鄭黎明，成少利，車 金，張秉義

(西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，陜西 西安 710061)

醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)涵蓋組織胚胎學(xué)、病理解剖學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課。在其實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，學(xué)生需要借助顯微鏡觀察玻璃教學(xué)切片，學(xué)習(xí)識(shí)別組織細(xì)胞的微細(xì)結(jié)構(gòu)，各種組織細(xì)胞的正常形態(tài)及病理變化，加深對(duì)理論知識(shí)及肉眼形態(tài)特征的理解和領(lǐng)悟，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力，為將來的醫(yī)學(xué)臨床課學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，同時(shí)也掌握一定的形態(tài)學(xué)研究技術(shù)，為未來的醫(yī)學(xué)科學(xué)研究服務(wù)。隨著科學(xué)技術(shù)地不斷發(fā)展與提高，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，尤其是近年來開展的數(shù)字切片網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革及實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高具有重要意義。特別是在2020年初新冠疫情發(fā)生后，各高校采取網(wǎng)上教學(xué)。理論課網(wǎng)上教學(xué)易于完成，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分因受實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)器材的限制，影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利進(jìn)行[1]。我們基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建立的組織學(xué)與病理學(xué)數(shù)字切片實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)克服了上述困難，發(fā)揮了積極作用，保證形態(tài)實(shí)驗(yàn)教學(xué)順利完成。

1 數(shù)字切片網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的建立

1.1 數(shù)字切片制作的原理

我校于2015年構(gòu)建Motic VM數(shù)字切片掃描與應(yīng)用系統(tǒng)[2]，通過全自動(dòng)顯微鏡掃描平臺(tái)的掃描與控制軟件系統(tǒng)，對(duì)目標(biāo)切片選定掃描區(qū)域進(jìn)行高清晰度的掃描，掃描完成后，利用圖像融合和拼接軟件，進(jìn)行無縫拼接，生成包括傳統(tǒng)玻璃切片內(nèi)所有信息的一整張全視野的數(shù)字化切片。數(shù)字切片網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過數(shù)字切片局域網(wǎng)或校園網(wǎng)對(duì)數(shù)字切片進(jìn)行流程化管理，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行瀏覽觀察和交流(圖1)。

圖1 數(shù)字切片網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接示意圖

1.2 數(shù)字切片制作過程

按照教學(xué)大綱要求，由經(jīng)驗(yàn)豐富的教師在我?，F(xiàn)有的組織學(xué)和病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)切片中選取工藝精良的，染色適度和具有典型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的玻璃標(biāo)本進(jìn)行切片掃描，將玻璃切片的所有信息轉(zhuǎn)變成一整張全視野的數(shù)字化切片圖像文件。為方便教師和學(xué)生使用，對(duì)每張切片中的典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)注，按照章節(jié)將數(shù)字切片進(jìn)行分類整理建立目錄樹。為了使數(shù)字切片達(dá)到光學(xué)放大與縮小的效果，通過采取在低倍鏡背景下采集整張切片視野作為切片地圖，然后在高倍物鏡下進(jìn)行切片掃描，這樣高分辨率的數(shù)字切片可利用瀏覽軟件在一定的范圍內(nèi)達(dá)到光學(xué)無極變倍，圖像不失真。在教學(xué)過程中隨時(shí)將較滿意的切片進(jìn)行掃描，對(duì)數(shù)字化切片庫加以補(bǔ)充，同時(shí)不斷完善標(biāo)識(shí)注冊(cè)等一系列工作。使切片庫的內(nèi)容更加豐富，質(zhì)量也進(jìn)一步提高[3]。

1.3 數(shù)字切片的特點(diǎn)

數(shù)字切片來源于玻璃切片，但其與傳統(tǒng)的玻璃切片相比具有諸多的優(yōu)點(diǎn)[4]。首先，數(shù)字切片制作完成后，可以永久性的保存和使用，從而彌補(bǔ)了傳統(tǒng)玻璃標(biāo)本切片容易褪色、容易打碎和不容易永久性保存，需重新制作等缺陷，排除教學(xué)過程的損耗，節(jié)省大量人力物力成本，節(jié)約教學(xué)經(jīng)費(fèi)。其次，利用數(shù)字切片掃描系統(tǒng)使玻璃切片數(shù)字化，建立個(gè)性化完整的數(shù)字切片，可長期保存，同時(shí)不再需要玻璃切片的存儲(chǔ)空間。再次，切片掃描與應(yīng)用系統(tǒng)是利用全自動(dòng)顯微鏡掃描平臺(tái)，結(jié)合虛擬切片軟件系統(tǒng)，把傳統(tǒng)玻璃切片進(jìn)行掃描，無縫拼接，生成全視野的數(shù)字化切片(也稱虛擬切片)。這樣在計(jì)算機(jī)上，如同在顯微鏡下，可進(jìn)行不同倍率觀察(如2×，4×，10×，20×，40×等)，并在一定范圍實(shí)現(xiàn)連續(xù)變倍瀏覽切片，而且通過計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)字切片存儲(chǔ)，管理，觀察，分析和討論等。在形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，數(shù)字切片具有傳統(tǒng)切片的所有展示內(nèi)容，并且具有不受空間環(huán)境和時(shí)間限制的優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方式，利用數(shù)字切片網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，從有限的課堂擴(kuò)展到任何網(wǎng)絡(luò)都可及的范圍，實(shí)現(xiàn)跨時(shí)空的教學(xué)，打破了時(shí)間空間限制，延伸了實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境范圍，延長了實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間，使用更加方便，功能更強(qiáng)大，應(yīng)用更廣泛。

2 新冠疫情期間數(shù)字切片系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的作用

2.1 新冠疫情對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的影響

2020年春季受新型冠狀病毒肺炎疫情的影響，我國高校延期開學(xué)。為充分保障正常教學(xué)秩序，教育部要求各高校做到“停課不停教，停課不停學(xué)”，充分利用先進(jìn)的信息技術(shù)手段開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)活動(dòng)，遠(yuǎn)程線上教學(xué)既完成了教學(xué)任務(wù)，又能阻止疫情的傳播[5]。理論課線上教學(xué)易于完成，醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)有大量的切片標(biāo)本必須利用顯微鏡進(jìn)行觀察，在網(wǎng)上教學(xué)無法實(shí)現(xiàn)。我們基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中心建立的數(shù)字切片網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包含所有教學(xué)切片圖庫，完全能夠滿足課余時(shí)間學(xué)習(xí)切片的實(shí)際需要。

2.2 新冠疫情期間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

2.2.1 新冠流行特殊時(shí)期教學(xué)方式的改變

新冠肺炎流行時(shí)，教學(xué)環(huán)境變化，師生面臨新挑戰(zhàn)，新形勢(shì)和新任務(wù)[6]。由以往面對(duì)面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式轉(zhuǎn)換為線上教學(xué)，教師和學(xué)生都需要一個(gè)適應(yīng)過程，以往教學(xué)程序和經(jīng)驗(yàn)無法應(yīng)對(duì)這種變化，對(duì)實(shí)驗(yàn)課任課教師提出了更高的要求[7]。教師要在新模式下研究教學(xué)規(guī)律，做好備課工作，以學(xué)生為中心，設(shè)計(jì)適應(yīng)新條件下的教學(xué)方法，充分利用網(wǎng)上數(shù)字切片圖庫優(yōu)勢(shì)，克服不能面對(duì)面上課的弊端，完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。教師使用數(shù)字切片進(jìn)行示教時(shí)，首先在數(shù)字切片瀏覽頁面左上角的小圖上，可觀察到肉眼可見的標(biāo)本全貌。利用此全貌小圖，講解標(biāo)本的來源以及結(jié)構(gòu)層次等，依據(jù)觀察的圖像闡述該標(biāo)本的基本結(jié)構(gòu)及所要觀察的重點(diǎn)結(jié)構(gòu)，最后放大圖像，選取合適的位置，講解重點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。學(xué)生根據(jù)教師的講解及要求對(duì)切片進(jìn)行觀察和學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題，教師可利用數(shù)字切片系統(tǒng)與學(xué)生交流，進(jìn)行輔導(dǎo)。軟件中的標(biāo)注，測(cè)量等功能可使學(xué)生觀察地更直觀，并檢驗(yàn)學(xué)生的辨識(shí)正確性。

2.2.2 網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)課授課時(shí)網(wǎng)絡(luò)圖庫的優(yōu)勢(shì)

教學(xué)切片觀察是形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂中必不可少的重要組成部分。在實(shí)驗(yàn)課中，教師傳統(tǒng)教學(xué)只能通過繪圖和利用圖譜為學(xué)生進(jìn)行施教和講解，這樣不僅會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，學(xué)生也感覺到實(shí)驗(yàn)課枯燥無味，缺乏學(xué)習(xí)熱情。運(yùn)用數(shù)字切片庫給學(xué)生進(jìn)行講解和實(shí)驗(yàn)觀察，不僅畫面清晰、直觀和生動(dòng)，而且學(xué)生通過觀察已編輯標(biāo)注好的數(shù)字切片，能更好更快地理解和掌握組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和疾病的病變特點(diǎn)，這樣便可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生利用計(jì)算機(jī)的瀏覽器，根據(jù)自身的學(xué)習(xí)程度，隨時(shí)在網(wǎng)上瀏覽數(shù)字切片圖庫。自主地利用數(shù)字切片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課的課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。學(xué)生不受時(shí)間，空間的限制，利用課余時(shí)間復(fù)習(xí)課堂內(nèi)容，系統(tǒng)化細(xì)化知識(shí)體系，使學(xué)生輕松掌握知識(shí)。數(shù)字切片在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的使用，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也使實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果得到提高。

2.2.3 新冠流行特殊時(shí)期形態(tài)實(shí)驗(yàn)課考核模式的改變

充分利用數(shù)字切片網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖庫，建立線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)新的考核模式。以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)考試為傳統(tǒng)的切片考試，要求學(xué)生在顯微鏡下觀察玻璃切片，寫出所觀察切片的組織名稱及鏡下的病變特點(diǎn)等。由于切片標(biāo)本褪色或制作差異等原因容易出現(xiàn)假象，影響學(xué)生發(fā)揮真實(shí)水平。利用數(shù)字切片編輯設(shè)計(jì)出多種題型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)考核，考核的范圍更廣，目的更明確，能更全面客觀地反映學(xué)生掌握知識(shí)的真實(shí)程度，避免因傳統(tǒng)標(biāo)本間的差異而導(dǎo)致考試的程度不一致等不公平的現(xiàn)象發(fā)生，同時(shí)，也有利于教師了解教學(xué)效果，改進(jìn)教學(xué)方法和提升教學(xué)效果。

3 討論

我們?cè)?020年3-6月份學(xué)生居家線上病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中應(yīng)用數(shù)字切片網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，取得與實(shí)驗(yàn)室教學(xué)同等的教學(xué)效果，在疫情發(fā)生，學(xué)生未能返校的特殊時(shí)期，保質(zhì)保量地完成病理學(xué)教學(xué)計(jì)劃。師生對(duì)該教學(xué)方式滿意度很高，考核的結(jié)果也達(dá)到了實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的水平。通過本輪的線上數(shù)字切片網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用，該系統(tǒng)極大地豐富了醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)資源，構(gòu)建了優(yōu)良的教學(xué)環(huán)境，從有限的課堂擴(kuò)展到任何網(wǎng)絡(luò)可及的范圍，實(shí)現(xiàn)跨時(shí)空的教學(xué)，打破了時(shí)間空間限制，并在一定程度上保持了實(shí)驗(yàn)教學(xué)情景的真實(shí)性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，使學(xué)生的課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)更加方便直觀。不受時(shí)空的限制，可隨時(shí)隨地的進(jìn)行學(xué)習(xí)，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，養(yǎng)成學(xué)生良好的觀察習(xí)慣，提高理解能力以及形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，切實(shí)達(dá)到提高實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)效果的目的，為學(xué)生打下堅(jiān)實(shí)的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)，這些對(duì)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量起著重要的作用，給醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來革命性的突破。特別是在新冠疫情期間，使用切片圖庫和顯微鏡鏡下觀察效果完全一致，實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)保質(zhì)保量的順利完成。因此，該系統(tǒng)可以作為實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)的一個(gè)有力補(bǔ)充，或者在師生獨(dú)立的線上完成形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的手段。只要我們積極建立其他學(xué)科所要求的數(shù)字切片庫，該系統(tǒng)完全可以推廣到組織學(xué)、寄生蟲和微生物的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)。雖然該系統(tǒng)能夠完成實(shí)驗(yàn)課教學(xué)任務(wù)，但是也存在一些值得商榷的問題，比如如何科學(xué)合理地安排實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容，授課方式如何設(shè)計(jì)，如何示范講解切片，學(xué)生觀察切片時(shí)間，如何完成師生的線上互動(dòng)，這些都需要精心的安排，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，使線上形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效果達(dá)到最佳，如何更好發(fā)揮數(shù)字切片網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，面對(duì)新挑戰(zhàn)、新任務(wù)和新要求，未來我們?nèi)孕璨粩嗵剿鳎S富和整合數(shù)字切片資源庫、實(shí)驗(yàn)課視頻和課件等資源，使之共享于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。在數(shù)字化教學(xué)等方面也應(yīng)進(jìn)行積極的探索和完善。

但也要看到，新冠病毒還在世界各地流行，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有被消滅。以目前的形勢(shì)，新冠肺炎在我國大范圍爆發(fā)雖不可能，但局部、個(gè)體的感染是短時(shí)間內(nèi)可能發(fā)生的，可能影響到一個(gè)學(xué)校、一個(gè)年級(jí)、一個(gè)班級(jí)或個(gè)別被隔離學(xué)生。在此情況下，線上教學(xué)甚至成為一個(gè)必需的教學(xué)儲(chǔ)備，以隨時(shí)應(yīng)對(duì)特殊情況的發(fā)生。因而數(shù)字切片教學(xué)系統(tǒng)具有十分有意義的應(yīng)用前景。保證“停課不停學(xué)”[8]，未雨綢繆，積極做好應(yīng)對(duì)準(zhǔn)備，充分利用數(shù)字切片網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)做好線上醫(yī)學(xué)形態(tài)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)準(zhǔn)備工作，做到線上線下一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。確保學(xué)生居家特殊情況下醫(yī)學(xué)形態(tài)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的效果。