数字切片和数码互动系统在病理学实验教学中的应用探索

贾 薇，庞丽娟，梁伟华，蒋金芳，邹 泓

（石河子大学，新疆 石河子 832002）

数字切片和数码互动系统在病理学实验教学中的应用探索

贾 薇，庞丽娟，梁伟华，蒋金芳，邹 泓*

（石河子大学，新疆 石河子 832002）

目的为提升医学生病理学实验教学质量，利用数字切片和数码互动系统对医学本科生病理学实验教学进行改革和探索。方法 挑选病变形态特征典型的玻片扫描成数字切片，依托数码互动实验室，采用传统切片结合数字切片的实验教学模式，对我校2014级临床医学专业学生进行病理学实验教学和考试模式改革。结果 以问卷调查形式对教学效果进行评价。调查结果显示，与传统教学相比，超过85%的被调查学生喜欢并支持使用改革后的新教学模式。结论 数字切片和数码互动系统教学具有显著优越性，利于提高学生自主学习能力和效果以及培养高素质师资队伍。

数字切片；数码互动系统；病理学；实验教学

病理学是研究疾病的病因、发病机制、病理形态学变化、结局和转归的重要医学基础课程，病理形态学观察是教学的重要环节。传统教学模式中，教师利用挂图和多媒体课件等，通过集体授课讲解疾病的病理形态变化，学生在实验课中使用光学显微镜观察传统组织切片（HE染色的玻璃切片），进一步加深对理论知识的理解和记忆。随着信息技术和数字化的发展，这种传统教学模式的诸多弊端逐渐显露：某些疾病（如伤寒、风湿性心肌炎等）的组织标本来源日益稀少，玻璃切片易破碎，制作成本高，学生不易标记，给学习带来不便。多年教学实践发现，传统组织切片的局限性已经明显影响了病理学教学效果，限制了学生的自主学习[1]。随着信息化教学的迅速发展，数字切片和数码互动系统逐渐在病理学实验教学中兴起和广泛应用。数字切片，即虚拟切片，是利用全自动显微数码扫描系统，以高分辨率图像形式将传统组织切片上的全部信息采集下来，再经过拼接、压缩和储存，建立数字切片库[2]。数码互动实验室由数码显微镜、互动教学图像系统、语音传输系统和多媒体系统组成，由教师端主要操控，将显微镜下的图像或数字图像传输到投影仪屏幕或学生端电脑屏幕，一定程度上实现了信息资源共享。将数字切片库与数码互动系统结合起来应用于病理学实验教学，能够极大提高教学效果和学生的学习效率。

1 数字切片库的建立

根据我院病理学实验教学大纲和教学内容，挑选病变形态特征典型、染色均衡鲜艳、无明显褶皱和刀痕的切片为数字切片的母版，再使用全自动数字切片扫描仪（江丰生物科技有限公司，型号：KF-PRO-005）扫描成数字切片。制备过程如下：首先使用全自动显微扫描平台，在低倍物镜（2倍）下快速扫描整张切片，扫描系统在此基础上自动生成建模基点，再在高倍物镜（40倍）下以基点为坐标进行逐层逐点扫描，这样就能获得无缝拼接的高精度、高分辨率数字图像，即一张全视野的数字切片。这样生成的数字切片包含了玻璃切片上的所有信息，再借助Motic DigiLab II软件系统在电脑上观察，通过鼠标或键盘操作，可自由观察图像的任意位置，不仅能够在2～40倍的缩放范围内无极倍率变化，还能同时保证浏览的流畅性。将制作完成的数字切片标注病变名称或编码，建立病理学实验教学数字切片库。目前，我系共扫描数字切片50例，建立了数字切片库，并上传至石河子大学实验资源网络平台，实现了切片数字化和网络化，确保师生在校园内可随时浏览学习，不再受时空限制。

2 数码互动实验室的构建

我院于2012年开始建设并逐渐完善了6间数码互动实验室，硬件设备来自舜宇光学科技有限公司。每间互动实验室包括1台教师端和32台学生端数码显微镜和电脑，1台交换机，1台投影仪以及相关显微数码互动控制系统、图像处理软件等，软件系统可实现广播教学、语音教学、学生演示、屏幕回放、分组讨论、遥控辅导、监控转播等，可将教师端、学生端的显微图像信号单元、音频信号单元通过电脑网络组成双向互动的多媒体音视频网络教学系统，使师生之间得到充分的双向互动交流。

教师端设备可实现的主要功能包括：（1）可以灵活控制每台学生端电脑和显微镜，能将教师端或任意学生甚至多位学生显微镜下观察的图像以及电脑显示内容同步传送给任意或所有学生，也可传送到投影仪屏幕上；（2）既可以观察学生端镜下图像，又可以监控学生端电脑显示的内容；（3）可以下发数字切片、教案、作业、试卷等教学资源。

学生端设备可实现的主要功能包括：（1）独立的电脑系统，具有独立的图像处理功能，可将自己观察到的内容采集并制作成图像、视频等数字化资源储存起来；（2）接收、观看和储存教师端下发的数字化教学资源；（3）在线提交问题、作业、试卷等；（4）学生端之间也可以进行在线讨论。

3 数字切片和数码互动系统在病理学实验教学中的具体应用

依托数码互动实验室，采用传统切片结合数字切片的实验教学模式，对我校2014级临床医学专业352名学生进行了病理学实验教学改革。首先，教师通过数码互动系统向学生示教所学病变的传统切片和数字切片，进行启发式教学，学生可以在电脑上观看学习，也可以在投影仪屏幕上观看学习，这样能有效弥补因座次远导致部分学生看不到教师示教的不足；其次，学生利用数码互动系统中的“举手”功能向教师提问和请教，还可与同学进行在线讨论交流，教师可以对学生进行一对一指导，也可以将学生的典型问题进行统一讲解。授课中，教师能够随时掌握每位学生的切片观察情况，对学习不认真的学生可以发送黑屏或者文字告诫，这样既能起到督促提醒的作用，又不会影响其他学生。再次，教师向学生布置作业，学生可当堂完成并在线提交，也可在下堂课课前提交。课堂教学结束后，学生可以随时登录学校网站病理学数字切片库进行复习。

我们不仅改革了病理学实验教学模式，还改革了实验课考试模式。根据实验教学大纲，建立相应数字切片试题库，包括所学习的50种病变的数字切片，并且每种病变又包括形态有差异但病变特征一致、难度相同的5张切片。考试时，学生随机抽取一套数字切片试题，在规定时间内完成，上传至教师端。教师用统一标准阅卷和评分。

4 实验教学改革的效果评价

课程结束后，向所有参加教学改革的2014级临床医学专业352名学生发放调查问卷，问卷内容包括与传统教学模式相比，数字切片与数码互动系统结合的新实验教学模式是否更能激发学习兴趣、学习是否更主动积极、是否更有利于讨论交流。

5 结果

共发放问卷352份，收回有效问卷309份，有效问卷回收率87.8%。调查结果显示，超过85%的被调查学生喜欢新的病理学实验教学模式，并支持采用新的教学模式，大部分被调查学生认为新的教学模式更能激发学习兴趣，使学习更积极、轻松和高效。具体调查数据见表1。

表1 病理学实验教学改革效果评价

6 讨论

6.1 数字切片和数码互动系统在病理学实验教学中应用具有优越性

数字切片图像清晰，观察不再依赖于显微镜，可实现自主学习，满足学生个性化学习的需要，也促进了学科精品课程和校园网络学习平台的建设。学生根据学习需要，可在数字切片上标注，有利于加深对知识的记忆，提高了学习兴趣和效率。数码互动系统具有传统教学无法比拟的优势，每位学生都能同步观看到生动、清晰的教师示教图像。教师端具有监控功能，能够掌握每位学生的学习情况，便于精确进行一对一指导，也使师生交流更便捷。数码互动系统强大的图像采集、标注、编辑功能，有利于学生随时收集自己感兴趣的图像，便于以后复习，提高了学生自主学习能力。便捷的示教和作业下发功能也活跃了课堂气氛，学生学习的积极性普遍增强[3]。

6.2 数字切片和数码互动系统实验教学模式能培养学生自主学习能力

数字切片和数码互动系统实验教学模式能充分调动学生参与意识，在巩固理论课所学内容的基础上，能培养学生的观察能力和自主学习能力，增强对专业课学习的热情。兴趣是最好的老师，数字切片和数码互动系统实验教学模式能增强学生学习兴趣，学生会自觉钻研，不再死记硬背课本知识，将理论知识与切片观察实践有机结合，收到了良好的教学效果，提升了教学质量。实验课上，学生在切片观察中遇到问题，可随时向教师提问，提高了学习效果。实验课后，学生通过随时观看数字切片，反复观察和与同学讨论，边学边练边总结，可达到事半功倍的学习效果。

6.3 数字切片和数码互动系统实验教学模式能培养高素质的师资队伍

数字切片和数码互动系统实验教学模式对教师能力和专业素质提出了更高的要求。每一堂实验课，教师都必须经过充分准备，才能将理论和实践内容有机结合。我系每周组织全体病理学授课教师集体备课，实验课授课教师说课，其他教师讨论、补充和完善，最终形成一致的教学方案并在授课中执行。教师不仅要精通病理学专业内容，还必须熟练掌握数码互动系统的所有操作，才能保证授课流畅、高效。每堂课教师都要保证全神贯注，病变讲解精准到位，及时解答学生的提问，解决教学中存在的问题。随着病理学实验教学改革的深入进行，教师也在不断的挑战和学习中成长。

6.4 数字切片和数码互动系统实验教学模式存在的问题和前景展望

虽然数字切片和数码互动系统实验教学模式具有授课信息量大、信息传递精准、教学高效便捷等优势，但在应用之初，仍存在一些问题。首先，要求授课教师熟练掌握电脑操作、组织切片扫描以及数码系统各种软件的使用，通常每学期开始，我们会邀请软件公司工程师对新授课教师进行培训，但实际操作仍需要教师在授课过程中逐渐摸索和熟悉；其次，数码互动实验室需要经常维护，不仅需要一个相对洁净的环境和定期擦拭清洁来保障硬件功能正常，还需要专业的工程师对软件系统经常维护；再次，为保证教学正常进行，还需要额外对学生进行电脑安全教学和软件操作培训，占用了授课时间和部分师资力量。同时，数码互动系统可搭载多种软件，尚有许多功能有待在教学中不断开发。除了教学以外，数字切片已广泛应用于远程病理诊断、病理切片存档和质量控制等。随着时间的推移和数字技术的发展，数字切片和数码互动系统的应用前景会更为广阔和乐观。

7 结语

我院建立数码互动实验室以来，病理系充分整合了数字切片的优势，不断改进实验教学模式，应用到病理学实验教学中。实践发现，数字切片和数码互动系统实验教学模式不仅提升了病理学实验教学效果，还为开展研究性实践教学提供了平台。今后我们将充分利用数字切片和数码互动系统的优势，深入开展适应当代医学生学习的灵活多样的教学模式研究，进一步提升病理学教学效率和质量。

[1]Braun M W，Kearns K D.Improved learning efficiency and increased student collaboration through use of virtual microscopy in the teaching of human pathology[J].Anatomical Sciences Education，2008（6）：240-246.

[2]徐瑲，兰欢，赵宏贤，等.组织学数字切片库的构建与探讨[J].基础医学教育，2012，14（7）：550-552.

[3]冯先玲，王晓梅，沙鸥.虚拟切片和数码互动在组织学教学中的应用[J].解剖学杂志，2015，38（6）：748-749.

（*通讯作者：邹泓）

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1671-1246（2017）08-0040-03

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