5 激發(fā)數(shù)字切片使用的主動性

實(shí)驗(yàn)學(xué)時的縮減和切片觀察由課堂轉(zhuǎn)向線上，容易弱化學(xué)生切片觀察的意識。從本次調(diào)查的結(jié)果可知，學(xué)生使用數(shù)字切片庫的動機(jī)是完成作業(yè)和復(fù)習(xí)考試。其動機(jī)多數(shù)仍然是被動的。另外，數(shù)字切片的優(yōu)勢之一在于學(xué)生可以自主選擇學(xué)習(xí)的時間和地點(diǎn)，因而手機(jī)版本較電腦版本更容易被學(xué)生接受。由此可見，激發(fā)學(xué)生主動使用數(shù)字切片庫，可以從兩方面入手，一是老師的有效引導(dǎo)，比如定期發(fā)布任務(wù)或者設(shè)計(jì)通關(guān)環(huán)節(jié)等；二是優(yōu)化網(wǎng)頁設(shè)計(jì)，提升數(shù)字切片庫使用體驗(yàn)，解除后顧之憂。

6 力求發(fā)揮數(shù)字切片的最大效應(yīng)

數(shù)字切片是形態(tài)學(xué)數(shù)字化的趨勢。然而，數(shù)字切片庫的存在不等同于學(xué)生會自動自覺的學(xué)習(xí)，也不意味著學(xué)生使用數(shù)字切片庫就自然而然提高閱片能力。碎片化學(xué)習(xí)方式，需要學(xué)生有更高的自律性。數(shù)字切片庫完全依靠學(xué)生自學(xué)，會較課堂教學(xué)更難獲得滿意的效果。因此，在優(yōu)化完善數(shù)字切片庫的前提下，如何讓學(xué)生體驗(yàn)到數(shù)字切片的優(yōu)勢，發(fā)揮其最大的效應(yīng)，是重中之重。通過文獻(xiàn)的分析，其實(shí)可以找到答案，數(shù)碼互動系統(tǒng)和數(shù)字切片聯(lián)合使用的文獻(xiàn)數(shù)量每年不超過10篇（圖1），但將前者的互動交流優(yōu)勢與數(shù)字切片庫相結(jié)合，會出現(xiàn)1+1大于2的效果[8,9]。

數(shù)字切片是形態(tài)學(xué)數(shù)字化進(jìn)程中的重要環(huán)節(jié)，要發(fā)揮出其在教學(xué)中的最大效應(yīng)，只有科學(xué)合理的主動應(yīng)用。通過系統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)將數(shù)字切片與形態(tài)學(xué)的教學(xué)目標(biāo)結(jié)合，使之用于課前預(yù)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)和課后復(fù)習(xí)，貫穿于學(xué)習(xí)全過程，才是實(shí)現(xiàn)形態(tài)學(xué)數(shù)字化的有效途徑。