数字切片结合雨课堂的《家畜组织与胚胎学》实验教学探索

    马雪连 孙亚伟 李娜

    摘要：在数字化背景下，着手建立《家畜组织与胚胎学》实验课程数字切片库，在此基础上制作微课，将其与网络教学平台雨课堂结合，并通过改革教学模式，着力培养具有自主学习意识和创新意识的现代化和专业化人才。

    关键词：数字切片;雨课堂;《家畜组织与胚胎学》实验课;教改

    中图分类号：G434;S811.4 ? ? ? ?文献标识码：A ? ? ? ?文章编号：1007-273X（2020）09-0041-03

    随着时代的发展，互联网成为了推动国家科技、经济、教育等一系列领域发展的关键技术。早在2014年习近平就强调“网络安全和信息化是事关国家安全和国家发展、事关广大人民群众工作生活的重大战略问题，要从国际国内大势出发，总体布局，统筹各方，创新发展，努力把我国建设成为网络强国”[1]。在数字化时代的背景下，高等教育也面临着变革的巨大挑战。一方面，数字平台存储了大量的教学资源，需要我们创新教学模式，充分发掘和利用巨大的教学资源。另一方面，社会需要的人才是有信息化素养的人才。信息素养是指个体对信息活动的态度以及对信息的获取、分析、加工、评价、创新、传播等方面的能力[2]。传统教学模式主要以教师灌输知识的方式进行，面对爆炸式增长的信息资源，不利于发挥学生自主探索的积极性。数字化切片和网络教学平台相结合已成为现代主流，利用信息化、数字化的管理模式更加有利于满足教学需要和科研的探讨。我们要利用教授《家畜组织与胚胎学》实验课的契机，创建本学科数字化平台，以达到资源存储与方便交流的目的，并且通过创新教学模式，着力培养具有自主学习意识和创新意识的现代化和专业化人才。

    《家畜组织与胚胎学》是一门重要的专业基础课，旨在从微观方面揭示家畜的正常形态结构和机能，前承动物学、解剖学的知识，又为动物生理学、动物生物化学、兽医病理学等奠定基础，只有了解家畜正常状态下的结构和功能与病态下的结构和功能的不同，才能正确掌握疾病发生规律，进而采取有效的防治措施，因此学好《家畜组织与胚胎学》将为学生学习以后的专业课奠定坚实的基础。此外，现代组织胚胎学的内容在不断地充实、扩展并渗透到多种学科，构成了一个包括生物化学、分子生物学、细胞生物学、发育生物学等多学科的网络系统，具有重要的理论研究价值和应用前景。《家畜组织与胚胎学》实验教学是在教师的指导下，学生通过显微镜观察家畜正常组织切片，通过对细胞、组织和器官细微结构的观察、分析，掌握其显微结构，同时加深对理论知识的理解和记忆的过程，因此，实验课是《家畜组织与胚胎学》教学过程中的重要环节。在疫情的影响下，基于传统的实验室平台的教学模式已经不能满足教学需求，因此，建立网络教学模式迫在眉睫。

    数字切片库的建立是实现教学现代化的关键一环，是建立网络教学模式的重要教学资源。数字切片是将传统的玻璃切片通过数字切片扫描仪扫描得到高分辨率显微图像并通过计算机对图像进行无缝拼接得到高分辨率的全切片图像[3]。数字切片可以脱离显微镜而通过软件进行观察，并能在一定范围内进行观察倍数的切换。将这些数字切片进行分类，存储在服务器中，就形成了数字切片库。

    随着“以学生为中心”的混合式教学理念在国内外高校的推行，清华大学于2016年4月推出了智能教学工具——雨课堂[4]。雨课堂是一款PPT插件，通过微信进行登录，能在PPT中插入视频、试题，能实现将PPT推送到学生微信，方便学生进行课前预习。学生通过“弹幕投稿”功能能实现教学过程中与教师的互动。同时还具有反馈功能，教师通过雨课堂收集的数据对授课效果进行评价。雨课堂是网络教学模式的技术载体。雨课堂作为当前各层次学生线上教学的主要模式之一，已经引起新疆农业大学广大教职工的关注，并且已经进行专业操作培训，此基础上进行本课程的教学改革符合当前教育趋势。

    1 ?网络教学理念及教学模式

    1.1 ?教学理念

    线上教学促进了任课教师由“以教为中心”向“以学为中心”教学理念的转变，更加突出培养学生的批判性思维、合作探究和解决问题能力，促进了由“注重知识目标”向“更加关注学生能力培养和综合素养提升”教育理念的转变[5]。

    1.2 ?教学模式

    网络在线教学中，教学变成了教师与一个个具体学生之间的互动，教师更关注每个学生个体的情况及其经验，突出了学生个体性存在和个性化需求，学生个体从传统教学僵化的集合体中解放出来，激发了学生学习积极性和主动性[6]。

    何克抗[7]把网络教育的教学模式概括为“以学生为中心，在整个教学过程中教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用，利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的”。要通过促进教师教学模式的改革，实现学生学习方式的改革。具体来说，依托本学科数字切片库的建立，制作微课，为学生提供丰富的学习资源。教师在课前发布教学大纲和教学任务，帮助学生构建知识框架，引导学生自主学习。课上教师可以通过案例教学、交流探讨、学生报告等多种方式提供个性化的教学。同时通过教学软件对学生学习数据的挖掘和分析，对学生进行精确管理，为学生提供更好的学习服務。

    2 ?网络教学资源的建设

    2.1 ?建立数字切片库

    2.1.1 ?建立数字切片库的必要性 ?传统的实验教学模式下教师利用玻璃切片标本进行示教、讲解、观察要点，学生通过光学显微镜进行切片的观察。这种教学模式对于学生熟练使用显微镜、训练其动手能力发挥了积极的作用。但是传统实验教学模式存在以下几点不足：①传统标本为玻璃材质，容易破损，随着时间延长，还会出现褪色失真等问题，需要不断补充，维护成本不菲。②一些珍稀标本不易购买，导致很多标本流失，学生无法观看。③玻璃标本在显微镜下观察，需要不断移动视野以寻找典型结构，让学生凭记忆在脑海中形成完整画面，由于无法定位标记，一旦移动视野就要重新寻找，降低了学习效率，也不利于师生交流和深入学习。④传统组织学实验教学利用显微镜观察标本，必须在实验室进行，受到时间和空间限制，不利于学生自主学习。

    数字切片相较于传统切片具有较多的优势，首先，数字切片可以從全切片连续增加放大倍数到细微结构，有助于病变区域的定位，数字切片能够任意放大和缩小，利于学生形成整体概念，建立局部与整体的关系。此过程只需要鼠标操作即可，不需要在显微镜下调焦，大大提高了学习效率。其次，在数字切片上可以进行标注，有利于在网络上进行学术交流。并且，数字切片存储于服务器后，教师和学生通过电脑即可进行访问，与传统切片相比，使用更加方便。由于数字切片的存储数量大，学生更容易通过从大量切片中比较、识别、归纳出组织的典型结构。此外，数字切片库的建立实现了切片永久保存，无限复制，节约实验成本。

    在信息化的大背景下，我国数字切片库的建立得到了广泛发展，包括在实验教学中的应用和病例远程会诊。由于数字切片更便于计算机存储、检索，可以实现存档功能和浏览功能，通过构建数字切片库，突破了传统阅片模式的空间和时间限制。构建数字资源数据库对于以后发展人工智能提供了大数据背景，已有人工智能技术可以通过学习大量临床病理数据后实现定量诊断，对于规范诊断标准，提高诊断率有重要作用[8]。《家畜组织与胚胎学》是家畜病理学的先修课，由于本门课程很重要的一部分就是形态观察，只有大量阅读并掌握正常组织结构，才能有效识别病理组织，由于实验课程时间有限，在操作显微镜阅片模式下效率低，学生往往不能在实验课上浏览一定量的切片，在学生学习需求和当前疫情的影响下，不受时间和空间限制的数字切片库的建立就尤为必要。

    2.1.2 ?建立完善的组织学及胚胎学数字切片库 ?根据《家畜组织学与胚胎学》教学大纲要求，挑选组织学玻璃切片，使用Motic全自动数字切片扫描仪进行扫描。借助数字切片服务器内的DSE系统将扫描切片上传服务器数字切片库内，切片库内包含《家畜组织学与胚胎学》教学大纲要求的所有标本，便于今后本科生及研究生的教学使用。通过数字切片教学网络系统的专业软件对切片库中数字切片按照课程的章节分门别类进行归类。所有切片按照实验教学进度设置子目录，以方便对切片进行管理和学习。上传完成后组织经验丰富的教师对典型结构进行编辑标注，这样更方便学生观察和学习，也便于学生自学。

    2.2 ?教学课件及微课的制作

    选择结构典型的数字切片作为示教切片，重点讲授其形态结构特点及功能，同时结合所讲组织结构，选择目前临床或科研中与此结构相关的研究内容作为引入问题制作教学课件。同时，按照数字切片由低倍到高倍的观察过程，配合语音讲解，使用录屏软件录制讲解视频，制成系列微课。

    3 ?网络教学方式改革

    3.1 ?课前预习

    将数字切片系列微课按照教学章节上传于雨课堂网络学习平台，供学生课前预习和课后复习使用。同时设置相关问题，引导学生有目的的进行学习。

    3.2 ?课程进行

    首先教师打开授课PPT，登录雨课堂，生成课程二维码，开启授课，学生通过扫描二维码进入课程。教师对PPT中的示例切片进行讲解，同时可以结合病理切片对照讲解，并引入科研和临床相关研究情况，激发学生探索的兴趣。教师可以通过引导学生得出正确答案，之后进行归纳总结。学生可进入数字切片数据库随机选择本章数字切片进行绘制，在规定时间内完成绘制并标注典型结构，完成实验报告并通过拍照上传。学生可以通过“弹幕”功能将观察过程中的疑难点同老师进行交流。由于数字阅片效率较高，课中可以有更多的时间进行交流，并且一个学生的疑难问题可以面向全班讲解，这样有针对性的讲解可以提高学生的理解和分析能力。在课程结尾，教师可以将交流过程中比较重要的问题再次进行总结。

    3.3 ?课后评价

    教师可以通过雨课堂查看每页PPT不懂的学生人数，还可以对学生上课状况进行数据采集，由于网络学习的自主化，对于自主学习性弱的学生，教师通过雨课堂的数据，可以掌握这些学生的学习程度，通过课后及时辅导，督促学生及时掌握上课内容。还可以对实验报告进行批改，相关问题可以在讨论区进行交流。

    3.4 ?考试

    对数字切片进行圈点标注，设置相关问题，拷贝到考试系统中，极大地节约了人力、物力。学生操作电脑或手机，自由放大、缩小观察图像，利于准确识别局部组织结构，使考试更加科学合理。

    3.5 ?预期教学目标

    通过数字切片库的建立和微课推送，可丰富学生的学习资源，调动学生自主学习的积极性。通过改变教学流程，形成先学后教的模式，并且倡导自主探究学习，旨在培养学生良好的学习习惯，同时加深学生对知识的理解和掌握程度。最后雨课堂能记录学习历程，通过反馈的数据，教师可以分析不同学生的学习情况，进一步加强师生之间的沟通。希望能通过数字切片结合雨课堂的教学模式实现师生之间的良性互动，一方面学生培养了自主学习习惯，通过与教师沟通探讨的学习方式，加深自己对知识的掌握;另一方面，教师与学生交流的过程也是成长的过程，对于调整教学内容、了解学生动态也是很有帮助的。

    4 ?网络教学模式应注意的问题

    首先数字切片库的应用不能锻炼学生对显微镜的使用。其次数字切片库的资源要及时更新，服务器要及时维护。另外教师要更新自己的授课内容，增加引导问题，激发学生课上探讨的热情，学生的课上交流情况可以计入成绩。课后反馈对于监督学生的上课情况非常重要，需要教师认真分析。教师要明确这些技术的应用不能对提高教学效果起主导作用，真正起重要作用的是教师对这些技术的运用，从启发式引入问题的设置到课上答疑解惑到课后监督辅导，无一不是对教师素质和能力的考验，教师只有不断提高对自己的要求，不断学习进步，才能真正做到教学相长。

    5 ?结语

    数字切片能够取代传统切片应用在网络教学环境中，切片数量大，而且取消了传统阅片模式的时间和空间限制，有利于扩展师生视野，有利于学生的自主学习，并且为学术交流提供了便利，数字切片库的建立是实现本门实验课程网络教学的基础。微课的制作，可以向学生正确、动态地展示显微镜下如何对组织进行观察，同时对组织、细胞形态结构的讲解也更直观，学生更容易理解，同时也减轻了教师的教学负担，提高了教学质量和效率。雨课堂不仅为实现网络教学提供了技术平台，而且其课前预习、课堂互动、课后反馈的功能帮助学生建立了自主学习习惯，改变了传统的教学模式，是以学生为主的全新教学理念的体现[9]。我们利用数字切片库、微课和雨课堂等现代化技术，改革了教学模式，加强了对学生的引导和辅导，鼓励学生自学和探索，通过建立《家畜组织与胚胎学》实验课程的网络教学模式，着力培养数字化背景下的能独立获取信息、有信息整合分析能力、能依据已有信息提出与专业相关的问题并进行创新的具有信息化素养的专业人才。

    《家畜组织学及胚胎学》是研究家畜正常状态下的结构和功能的学科，这一学科数字化切片教学网络平台的建立将为进一步建立家畜病理学、病理解剖学、细胞生物学等延伸学科数字化切片教学网络平台奠定基础。

    参考文献：

    [1] 新华社.习近平主持召开中央网络安全和信息化领导小组第一次会议强调总体布局统筹各方创新发展努力把我国建设成为网络强国[J].保密科学技术，2014（2）：4.

    [2] 邹启峰，钟 ?萍.校图书馆培育学生信息素养路径研究[J].科教导刊（中旬刊），2016（5）：181-183.

    [3] 张国荣，王文奇，李 ?丽.组织学数字切片的制作及意义[J].中国医学教育技术，2017，31（1）：30-32.

    [4] 刘 ?青，沈雪刚，杨玉莹，等.浅谈雨课堂在《分子生物学实验》教学中的应用[J].蚕学通讯，2019，39（2）：56-59.

    [5] 吕滋建，管恩京.疫情下“1+X”线上教学模式的探索与实践——以疫情下山东理工大学线上教学为例[J].科技与创新，2020（14）：57-59.

    [6] 刘振天，刘 ?强.在线教学如何助力高校课堂革命？——疫情之下大规模在线教学行动的理性认知[J].华东师范大学学报（教育科学版），2020，38（7）：31-41.

    [7] 何克抗.建构主义革新传统教学的理论基础[J].中学语文教学，2002（8）：58-60.

    [8] 陈晓智，王建刚.数字病理+人工智能在病理中的应用及发展[J].河南医学研究，2020，29（3）：419-422.

    [9] 张国培.论“互联网+”背景下的雨课堂与高校教学改革[J].中国成人教育，2017（19）：94-96.