數(shù)字切片系統(tǒng)對組織學與胚胎學實驗教學的影響*

蔡佩玲,劉雨萱,余雪瑩,崔珈寧,李夢林,牛 蓓

成都大學基礎醫(yī)學院,四川成都 610106

數(shù)字切片由美國馬里蘭州大學計算機系和約翰斯·霍普金斯大學醫(yī)學院病理系率先運用[1],制作流程是篩選出組織結構完整、染色效果上乘的玻璃切片,用數(shù)字切片掃描儀掃描后,將采集的圖像進行系統(tǒng)化編輯[2],并上傳至網(wǎng)絡平臺。教師演示及指導學生如何觀察切片,學生通過電子設備,如手機、電腦等在線訪問、查閱切片。數(shù)字切片在教學中的應用,使學生化被動接受知識為主動學習,激發(fā)學生的自主學習能力[3]。數(shù)字切片的應用范圍日益增多,除用于教學外,還用于人工智能病理閱片[4]、病理研究[5]。

組織學與胚胎學是一門醫(yī)學專業(yè)基礎課,主要研究健康人體細微結構和功能,以及個體發(fā)育及其相關機制[6]。組織學與胚胎學課程包括理論和實驗2個部分,實驗教學是通過觀察機體組織切片來掌握其形態(tài)結構特點,長期以來沿用傳統(tǒng)方式即操作顯微鏡觀察玻璃切片。而玻璃切片不能長時間保存,長期使用后褪色嚴重,導致觀察標本時圖像質(zhì)量下降,如出現(xiàn)模糊情況[7]。由于制作標本的材料越來越難獲得,切片的種類和數(shù)量均受到限制,進而減緩了課堂進度,減少了師生互動的時間[8]。與傳統(tǒng)教學方式比較,數(shù)字切片的出現(xiàn)突破了時間與空間的限制,且圖像清晰度更高,打破了玻璃切片數(shù)量和種類的局限性[9],可在一定程度上提高學習效率。關于數(shù)字切片的應用,目前大多關注教師、學生使用后的主觀感受,而評估成績這一客觀指標變化較少。本研究將數(shù)字切片應用到本校臨床醫(yī)學專業(yè)組織學與胚胎學實驗教學中,分析數(shù)字切片對教學成績的影響,以期培養(yǎng)學生自主學習意識和創(chuàng)新精神,探索新型實驗教學模式的應用,為基礎醫(yī)學特別是形態(tài)學實驗教學改革提供了參考方向。

1 資料與方法

1.1一般資料 選取本校2020級、2021級臨床醫(yī)學本科(五年制)257名學生作為研究對象,2020級1～4班145名學生為傳統(tǒng)玻璃切片班(傳統(tǒng)班),2021級1～3班112名學生為數(shù)字切片班(數(shù)字班)。傳統(tǒng)班男生69人,女生76人;平均年齡(19.40±0.76)歲。數(shù)字班男生47人,女生65人;平均年齡(19.53±0.89)歲。臨床醫(yī)學為一本招生,2個班學生均通過普通高等學校招生全國統(tǒng)一考試招生選拔而來,2個班臨床醫(yī)學專業(yè)的組織學與胚胎學在大學第一學年第二學期修讀,研究資料為學生的實驗課成績,包括平時、期中、期末和總評四類,所有成績考核標準均一致?？傇u成績由平時(30%)、期中(30%)、期末(40%)按比例計算得出,其中平時成績由出勤(20%)、實驗報告(40%)、實驗操作(40%)構成。

1.2教學設計 2個班教學方式不同,教學開展方式亦有不同。傳統(tǒng)班的教學為學校全線下教學,而數(shù)字班的教學為線下線上聯(lián)合教學(前8周學校線下,后8周居家線上),其余內(nèi)容包括授課教師、教學內(nèi)容、授課進度、實驗報告要求、評閱標準均一致。傳統(tǒng)班使用顯微鏡觀察玻璃切片,找到實驗要求的細胞、組織、結構等并拍照,課后按要求完成電子實驗報告。數(shù)字班使用自主建立的在線數(shù)字切片系統(tǒng),利用電腦等終端設備訪問數(shù)字切片系統(tǒng)、觀察數(shù)字切片,找到實驗要求的細胞、組織、結構等并拍照或截屏,實驗報告形式及考核方式與傳統(tǒng)班一致。

2 結 果

2.1傳統(tǒng)班和數(shù)字班學生實驗前4門醫(yī)學基礎課成績比較 2個班第一學年第一學期所修的4門醫(yī)學基礎課(醫(yī)用物理學、醫(yī)用化學、醫(yī)用高等數(shù)學、醫(yī)用細胞生物學)成績比較,差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05),見表1;進一步按性別分層,傳統(tǒng)班與數(shù)字班男生和女生4門醫(yī)學基礎課成績比較,差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。見表2、3。

表1 傳統(tǒng)班和數(shù)字班學生實驗前4門醫(yī)學基礎課成績比較或M(P25,P75),分]

表2 傳統(tǒng)班和數(shù)字班男生實驗前4門醫(yī)學基礎課成績比較或M(P25,P75),分]

表3 傳統(tǒng)班和數(shù)字班女生實驗前4門醫(yī)學基礎課成績比較或M(P25,P75),分]

2.2傳統(tǒng)班和數(shù)字班實驗后成績比較 數(shù)字班實驗后期中成績與傳統(tǒng)班比較雖有所下降,但差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05);數(shù)字班實驗后平時、期末、總評三類成績與傳統(tǒng)班比較均有所提高,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05),見表4。傳統(tǒng)班和數(shù)字班男生實驗后平時、期末成績比較,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05),見表5;傳統(tǒng)班和數(shù)字班女生實驗后期末、總評成績比較,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05),見表6。

表4 傳統(tǒng)班和數(shù)字班學生實驗后成績比較[M(P25,P75),分]

表5 傳統(tǒng)班和數(shù)字班男生實驗后成績比較[M(P25,P75),分]

表6 傳統(tǒng)班和數(shù)字班女生實驗后成績比較[M(P25,P75),分]

2.3各類成績相關性分析 將實驗后的所有成績按類別繪制散點圖,判斷線性趨勢。Spearman相關分析結果顯示,總評成績與平時、期中、期末成績均呈正相關(r=0.366、0.880、0.831,P<0.05);期末成績與平時、期中成績均呈正相關(r=0.308、0.499,P<0.05);平時成績與期中成績呈正相關(r=0.241,P<0.05)。見圖1。

圖1 各類成績的散點圖矩陣

2.4各類成績影響因素分析 成績受性別、教學方式兩種因素影響,實驗后四類成績均不服從正態(tài)分布,選擇非參數(shù)方差分析了解成績是否與性別和教學方式兩種因素有關。校正模型是對所用非參數(shù)方差分析模型的檢驗,前提是假設模型中兩種因素(性別、教學方式)及二者交互作用對四類成績均無影響,結果表明,所用模型差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。在此基礎上,分別檢驗四類成績中性別、教學方式的主效應,結果表明,除期中成績外,二者在各類成績中差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05),即控制性別后,教學方式對平時、期末、總評三類成績均有明顯影響(P<0.05);控制教學方式后,性別對平時、期末、總評三類成績均有影響(P<0.05)。交互作用檢驗結果表明,性別和教學方式在四類成績中均不存在交互作用,差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。見圖2。

注:A為平時成績中位數(shù);B為期中成績中位數(shù);C為期末成績中位數(shù);D為總評成績中位數(shù)。

3 討 論

3.1實驗后成績分析

3.1.1平時成績 平時成績由出勤、實驗報告和實驗操作三類構成。預期2個班出勤成績無差異,數(shù)字班實驗報告和實驗操作高于傳統(tǒng)班,數(shù)字班的平時成績亦高于傳統(tǒng)班。(1)數(shù)字班的出勤成績明顯低于傳統(tǒng)班,與預期不一致,分析原因與教學開展形式有關。傳統(tǒng)班全程線下教學,教師完成出勤考核,切片觀察受時間、空間的限制,很多同學會提前抵達實驗室,復習上次課或預習當次課的切片,故出勤情況良好,遲到現(xiàn)象偶有發(fā)生,無早退。數(shù)字班前8周實施線下教學,出勤情況與傳統(tǒng)班無異;后8周改為線上教學,學生在線完成出勤簽到,可能因環(huán)境改變而出現(xiàn)思想松懈[11],遲到、早退情況有所增加。(2)數(shù)字班的實驗報告成績明顯高于傳統(tǒng)班,與預期一致。每次報告有包括提交、修改共3次機會,3次最高成績納入最終統(tǒng)計。扣分點包括格式和內(nèi)容2個方面。格式不達標,如字體、字號不符合要求,容易修改;內(nèi)容不合格,如所拍圖片非正確視野,則需反復觀察切片才可完成。傳統(tǒng)班除課堂外很難有機會多次觀察,數(shù)字班的觀察則不受任何限制,直至找到正確內(nèi)容。故數(shù)字班更易修訂內(nèi)容上的錯誤,成績亦高于傳統(tǒng)班。(3)數(shù)字班的實驗操作成績明顯高于傳統(tǒng)班,與預期一致。實驗操作主要考察學生在實驗室的表現(xiàn),如是否穿著工作服入室,是否規(guī)范、正確操作顯微鏡,課程結束時是否按要求關閉電腦、擺放桌椅等?？己素灤┯趯嶒炚n全程,并非最終實施一次終結性操作考核。標準為預設初始成績?yōu)?00分,某項操作不合格,則扣除相應分值,最后分數(shù)即為實驗操作得分,扣分越多,得分越少。傳統(tǒng)班全程使用顯微鏡,而數(shù)字班僅需電腦和網(wǎng)絡,不操作顯微鏡,轉線上教學后,工作服穿著情況、關閉電腦、擺放桌椅這幾項更無法考核,故最終成績?yōu)槌跏嫉?00分?？己藰藴适墙虒W大綱中明確規(guī)定的,每4年修改1次,不得隨意更改,因此,數(shù)字班的實驗操作成績高于傳統(tǒng)班。

3.1.2期中、期末及總評成績 期中、期末成績均屬終結性評價,與切片觀察的頻次和時間呈顯著正相關[12]。數(shù)字切片系統(tǒng)將數(shù)字切片與網(wǎng)絡聯(lián)系起來,隨時隨地通過網(wǎng)絡觀察數(shù)字切片,不受時間、空間限制。因此,數(shù)字班學生可以充分利用資源,將學習從課中延伸到課前及課后,在課前、課堂、課后任意時間、地點多次、長時訪問網(wǎng)絡、自主學習、觀察切片,充分理解、消化要求掌握的切片知識點,因而預期這兩類成績均應該高于觀察受限的傳統(tǒng)班。

實際2個班的期中成績比較,差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),與預期不一致。通過課前、課后與學生的交流可知,線下教學期間,學生觀察數(shù)字切片主要還是依賴于課堂,課后鮮有人再去訪問數(shù)字切片系統(tǒng)。期中考試考核的范圍是前8周線下教學期間的內(nèi)容,因此,數(shù)字班未能將極具優(yōu)勢的數(shù)字切片充分利用起來,是與傳統(tǒng)班無差異的主要影響因素。

期中考試結束后,授課教師要求2個班學生針對考試情況進行自我總結,總結前半期的學習情況,規(guī)劃后半期的學習安排?？偨Y發(fā)現(xiàn),考試失利的最大因素是學習態(tài)度欠端正,未能充分利用數(shù)字切片庫這一有利資源開展自主學習。后半期數(shù)字班充分利用數(shù)字切片,相對于傳統(tǒng)班僅能通過教材、實驗報告進行復習這一限制,數(shù)字班的復習資源更加多元,故期末成績明顯提高,體現(xiàn)了數(shù)字切片系統(tǒng)在充分發(fā)揮學生主觀能動性開展自主學習中的積極推動作用?？傇u成績由三類成績按比例構成,預期數(shù)字班總評成績明顯高于傳統(tǒng)班。實際期中成績無差異,平時、期末均明顯提高,總評成績作為綜合評價,明顯提高,符合預期。

3.2成績相關性分析 總評成績由平時、期中、期末三類構成,故總評成績與三類成績均呈正相關,與預期一致?？傇u成績與期中、期末成績均呈明顯正相關,而與平時成績呈低度相關,與蔡佩玲等[13]研究結果一致。平時成績屬于過程性評價,考核內(nèi)容受更多其他因素的影響,因而與總評成績相關性較低,亦在預期之中。期中、期末考試屬于終結性評價,均為限定時間(90 min)內(nèi)的閉卷考試,考核切片辨認的準確性,影響因素較單一,能很好地反映應用數(shù)字切片系統(tǒng)對教學效果的影響,訪問數(shù)字切片庫的頻率越高、時間越長,對實驗要求的知識點掌握越充分,考試成績相對越好。

3.3成績影響因素分析 除教學方式這一因素外,性別亦是影響因素。在控制教學方式(假定教學方式無影響)的前提下,性別對平時、期中、期末、總評四類成績均有影響。但性別與教學方式兩種因素各自獨立發(fā)揮功能而無交互作用。性別分層比較可知,無論實驗前或實驗后,無論是傳統(tǒng)班還是數(shù)字班,女生成績均高于男生。分析可能原因如下:女生的非認知能力較男生強[14],非認知能力指智力、學科知識外的能力或性格特質(zhì),包括恒毅力、自制力、投入度、認知自我調(diào)整能力、自我感知度、學習動機[15];男生對不感興趣的學科更易被動學習[16]。上述因素均決定了女生的成績高于男生。

3.4未來方向 本研究發(fā)現(xiàn),相對于傳統(tǒng)玻璃切片,數(shù)字切片系統(tǒng)在組織學與胚胎學實驗教學中的應用確實能有效提高學生的成績。成績的提高主要依賴于學生充分發(fā)揮主觀能動性,將學習從課中延伸到課前及課后,利用數(shù)字切片系統(tǒng)的便利,在課前、課堂、課后不受時間、地點、時長限制訪問網(wǎng)絡、自主學習、觀察切片,充分理解、消化實驗課要求掌握的知識點。因而數(shù)字切片系統(tǒng)在未來實驗教學中大范圍應用是必然發(fā)展趨勢。

受某些客觀因素的影響,數(shù)字班一半的教學時間改為居家線上,線上教學期間,學生學習較線下學校集中學習更為分散,故學習過程中主要依靠自己自主完成。這種長期居家學習的情況今后恐怕難以再出現(xiàn),而在學校集中學習期間,有教師、同學的實時指導,學生可能會存在依賴心理,不明白的知識點不是通過自主查閱資料、觀察數(shù)字切片解決,而是更傾向于向他人求助。因此,如何在學校集中學習的同時更好地充分利用數(shù)字切片系統(tǒng),是后續(xù)關注的重點?？梢試L試虛實結合一體化教學模式,即采用玻璃切片與數(shù)字切片相結合的教學方式,課堂教學中觀察玻璃切片,課前、課后則利用數(shù)字切片進行預習、補充及鞏固,從而激發(fā)學生學習的主觀能動性。