數(shù)字切片系統(tǒng)在顯微形態(tài)學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用

蔡佩玲，張毅豪，牛 蓓

（成都大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，四川 成都 610106）

“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的模式打破了規(guī)定時間和地點對開展教學(xué)活動的束縛，實現(xiàn)了跨越時間、地域、平臺開展，推動了慕課、微課等新型教學(xué)方式的發(fā)展和應(yīng)用，促進了高等教育教學(xué)形式多樣化、過程立體化、內(nèi)容豐富化的多維度發(fā)展［1］。

2020年，全國各高校充分利用各級各類網(wǎng)絡(luò)平臺和資源開展在線教學(xué)。顯微形態(tài)學(xué)實驗的教學(xué)開展依托顯微鏡和組織切片，實施線上教學(xué)，學(xué)生無法實地完成實驗，挑戰(zhàn)極大。得益于公益開放的醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)云平臺，該課程的線上教學(xué)最終順利完成。虛擬仿真是在計算機技術(shù)硬件及軟件基礎(chǔ)上，借助相關(guān)技術(shù)手段創(chuàng)建虛擬世界，對已知或未知世界開展身臨其境般的仿真及體驗；將該技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來的虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)，可在線自主選擇實驗項目、模擬操作過程，不需要儀器、耗材。

數(shù)字切片即虛擬切片，通過數(shù)字切片掃描儀對玻璃切片進行全方位快速掃描，得到高精度數(shù)字圖像，再通過計算機對圖像進行多視野、無縫隙拼接，形成包含切片所有信息的可視化數(shù)字圖片。大量數(shù)字切片按學(xué)科分類歸檔并存儲于服務(wù)器，建立對應(yīng)資源庫（即數(shù)字切片系統(tǒng)），再將該系統(tǒng)應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)，便可隨時隨地訪問網(wǎng)絡(luò)進行瀏覽、學(xué)習(xí)。目前，數(shù)字切片已在臨床病理診斷［2］、形態(tài)學(xué)教學(xué)［3］等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文擬研究數(shù)字切片系統(tǒng)在顯微形態(tài)學(xué)實驗教學(xué)中應(yīng)用的效果。

一、對象和方法

（一）對象

本校五年制臨床醫(yī)學(xué)自2019年起開設(shè)顯微形態(tài)學(xué)實驗（原屬組織學(xué)課內(nèi)實驗），第1學(xué)年第2學(xué)期修讀，對成績構(gòu)成及考核方式進行了修訂，與以往不同。故對象確定為2018級、2019級臨床醫(yī)學(xué)生。2018級為傳統(tǒng)玻璃切片班（簡寫為傳統(tǒng)班），82人；2019級為數(shù)字切片班（簡寫為數(shù)字班），91人。選擇第1學(xué)年第1學(xué)期3門醫(yī)學(xué)課程，分別為“醫(yī)學(xué)細胞生物學(xué)”“醫(yī)用高等數(shù)學(xué)”“醫(yī)用物理學(xué)”，分析成績基線資料。無論男生、女生，數(shù)字班與傳統(tǒng)班的成績差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，表明兩班學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)相當，具有可比性。

（二）教學(xué)設(shè)計

課程由一位教師完成，保證課時、進度及內(nèi)容一致。傳統(tǒng)班開展線下教學(xué)，操作顯微鏡觀察玻璃切片；數(shù)字班采取線上方式，利用電腦、平板等訪問互聯(lián)網(wǎng)，觀察上海夢之路公司的在線數(shù)字切片。兩班學(xué)習(xí)目的一致，即準確辨認要求觀察的細胞、組織、結(jié)構(gòu)等。研究四類成績（平時、期中、期末和總評）資料，兩班成績考核范圍及標準一致。

（三）統(tǒng)計學(xué)方法

用中位數(shù)、四分位數(shù)間距［M（P25，P75）］描述，曼-惠特尼秩和檢驗進行比較，斯皮爾曼（偏態(tài)分布）相關(guān)分析探索成績相關(guān)性。兩因素非參數(shù)方差分析法［4］探索成績影響因素的主效應(yīng)及交互效應(yīng)。統(tǒng)計學(xué)分析用SPSS 26.0，p＜0.05代表結(jié)果有統(tǒng)計學(xué)意義。

二、結(jié)果

（一）實驗后成績分析

男生數(shù)字班的各類成績與傳統(tǒng)班相比有提高，差異（除期末）有統(tǒng)計學(xué)意義；女生數(shù)字班的各類成績與傳統(tǒng)班相比均有提高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義，見表1。

表1 實驗后成績性別分層比較 ［M（P25，P75）］

（二）成績相關(guān)性分析

通過斯皮爾曼線性相關(guān)分析計算相關(guān)系數(shù)?？傇u與其余成績呈正相關(guān)（p＜0.001)，與期末、期中相關(guān)性最強，系數(shù)接近1，與平時相關(guān)性最弱，系數(shù)為0.609。

（三）成績影響因素分析

成績受性別、教學(xué)方式因素影響，校正模型檢驗結(jié)果表明所用模型有統(tǒng)計學(xué)意義。進一步檢驗性別與教學(xué)方式的主效應(yīng)，二者均有統(tǒng)計學(xué)意義；交互作用檢驗結(jié)果為二者不存在交互作用，見表2、圖1。

圖1 性別、教學(xué)方式對中位數(shù)成績的交互作用影響

表2 Scheirer-Ray-Hare檢驗方差分析

三、討論

（一）實驗后成績差異性分析

無論男生、女生，數(shù)字班的平時成績均顯著提高。平時成績由出勤、顯微鏡操作和實驗報告三類構(gòu)成，無論男生、女生，數(shù)字班的三類成績皆比傳統(tǒng)班顯著提高（數(shù)據(jù)未列出）。出勤、顯微鏡操作成績差異與預(yù)期不一致，可能是線上、線下授課方式差異引起。線下授課時，出勤和顯微鏡操作考核可全程監(jiān)督；線上教學(xué)時，出勤通過網(wǎng)絡(luò)接龍打卡，但無法全程監(jiān)控學(xué)生的課堂情況。線上教學(xué)時學(xué)生使用數(shù)字切片，并未實際操作顯微鏡，此項成績無法根據(jù)教學(xué)大綱的考核標準進行準確考核。實驗報告成績提高，與預(yù)期一致。訪問數(shù)字切片庫不受上課時間、地點和器材的限制，學(xué)生可在課前、課堂、課后不限次數(shù)地開展預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)，選擇最佳視野的圖片完成實驗報告。

期中、期末考核采用閉卷筆試，屬終結(jié)性評價，可真實反映教學(xué)效果，數(shù)字班這兩類成績均比傳統(tǒng)班有顯著提高。與田鶴等［5］結(jié)果一致，說明數(shù)字切片引入形態(tài)學(xué)實驗課程，能提高學(xué)習(xí)成績?？傇u成績由平時、期中和期末綜合構(gòu)成。數(shù)字班三類成績均較傳統(tǒng)班有顯著提高，故總評亦有顯著提高，符合預(yù)期。

（二）各類成績相關(guān)性分析

總評成績由平時、期中、期末三類構(gòu)成，總評與三類成績均呈正相關(guān)，與預(yù)期一致?？傇u與期中、期末成績的相關(guān)系數(shù)接近1，呈高度相關(guān)，與平時成績呈中度相關(guān)，與蔡佩玲［6］等結(jié)果一致。平時成績由出勤、實驗報告和顯微鏡操作三部分構(gòu)成，屬形成性評價。這三項考核可能還受其他因素影響，如學(xué)生間互相借鑒實驗報告，故與總評成績相關(guān)性低在預(yù)期之中。期中、期末考試為限定時間內(nèi)的閉卷考試，屬終結(jié)性評價，考核辨認切片的準確性，影響因素單一，能很好地反映數(shù)字切片系統(tǒng)對教學(xué)效果的影響，訪問數(shù)字切片庫的頻率越高、時間越長，切片觀察的廣度和深度就愈佳，對知識點的掌握越充分，考試成績亦越好。楊婉霞［7］分析學(xué)生四方面在線學(xué)習(xí)行為（進入在線課堂次數(shù)、在線學(xué)習(xí)時長、訪問課程教學(xué)資源次數(shù)、參與在線討論次數(shù)）與課程期末成績的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)前三種與成績存在顯著正相關(guān)。我校利用數(shù)字切片進行在線學(xué)習(xí)是“有”與“無”，與其結(jié)果一致。但因切片系統(tǒng)非本校所有，無法有效監(jiān)測學(xué)生在線學(xué)習(xí)行為，這提示建立自主切片系統(tǒng)后，可進一步探索學(xué)習(xí)行為對成績的影響。

（三）成績影響因素分析

分析成績與性別、教學(xué)方式兩因素之間是否存在交互作用，結(jié)果表明，兩個因素獨立發(fā)揮作用，且二者之間不存在交互性。說明數(shù)字切片這種方式可促進男生、女生積極性和主動性的提升，提高成績，且對女生效果更顯著。這在教學(xué)中有明顯體現(xiàn)，女生課后會更積極使用數(shù)字切片庫進行復(fù)習(xí)，課堂未能解決的問題會在課后多次訪問數(shù)字切片庫，并及時向老師請教，與老師討論和溝通，直至問題解決。

（四）數(shù)字切片系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用

“互聯(lián)網(wǎng)+教育”時代，醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗系統(tǒng)應(yīng)運而生并得到廣泛應(yīng)用，數(shù)字切片系統(tǒng)是主要組成部分。進入數(shù)字化時代，有些高校緊跟發(fā)展，形態(tài)學(xué)實驗教學(xué)采用全數(shù)字化方式，但仍有很多高校包括我校仍采用顯微鏡+玻璃切片的傳統(tǒng)方式。這種方式已不能滿足新時代、新形勢下大學(xué)生對學(xué)習(xí)渠道和學(xué)習(xí)平臺提出的更高、更新要求。因而，建立完整、全面、系統(tǒng)的形態(tài)學(xué)數(shù)字切片系統(tǒng)是大勢所趨、勢在必行的。

本校是一所綜合性大學(xué)，自2012年起招收臨床醫(yī)學(xué)五年制本科生，投入硬件建設(shè)的資金總額仍處于增長階段。以往顯微形態(tài)學(xué)實驗教學(xué)沿用傳統(tǒng)方式，利用顯微鏡觀察切片。傳統(tǒng)切片觀察受上課時間、地點的限制，局限性較大，學(xué)生觀察切片主要依賴于課堂。為保證學(xué)生能更好掌握知識點，授課教師會安排固定時間，每周開放實驗室，提供更多的觀察實踐機會，但課后能前往實驗室的學(xué)生人次并不理想。

2020年，得益于無償開放的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字切片庫，我校顯微形態(tài)學(xué)實驗教學(xué)不僅順利完成，更是極大地開闊了教師和學(xué)生的視野，豐富了課程教學(xué)資源，使有限的課堂得到極大延伸，擴展到網(wǎng)絡(luò)可及的范圍。打破了時間、空間的限制，更激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。實際教學(xué)中亦發(fā)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)方式，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性都大大提高了。以往課前、課后學(xué)生與教師互動的頻率及時長都不盡如人意，使用數(shù)字切片后，學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，隨時隨地自主訪問學(xué)習(xí)，與教師互動的人次及時長都有大大提高，學(xué)習(xí)的興趣、主觀能動性及成績都有極大提高，切實達到了提高實驗教學(xué)效果的目的。這對提高實驗教學(xué)質(zhì)量有重要啟示，給形態(tài)學(xué)實驗教學(xué)改革提供方向，也為后續(xù)建設(shè)自主的顯微形態(tài)學(xué)實驗數(shù)字切片系統(tǒng)及應(yīng)用提供了強有力的理論依據(jù)。