数字切片在组织学实验课程改革中的应用现状分析

王燕舞，刘俊，胡瀚洋，刘镕，谈新提，赖茹洁，汪琳*

（1武汉大学泰康医学院（基础医学院）组织学与胚胎学教研室 武汉 430071；2武汉大学泰康医学院（基础医学院）基础医学实验教学中心 武汉 430071）

随着“数字化人体”研究的进展，微观形态领域的数字化也提上日程[1]，虚拟显微镜系统的出现，恰逢其时[2]。虚拟显微镜系统能将光学切片转换成虚拟切片，或者也称为数字化切片和数字切片。数字切片不仅可以提供高清图像、更因其易传输的性质扩大了病理医生之间的交流。2008年以来，数字切片迅速在各大高校形态学教学平台普及[3,4]，至今已有13年。

以数字切片/数字化切片/虚拟切片为主题词在中国知网和万方数据库进行文献检索后发现，最早关于数字切片的文章发表于2007年[5]，至2021年有关数字切片的文献数量累计382篇，逐年呈上升趋势，从2017年开始持续每年40篇左右的发文量（图1）。从以上数据可见，自2017年或者更早时候开始，数字切片已成为形态学领域更有吸引力的元素。然而，文献中关于数字切片对于形态学教学效果的影响，却有着不同的观点。有文献报道，数字切片库的应用取得了显著成效，学生考试成绩明显提高[6]。有文献却提示学生的接受度和使用满意度较低[7]，总之，对于数字切片库在形态学实验教学中的应用效果，目前还未获得一致意见。这种情况可能与数字切片库的建设以及学生的接受度和老师的使用方式有很大的关系。

图1 2007年-2021年中国知网和万方数据库数字切片相关文献调查Fig. 1 Publication trend on digitalized virtual slides in CNKI and Wan-Fang data from 2007 to 2021

武汉大学基础医学院组织学的实验教学也经历了从传统光学显微镜到数字切片库的转变过程。2018年数字切片库的正式上线，至今已建成线上线下混合的完整实验课程体系。

在实验教学数字化的进程中，本教研室对于实验教学的课程设计、考核方式进行了一系列的改革探索。本文就2016年以来，基础医学院口腔医学专业学生实验课程教学改革的资料进行整理和分析，期望明确改革对学生学习效果的影响，为后续的组织学实验课程教学以及形态学的数字化进程提供参考。

研究对象与方法

1 研究对象

本研究涉及从2016年至2021年，武汉大学基础医学院口腔医学专业的学生。传统显微镜组为2016年至2018年口腔医学专业的学生，共计243人。理论授课36学时，实验授课27学时。实验教学采用传统显微镜与理论同步授课。数字切片组为2019年至2021年口腔医学专业的学生，共计261人。理论授课32学时，实验授课16学时。实验授课为整合授课，在理论课结束后，显微镜观察连续4周，每周4个学时。学生的总评成绩由期末考试成绩（75%），平时成绩（10%）和作业成绩（15%）三个部分组成。两组的实验考试方式相同，实验考试成绩占期末成绩的15%，均采用五个选项的单项选择题对所给图片进行识别，与期末考试同时进行。

2 研究方法

传统显微镜组的实验教学使用光学显微镜进行标本观察。数字切片组的学生通过数字切片同步配合理论授课自学，最后集中使用光学显微镜进行标本观察。在课程结束后，收集分析学生的各项考试成绩；并通过问卷星软件发布问卷调查，学生匿名填写调查表。

3 统计分析

应用Graphic prism 8.0软件进行统计学分析，考试成绩用均数标准差（x±s）表示，组间两均数比较采用t检验，多组间比较采用one-way ANOVN检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1 传统显微镜组学生的实验考试成绩优于数字切片组

本研究对传统显微镜组和数字切片组学生的总评成绩、期末考试成绩和实验考试成绩进行比较。两组学生的期末考试成绩和总评成绩的平均分无明显差异，及格率和各成绩等级的比例也非常近似（图2，3）。但是，数字切片组的实验考试成绩的平均分（82.00±0.93）较传统显微镜组（93.29±0.81）有明显下降。另外，传统显微镜组的实验考试成绩的高分率（90分以上）达到74%，远高于数字切片组的35%（图2，3）。

图2 传统显微镜组与数字切片组成绩分数段分布Fig. 2 The score interval distribution of the traditional microscopy group and the digitalized virtual slides group

2 问卷调查结果

对于数字切片组的学生进行问卷调查，以收集学生对于数字切片库使用体验。问卷内容包括学生对数码切片库的满意程度、数字切片库对学习的帮助力度、使用数字切片库的频率、数字切片库的不足之处等方面。经研究发现，尽管从2019年至2021年，学生对数字切片库的满意度无明显改变，但学生越来越愿意向同学推荐数字切片库，并表示愿意再次使用数字切片库。不仅如此，认为数码切片库的帮助力度显著增高（表1）。并且，经常使用数字切片库的学生逐渐超过50%（表2）。尽管数据显示，学生使用数字切片库的最主要动机是复习考试，但出于兴趣使用数字切片库的学生有明显增加（表3）。关于数字切片库中存在的问题进行调查时，学生主要反映手机界面不友好和网页反应慢（表4）。调查结果提示，学生使用数字切片库的主要工具是手机，而手机界面和网络会影响数字切片库的使用体验。

图3 传统显微镜组与数字切片组各项成绩比较Fig.3 Comparison of the average scores of the traditional microscopy group and the digitalized virtual slides group

表1 数字切片接受程度调查结果Tab.1 Survey results on the acceptance of the digitalized virtual slides

表2 使用数字切片库的频率Tab. 2 Survey results on the utilization frequency of the digitalized virtual slides

表3 使用数字切片库的动机Tab. 3 Survey results of the students’ motivation of using the digitalized virtual slides

表4 数字切片库的不足之处Tab. 4 Survey results on the insufficiency of digitalized virtual slides

讨 论

互联网技术和数字化技术的发展，为形态学的教学带来了便利。无需为标本的收集和切片的制作费神，也无需为显微镜的购置和维护费用担心。制作课件，甚至不用去拍摄照片，只用截屏就可以获得清晰的图片。数字切片在节约时间、空间、经费和精力等方面表现完美。

由于口腔医学专业培养方案改革，组织学的授课学时缩减20%，同步实验授课调整为整合实验授课。为了应对培养方案的改革，从2019年开始，口腔医学专业采用了线上和线下相结合的授课方式。利用人体组织学MOOC和数字切片库来应对学时缩减和授课方式的变化。本研究旨在明确近期教学改革对学生组织学学习效果的影响。通过对传统显微镜组和数字切片组学生的各项成绩分析以及问卷调查，可以得出以下结论。

1 学生对于数字切片库的态度保守

从调查结果来看，目前已经具备推广使用数字切片库的基本条件，学生可以通过校园网、利用手机端和电脑端访问数字切片库。但学生对于数字切片库的满意度不高，并认为其对学习的帮助力度有限。特别是存在手机界面不友好，网页反应慢，无法进行交流互动等不足。与老师的交流互动从“实时”到“延迟”，也有可能影响学生对于数字切片的接受度，并削弱学习效果。利用传统显微镜进行切片观察时，老师可以进行实时引导和答疑解惑，“教与学”双向互动促进学习良性循环。观察数字切片也无法感受老师“言传身教”带来的潜移默化。

2 数字切片组学生阅片能力有下降趋势

经过数据分析，数字切片组的总评成绩和期末成绩与传统显微镜组并无差异，说明学时缩减和实验授课方式的改变，对学生的学习效果并未造成明显的影响，针对教学改革采用的数字化应对措施取得了一定的效果。然而，需要引起我们重视的是：数字切片组学生实验考试的平均分明显下降。经分数段的比较发现，两组及格率并无明显差异，但数字切片组高分率明显降低，提示学生识图阅片能力有下降的趋势。组织学课程的教学目标不仅包括人体微观结构的基本知识，也包括观察能力的培养，为今后病理学的学习打下基础。如果这个环节出现缺陷，势必影响后期的学习效果。

3 数字切片组学生实现自主学习的同时，并未实现主动学习

与传统显微镜切片观察相比，使用数字切片的学生面临两个方面的改变：其一、阅片训练从被动到自主。传统显微镜切片观察，有固定的时间、确定的学习进度；数字切片观察时间机动，学生根据自身学习需求安排使用时间。学生自主性更强，但是更随意，学生极有可能不会使用数字切片库。正如问卷调查结果所示，数字切片库的推行之初，学生中几乎不使用和偶尔使用的人数超过百分之八十。其二、数字切片观察在一定程度上失去求知的乐趣和惊喜。传统显微镜观察，器官种类、细胞类型和典型结构需要学生自己去发现。在寻找的过程中，有时会出现意外的惊喜。在老师的引导下，显微镜下的观察，不仅是被动的观察描述，更是比较、归纳总结。学生能将知识经历从个别到普遍，再从普遍到特殊的科学思维提升。在这个过程中，他们会不断获得求知探索的乐趣。数字切片库有详细的标注帮助学生学习，但也因此缺乏发现和探索的乐趣。标注之外的内容，因无法寻求确定的答案，也让学生失去主动观察的兴趣。

4 对于数字切片的接受需要一个过程

尽管对数字切片库的满意度等的调查结果不尽如人意，但结果也显示，使用数字切片库的学生逐年增加。目前，经常使用数字切片库的学生人数已经超过百分之五十。学生也逐渐意识到数字切片并非是可有可无的，有效的使用能帮助提高学习效率。因而，也更愿意向同学推荐和再次使用数字切片库。在使用数字切片的动机调查中，基于兴趣与好奇而使用的学生比例也逐年增加。这些结果提示，随着数字切片库系统的完善和优化，学生会逐渐意识到它的优点，接受并开始有效应用。

5 激发数字切片使用的主动性

实验学时的缩减和切片观察由课堂转向线上，容易弱化学生切片观察的意识。从本次调查的结果可知，学生使用数字切片库的动机是完成作业和复习考试。其动机多数仍然是被动的。另外，数字切片的优势之一在于学生可以自主选择学习的时间和地点，因而手机版本较电脑版本更容易被学生接受。由此可见，激发学生主动使用数字切片库，可以从两方面入手，一是老师的有效引导，比如定期发布任务或者设计通关环节等；二是优化网页设计，提升数字切片库使用体验，解除后顾之忧。

6 力求发挥数字切片的最大效应

数字切片是形态学数字化的趋势。然而，数字切片库的存在不等同于学生会自动自觉的学习，也不意味着学生使用数字切片库就自然而然提高阅片能力。碎片化学习方式，需要学生有更高的自律性。数字切片库完全依靠学生自学，会较课堂教学更难获得满意的效果。因此，在优化完善数字切片库的前提下，如何让学生体验到数字切片的优势，发挥其最大的效应，是重中之重。通过文献的分析，其实可以找到答案，数码互动系统和数字切片联合使用的文献数量每年不超过10篇（图1），但将前者的互动交流优势与数字切片库相结合，会出现1+1大于2的效果[8,9]。

数字切片是形态学数字化进程中的重要环节，要发挥出其在教学中的最大效应，只有科学合理的主动应用。通过系统的教学设计将数字切片与形态学的教学目标结合，使之用于课前预习、课堂学习和课后复习，贯穿于学习全过程，才是实现形态学数字化的有效途径。