基于数字切片的虚实一体化模式在组织学实验教学中的应用
时间：2023-01-24 09:45:04 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
李晓英，郭 海，李宁宁
(河南医学高等专科学校 a.基础医学部组胚教研室;b.科研外事处，郑州 451191)
信息技术的飞速发展，数字信息化时代的到来，给教育改革带来了前所未有的机遇和挑战。将传统的实验课和先进的数字化技术相结合，探索新的教学模式，可以优化教学过程，提高学生学习的积极性和教学效果[1]。
组织学属于微观形态学课程，其与人体解剖学、生理学、病理学及临床学科之间联系密切，开设于本校大学一年级第一学期，是一门重要的医学基础课。组织学实验课直观性较强，不仅是验证组织学理论知识的重要手段，也是培养学生观察分析能力和动手操作能力的有效途径。
数字切片是把整张组织切片通过扫描转化为高分辨率的数字化全景图像，呈现于电脑或手机终端，能任意移动视野和放大缩小，仿真模拟了普通光学显微镜的观察。将数字切片加入组织学实验教学，数字切片为“虚”，光学显微镜为“实”，虚实结合，优势互补，实现虚实一体化教学。
组织学实验以验证性实验为主，实验教学基于显微镜观察组织切片，教师示教、讲解实验内容，学生观察完成实验绘图报告。近些年虽然启用了显微数码互动实验室，对激发学生兴趣、提升组织学的实验教学效果等方面发挥了巨大的推动作用，不过，目前该系统还是受到实验场地、组织切片、学生数量等各种问题的限制，加上缺乏数字化资源的网络支持，制约了教学质量的提高，不利于调动学生的积极主动性，更不利于培养学生的综合素质。随着高校招生规模的扩大，教学资源相对紧缺，很多典型结构组织切片数量有限，难以满足教学需求，而且稀缺珍贵标本有一定的使用寿命，可遇而不可求，常年的损耗使之数量更少，不能保证学生使用的公正性[2]。
马里兰大学和约翰霍普金斯医院首次描述了虚拟显微镜可以扫描、存储和阅览数字切片[3]。经过近年来的发展，虚拟显微镜技术已经广泛应用于医学教学、科学研究等领域[4]。
2.1 虚实一体化实验教学资源库构建 构建教学资源库是实现虚拟网络教学重要的基础性工作，优质的教学资源库是教学实施和教学质量的重要保证[5]。
以组织学实验课程为核心，遵循实验教学资源库设计原则，建立完整、完善的组织学数字切片库。收集和整理优质的组织学切片，采用显微摄像系统进行全自动数字扫描，获得高分辨率的数字化全景图像，分章节系统归类建立目录树，便于查找使用。对数字切片的重点结构进行文本标注，便于学生随时查看。为了避免学生首次使用系统带来的一些误操作，虚实一体化系统安装了系统还原保护卡，并在教师端和学生端进行了加密处理，提高了系统的稳定性。
随着教材的更新、研究的进展，教学资源库需要进行不断的动态维护和管理，以保证更有效地使用[6]。
2.2 线上教学内容的建设和完善 在建立虚实一体化实验教学资源库的同时，在学习通平台建立了配合实验教学的线上教学资源。组胚教研室在2021年录制完成并上传了组织学全部章节的微课视频到学习通平台，提供授课视频以及各种文字形式的教学资源，能够开展在线学习、作业、考试、答疑和讨论等，还有不断更新和完善的实验技能专项、考核系统、参考书目、参考文献等。教研室指派专人负责学习通平台网站资料的维护和更新。
2.3 虚实一体化教学的设计与实施 有效预习是学习的重要组成部分，实验课预习材料仅仅是文字，学生的预习往往流于形式，达不到应有的效果，因此图片、视频等相应的视觉资源是必要的。教师在课前根据该章节教学需要，通过超星学习通平台，发布微课、PPT等多媒体资源，开展课前预习工作，学生完成学习资源配套任务并反馈给教师，教师根据反馈调整教学任务。
课中通过虚实一体化教学系统进行教学。教师使用教师端电脑和示教显微镜，学生每人一台双目显微镜和学生端电脑，师生电脑通过局域网连接。教师示教的切片内容可以通过智慧屏幕、学生端屏幕以及互动模式供学生学习，激发学生的学习热情，培养其发现和解决问题的能力，师生随时沟通，对重点、难点知识进行交流与讨论，完成所有实验课教学内容，提交实验报告。
课后教师根据教学目标和学生的疑问，总结任务难点，采集分析数据，分析和量化学生学习情况，并通过学习通发布相关话题，组织学生探讨，培养学生探究能力，同时对学过的知识进行交流巩固。与传统的组织学实验课后复习不同，学生通过个人账号随时可以登录系统复习数字切片和拓展知识，突破了时间和空间的限制。
2.4 评价方式的改革 建立多元化、全过程的评价体系可以促进教师对学生的引导和督导，提高学生学习效果，培养良好的学习习惯和思考解决问题能力[7-8]。改变过去单一的结果性评价方式，借助后台的图文数据统计分析学生的线上学习情况和交流信息，对学生当前的学习状况、学习态度、完成任务的情况进行考核；
同时对平时布置的作业进行分值的设定，考核学生平时作业的完成情况。总之，采用虚实结合，线下线上结合，课上课下结合，以及课堂讨论、小组自主探究等多种方式结合，形成多维度的立体评价体系。评价方式具体构成比是：预习任务完成情况10%、考勤10%、课堂提问10%、绘图作业30%、标本考试40%。
利用互联网给予学生引导和交流，采用任务驱动方法，可以使学生能够个性化更高效地完成学习任务，掌握组织学基本知识[9]。
2.5 效果评价 问卷调查：设计问卷调查表，评价虚实一体化教学模式在提高学生兴趣、拓展知识面、培养创新思维、提高自主学习能力和获取网络信息方面的作用。共下发调查问卷305份，回收有效问卷293份。从问卷结果可以看出，学生对虚实一体化教学模式满意度和基本满意度占90%以上。见表1。
表1 问卷调查结果(n)
近年来组织学实验教学比较常用的是显微数码互动系统，教师的示教切片和学生显微镜下观察到的切片图像可以同步到电脑屏幕上，相比于传统的组织学实验教学，教学效果和效率已有所提高。但是实验教学依然受到时间、空间和切片质量的限制，而数字切片库的建立和完善以及线上线下虚实一体化教学的实施赋予了实验教学全新的模式。
3.1 使用数字切片，优质资源共享 全视野的数字切片图像更加清晰，颜色更加保真，完整地保存了切片的信息。观察数字切片时可用鼠标拖动、选取切片上的任意位置，随意缩放，屏幕左上角还显示切片全景导航，能把高倍镜下的图像和低倍镜下的位置准确地对应，增强对整体结构的把握。数字切片丰富了实验课教学资源，特别对于一些罕见的组织切片和典型的结构能够实现永久保存和资源共享。比如血涂片，血涂片中的嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞数量很少，下发到学生的玻璃切片不易找到这两种细胞，而数字切片的使用就很好地解决了这个问题。
传统的组织学实验课是理论知识的简单验证，标本的差异性往往给学生造成了理论知识和实验切片内容的对应困难，而虚实一体化使典型的数字切片成为理论知识和玻璃切片的桥梁，学生通过分析比较，轻松地掌握学习内容。
3.2 打破时空限制，学习更加便捷 虚实一体化实验教学模式通过课前下发教学任务，课中操作，课后巩固练习，使学生的学习不再局限于实验课堂，打破时间和空间的限制，可以随时随地通过网络平台反复学习训练巩固所学知识，提高学习效果。对教师来讲，数字切片的使用极大地丰富了教学资源，虚实一体化教学增加了线上线下师生间的互动，方便了教学过程的实施和学生学习效果的及时反馈。
3.3 启发主动学习，注重能力培养 传统组织学实验教学，学生在有限的课堂时间内听讲、观察、绘图，缺乏创新性和主动性。现在，医学教育改革已经从教师授课模式向以学生为主体的主动学习模式转变，从传授知识到能力培养为核心转变[10-11]。虚实一体化实验教学将线上线下、数字切片和实体显微镜教学有机结合，丰富实验教学内容，学生可以在该章节资源中根据需要实现自主选择，并且自己提出问题、自助解决或协作互助解决问题，在这个过程中，激发学生的学习热情、启发学生的创新思维，培养学生的观察能力和动手能力。
3.4 构建知识体系，学科融会贯通 知识体系的连贯性和系统性是医学的显著特点，虚实一体化教学系统中同时还有其他形态学科的教学资源，比如病理学等。随着网络教学平台在更多学科的应用，医学实验课程体系逐渐由分散平行向层次分明的树状结构发展，各学科之间通过共享网络平台有机地联系在一起[12]。学生可以通过平台，把相关的各个学科融会贯通，实现在学习上从正常结构到异常结构，从宏观层面到微观层面，从基础知识到临床病例的有机融合。
虚实一体化教学模式改善了传统实验教学的局限和不足，但在应用过程中也存在一些问题：
数字切片在提高了学习便捷性的同时，使某些学生过度依赖数字切片，懒于操作显微镜观察玻璃切片。学会正确使用显微镜是医学生的基本功之一，也是组织学实验教学的目的。在实验教学过程中要合理把握和督促学生科学地分配学习时间，巩固理论知识的同时要兼顾动手能力和科学探索能力、协作能力等各方面的协调发展。
数字切片和玻璃切片并非取自同一蜡块标本而存在或多或少的差异，给学生学习造成了一定的困惑。鉴于此，教师要向学生解释标本取材的差异性，使数字切片与玻璃切片互为补充，实验课内以显微镜观察玻璃切片为主，数字切片为辅，课外利用数字切片随时随地进行巩固复习。
虚实一体化实验教学模式对教和学的便利性和效果有目共睹，但是组织学的大部分数字切片依然停留在平面图像，无法直观显示立体层次和毗邻关系。信息技术日新月异，将来是否可以把平面的数字切片开发成更逼真的3D图像，让学生更形象地探索人体的微观世界，相信VR等相关技术一定会在组织学上获得开拓和发展。
综上所述，虚拟数字技术的发展，彻底革新了组织学实验教学手段。组织学虚实一体化教学模式把数字切片和显微数码互动系统有机结合，优势互补，在组织学实验教学中发挥出巨大的优势和发展潜力，提高了教师的教学效率和学生的学习效果。事实上，在虚实一体化教学模式的基础上，可以探索融合其他教学方法，如“数字切片、雨课堂和QQ群课堂功能”[13]、“虚拟仿真+CBL+TBL+多元化形成性评价”[14]、基于虚拟仿真形态学数字化平台“翻转课堂”的混合式教学方法[15-16]，实现更多教学方式的优化整合，获得更好的教学效果和满意度。
我们将在今后的工作中，本着虚实互补、线上线下结合、资源共享的原则，结合学科专业特点，整合信息化教学资源，不断完善和发展虚实一体化组织学实验课教学模式，构建符合高职高专医学生特点的实验课教学新模式，发挥学生的主观能动性和探索精神，培养出具有良好形态学知识基础的高素质、高水平的医学创新技术人才。
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