数字切片系统在显微形态学实验教学中的应用

蔡佩玲，张毅豪，牛 蓓

（成都大学 基础医学院，四川 成都 610106）

“互联网+教育”的模式打破了规定时间和地点对开展教学活动的束缚，实现了跨越时间、地域、平台开展，推动了慕课、微课等新型教学方式的发展和应用，促进了高等教育教学形式多样化、过程立体化、内容丰富化的多维度发展［1］。

2020年，全国各高校充分利用各级各类网络平台和资源开展在线教学。显微形态学实验的教学开展依托显微镜和组织切片，实施线上教学，学生无法实地完成实验，挑战极大。得益于公益开放的医学虚拟仿真实验教学云平台，该课程的线上教学最终顺利完成。虚拟仿真是在计算机技术硬件及软件基础上，借助相关技术手段创建虚拟世界，对已知或未知世界开展身临其境般的仿真及体验；将该技术与互联网结合起来的虚拟仿真实验教学系统，可在线自主选择实验项目、模拟操作过程，不需要仪器、耗材。

数字切片即虚拟切片，通过数字切片扫描仪对玻璃切片进行全方位快速扫描，得到高精度数字图像，再通过计算机对图像进行多视野、无缝隙拼接，形成包含切片所有信息的可视化数字图片。大量数字切片按学科分类归档并存储于服务器，建立对应资源库（即数字切片系统），再将该系统应用于互联网，便可随时随地访问网络进行浏览、学习。目前，数字切片已在临床病理诊断［2］、形态学教学［3］等领域得到广泛应用。本文拟研究数字切片系统在显微形态学实验教学中应用的效果。

一、对象和方法

（一）对象

本校五年制临床医学自2019年起开设显微形态学实验（原属组织学课内实验），第1学年第2学期修读，对成绩构成及考核方式进行了修订，与以往不同。故对象确定为2018级、2019级临床医学生。2018级为传统玻璃切片班（简写为传统班），82人；2019级为数字切片班（简写为数字班），91人。选择第1学年第1学期3门医学课程，分别为“医学细胞生物学”“医用高等数学”“医用物理学”，分析成绩基线资料。无论男生、女生，数字班与传统班的成绩差异均无统计学意义，表明两班学生的学习基础相当，具有可比性。

（二）教学设计

课程由一位教师完成，保证课时、进度及内容一致。传统班开展线下教学，操作显微镜观察玻璃切片；数字班采取线上方式，利用电脑、平板等访问互联网，观察上海梦之路公司的在线数字切片。两班学习目的一致，即准确辨认要求观察的细胞、组织、结构等。研究四类成绩（平时、期中、期末和总评）资料，两班成绩考核范围及标准一致。

（三）统计学方法

用中位数、四分位数间距［M（P25，P75）］描述，曼-惠特尼秩和检验进行比较，斯皮尔曼（偏态分布）相关分析探索成绩相关性。两因素非参数方差分析法［4］探索成绩影响因素的主效应及交互效应。统计学分析用SPSS 26.0，p＜0.05代表结果有统计学意义。

二、结果

（一）实验后成绩分析

男生数字班的各类成绩与传统班相比有提高，差异（除期末）有统计学意义；女生数字班的各类成绩与传统班相比均有提高，差异有统计学意义，见表1。

表1 实验后成绩性别分层比较 ［M（P25，P75）］

（二）成绩相关性分析

通过斯皮尔曼线性相关分析计算相关系数。总评与其余成绩呈正相关（p＜0.001)，与期末、期中相关性最强，系数接近1，与平时相关性最弱，系数为0.609。

（三）成绩影响因素分析

成绩受性别、教学方式因素影响，校正模型检验结果表明所用模型有统计学意义。进一步检验性别与教学方式的主效应，二者均有统计学意义；交互作用检验结果为二者不存在交互作用，见表2、图1。

图1 性别、教学方式对中位数成绩的交互作用影响

表2 Scheirer-Ray-Hare检验方差分析

三、讨论

（一）实验后成绩差异性分析

无论男生、女生，数字班的平时成绩均显著提高。平时成绩由出勤、显微镜操作和实验报告三类构成，无论男生、女生，数字班的三类成绩皆比传统班显著提高（数据未列出）。出勤、显微镜操作成绩差异与预期不一致，可能是线上、线下授课方式差异引起。线下授课时，出勤和显微镜操作考核可全程监督；线上教学时，出勤通过网络接龙打卡，但无法全程监控学生的课堂情况。线上教学时学生使用数字切片，并未实际操作显微镜，此项成绩无法根据教学大纲的考核标准进行准确考核。实验报告成绩提高，与预期一致。访问数字切片库不受上课时间、地点和器材的限制，学生可在课前、课堂、课后不限次数地开展预习、复习，选择最佳视野的图片完成实验报告。

期中、期末考核采用闭卷笔试，属终结性评价，可真实反映教学效果，数字班这两类成绩均比传统班有显著提高。与田鹤等［5］结果一致，说明数字切片引入形态学实验课程，能提高学习成绩。总评成绩由平时、期中和期末综合构成。数字班三类成绩均较传统班有显著提高，故总评亦有显著提高，符合预期。

（二）各类成绩相关性分析

总评成绩由平时、期中、期末三类构成，总评与三类成绩均呈正相关，与预期一致。总评与期中、期末成绩的相关系数接近1，呈高度相关，与平时成绩呈中度相关，与蔡佩玲［6］等结果一致。平时成绩由出勤、实验报告和显微镜操作三部分构成，属形成性评价。这三项考核可能还受其他因素影响，如学生间互相借鉴实验报告，故与总评成绩相关性低在预期之中。期中、期末考试为限定时间内的闭卷考试，属终结性评价，考核辨认切片的准确性，影响因素单一，能很好地反映数字切片系统对教学效果的影响，访问数字切片库的频率越高、时间越长，切片观察的广度和深度就愈佳，对知识点的掌握越充分，考试成绩亦越好。杨婉霞［7］分析学生四方面在线学习行为（进入在线课堂次数、在线学习时长、访问课程教学资源次数、参与在线讨论次数）与课程期末成绩的相关性，发现前三种与成绩存在显著正相关。我校利用数字切片进行在线学习是“有”与“无”，与其结果一致。但因切片系统非本校所有，无法有效监测学生在线学习行为，这提示建立自主切片系统后，可进一步探索学习行为对成绩的影响。

（三）成绩影响因素分析

分析成绩与性别、教学方式两因素之间是否存在交互作用，结果表明，两个因素独立发挥作用，且二者之间不存在交互性。说明数字切片这种方式可促进男生、女生积极性和主动性的提升，提高成绩，且对女生效果更显著。这在教学中有明显体现，女生课后会更积极使用数字切片库进行复习，课堂未能解决的问题会在课后多次访问数字切片库，并及时向老师请教，与老师讨论和沟通，直至问题解决。

（四）数字切片系统的建设和应用

“互联网+教育”时代，医学虚拟仿真实验系统应运而生并得到广泛应用，数字切片系统是主要组成部分。进入数字化时代，有些高校紧跟发展，形态学实验教学采用全数字化方式，但仍有很多高校包括我校仍采用显微镜+玻璃切片的传统方式。这种方式已不能满足新时代、新形势下大学生对学习渠道和学习平台提出的更高、更新要求。因而，建立完整、全面、系统的形态学数字切片系统是大势所趋、势在必行的。

本校是一所综合性大学，自2012年起招收临床医学五年制本科生，投入硬件建设的资金总额仍处于增长阶段。以往显微形态学实验教学沿用传统方式，利用显微镜观察切片。传统切片观察受上课时间、地点的限制，局限性较大，学生观察切片主要依赖于课堂。为保证学生能更好掌握知识点，授课教师会安排固定时间，每周开放实验室，提供更多的观察实践机会，但课后能前往实验室的学生人次并不理想。

2020年，得益于无偿开放的网络数字切片库，我校显微形态学实验教学不仅顺利完成，更是极大地开阔了教师和学生的视野，丰富了课程教学资源，使有限的课堂得到极大延伸，扩展到网络可及的范围。打破了时间、空间的限制，更激发了学生的学习兴趣和热情。实际教学中亦发现，相较于传统方式，学生的学习积极性和主动性都大大提高了。以往课前、课后学生与教师互动的频率及时长都不尽如人意，使用数字切片后，学生利用网络的优势，随时随地自主访问学习，与教师互动的人次及时长都有大大提高，学习的兴趣、主观能动性及成绩都有极大提高，切实达到了提高实验教学效果的目的。这对提高实验教学质量有重要启示，给形态学实验教学改革提供方向，也为后续建设自主的显微形态学实验数字切片系统及应用提供了强有力的理论依据。