數(shù)字化切片應用于形態(tài)學實驗教學擴展了學生學

1、建設數(shù)字化切片庫，提高形態(tài)學實驗教學質量馬保華山東大學醫(yī)學基礎實驗教學中心醫(yī)學形態(tài)學實驗平臺山大醫(yī)學院國家級實驗教學示范中心形態(tài)學實驗室利用學科優(yōu)勢與山東易創(chuàng)電子有限公司歷經(jīng)2年聯(lián)合研制出了適合我國應用的數(shù)字化切片(digital sections)，實現(xiàn)了教學切片數(shù)字化與校園互聯(lián)網(wǎng)結合，架構了我校形態(tài)學實驗教學（morphological laboratory teaching）數(shù)字化教學平臺。近日，組胚切片207張上網(wǎng)“實時”(real-time)數(shù)字化教學切片已經(jīng)開始應用；病理解剖學102張數(shù)字切片正在聯(lián)合研制過程中，不久也將應用于我校實驗教學。目前我校是最早應用數(shù)字切片為數(shù)不多的學校之

2、一。在我國，高等醫(yī)學院校基礎醫(yī)學形態(tài)學（組織胚胎學和病理解剖學）等課程經(jīng)典的教學手段，一直都是通過光學顯微鏡對器官標本和組織切片進行學習觀察，沒有顯微鏡學生就無法認識正常人體形態(tài)結構，無法幫助學生準確認識病變形態(tài)特點。所以，半個多世紀以來的形態(tài)學實驗教學過程，都是教師在課堂上指導學生在顯微鏡下觀察各種標本和組織切片（cut sections of organic tissues for microscopic examination）。多年來的教學實踐，教師和學生都發(fā)現(xiàn)用玻璃切片教學存在很大的局限性，不僅標本來源、制作、保存以及質地存在著缺陷，同時學生在學習和交流空間、時間也受到了限制，不利于

3、學生自主學習形成終身學習習慣的培養(yǎng)。因此，人們一直在尋找一種不依賴實驗室顯微鏡而能學習觀察標本切片的教學方法。一、玻璃切片與數(shù)字切片的比較1. 傳統(tǒng)玻璃切片的缺陷和局限性組胚學和病理學實驗教學主要以細胞或組織標本的玻璃切片為觀察對象，存在的局限性是：學生對切片的觀察必須在實驗室，借助于顯微鏡才能使用，因此學生學習的時間和空間受到一定程度的限制；玻璃切片在制作和使用過程中都易破損，而且標本容易褪色，不易永久保存；教學需求大，需要制備大量的切片，不僅成本高，而且也很難保證每張切片的制作質量，不利于典型結構的教學觀察和示教。以往在實驗課過程中，學生參照圖譜在顯微鏡下來觀察玻璃切片尋找典型結構，然而，

4、圖譜只能再現(xiàn)典型結構起示教作用，卻不能引導學生如何從整張切片中定位尋找這些結構。如果標本材料小而少，不能大量制作切片，因此大多數(shù)學生只能觀察圖片：例如一些穿刺組織的切片（如腎炎、肝炎），因其組織小，無法大量制作出切片供學生用；一些特殊染色的切片（如蘇丹III染色），其不易長期保存，易褪色，不能大量制作，只能作為示教切片；一些病變較典型，但標本數(shù)量較少的切片等等。玻璃切片的這些局限性影響實驗教學的效率，也妨礙學生的自主學習和交流。2. 數(shù)字切片的特點數(shù)字化切片具有多種用途及意義：高清晰度的數(shù)字切片系統(tǒng)，全天候開放，有利于學生課前預習及課后復習；包括整張切片全視野的信息，分辨率高，圖片清晰，色彩逼

5、真；數(shù)字切片的使用不依賴于顯微鏡，而是利用相應的圖像瀏覽軟件進行觀察，用鼠標操作可以選擇切片任意位置，進行定倍及任意倍率的放大或縮小，模擬顯微鏡觀察模式，不產(chǎn)生圖像信息失真圖像瀏覽軟件可以安裝在實驗室電腦、學生的個人電腦或教學網(wǎng)站上，因此，學生在沒有顯微鏡和玻璃切片時也能自主觀察切片，不受時間和空間的限制，滿足學生個性化學習方式的需求，使得學習更加便利有效；避免因組織切片資源緊缺，學生在復習考試期間，組織切片的破損與丟失(尤為難以獲得的切片)，既節(jié)約了教學消耗，又提高教學資源的利用率，更有利于資源共享；考試內容統(tǒng)一，不受切片質量影響，確保了考試的客觀性；隨著數(shù)字切片庫的不斷更新，豐富了教學內容

6、，使得課堂教學更加直觀，通俗易懂，提高學生的學習興趣。二、數(shù)字切片的制作 數(shù)字切片制作系統(tǒng)主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)主要包括顯微鏡加裝步進電機、攝像機和控制鍵盤。軟件系統(tǒng)主要由圖像采集和控制以及圖像融合和拼接功能模塊組成。制作數(shù)字切片時，首先，利用全自動顯微鏡在低倍物鏡（100X）下對玻璃切片進行快速掃描，顯微掃描平臺自動將切片沿XY軸方向掃描移動和Z軸方向自動聚焦而得到圖像。在選定掃描區(qū)域進一步掃描，以獲得高分辨率的數(shù)字圖像。專業(yè)真彩色的大幅面CCD保證了較高的分辨率和保持標本的真實色彩。相應的掃描控制軟件和圖像壓縮與存儲軟件將掃描的切片自動進行無縫拼接和處理，存儲并建立數(shù)字切片

7、庫。利用該系統(tǒng)，我們將制作精美、結構典型的玻璃切片，建立為完整的數(shù)字切片庫存儲在計算機或存儲介質中，按不同章節(jié)或不同系統(tǒng)進行分庫保存。三、數(shù)字切片的應用1. 數(shù)字切片在形態(tài)學教學和研究中的應用應用數(shù)字切片為形態(tài)學實驗教學和學術交流提供了有效工具，教師通過數(shù)字切片的縮略導航圖指導學生點擊典型結構區(qū)局部放大或縮小，方便講授和學習，病理閱片十分直觀易懂。學生通過電腦屏幕近距離觀察切片參照編輯標注好的數(shù)字切片，有更好的指導性，學生能更快更好地理解和掌握切片的內容，提高學習效率。應用數(shù)字切片組織生動活潑的實驗討論課，教師將重點難點的數(shù)字切片作為疑難標本，附加一些文字問題，作為學生討論的內容。學生之間以協(xié)

8、作伙伴的關系相互交流和借鑒，實現(xiàn)合作學習模式，激發(fā)學習熱情，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力，充分發(fā)揮學生在教學中的主體作用。2.數(shù)字切片在教師備課中的應用實現(xiàn)了切片數(shù)字化，利用網(wǎng)絡進行遠程傳輸與資源共享，數(shù)字切片庫的建立和應用在一定程度上能促進學生學習主動性的發(fā)揮和自學能力的培養(yǎng)。數(shù)字切片庫能不斷更新、內容不斷豐富，教師在課前和課后都能可利用校園網(wǎng)觀察到數(shù)字切片，為教師編寫課件提供了很好的素材，節(jié)約大量的資料搜集時間，教師將更多的精力投入在講解方法和內容的準備上，使得備課更加有效。此外，利用圖像編輯軟件，將數(shù)字切片進行剪接、編輯、標注等處理，教師備課更加方便，而且課件制作更加靈活多樣，課件制作質量顯

9、著提高。3. 數(shù)字切片在形態(tài)學學實驗考試中的應用 目前形態(tài)學實驗課考試主要是以玻璃組織切片結構辨認為主，全國各高校雷同。題型呆板、內容單一，對學生的考核比較片面，這樣很容易因為玻璃切片的個體差異而導致答題難易程度不一致，采用數(shù)字切片與顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)結合，可以避免這種情況的發(fā)，為學生提供公平、公正的考試環(huán)境。對數(shù)字切片進行編輯、裁剪、標注等處理，可以設計出新穎活潑的題型，能全面、客觀地考核學生。每位學生都可利用自己的電腦答題，教師利用互動系統(tǒng)“監(jiān)控”學生答題過程，學生將答案以共享文件夾的方式發(fā)送到教師機中，整個考試過程都各自獨立完成，使得考試更加公正嚴謹，客觀真實地反映學生成績。新的考試模式既

10、考察學生對知識的了解程度，同時也考察學生的動手能力和實踐技能，體現(xiàn)了實驗課的實踐性，又可使考試內容在深度廣度上得到擴展， 可對學生的精細觀察辨別能力進行準確判斷 。4. 數(shù)字切片在形態(tài)學實驗課教學資源管理中的應用數(shù)字切片的出現(xiàn)將組織胚胎學和病理解剖學實驗教學的教學資源管理與應用提高到一個新的水平。將玻璃切片制作成數(shù)字切片，并由此建立組胚胎學、病解學數(shù)字切片庫，改變了傳統(tǒng)教學資源的存儲和管理方式。建立切片庫可以長期保存珍貴切片，不僅極大地方便了教學資源的查詢、調閱，也有效解決優(yōu)質典型玻璃切片片源不足帶來的教學問題，既節(jié)約了教學消耗，提高教學資源的利用率，又有利于資源共享。5.數(shù)字切片推動形態(tài)教學改革 信息化網(wǎng)絡技術的發(fā)展不斷影響和改變人們的思維與生活方式，同樣也為形態(tài)學及其他科教學改革提供了機遇。數(shù)字切片應用于形態(tài)學實驗課堂教學、遠程教學以及學術交流等，經(jīng)濟實用、操作方便，顯著提高教學質量，有力地推動形態(tài)學科教學改革，在教學、科研領域中顯示出無可比擬的優(yōu)越性和廣闊應用空間。我們將形態(tài)學實驗課程的切片數(shù)字化，是一項重大的教學方法改革。不僅提升