醫學顯微形態實驗室建設與學生應用能力培養改革實踐

[摘要] 本著實現培養應用型、創新型高素質人才的目標，我校建立了Motic形態學數碼顯微互動實驗教學系統。面對全新的實驗教學平臺，顯微形態實驗室初步形成了一套科學的管理體制。運行情況表明，該套管理體制保證了數碼顯微互動實驗室教學設備的高效運轉，并在顯微形態教學改革和學生應用能力培養實踐中發揮了重要作用。

[關鍵詞] 形態學實驗室建設；顯微互動實驗室；顯微實驗教學改革；實驗技能培訓

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] C [文章編號] 1673-9701（2013）25-0104-03

醫學形態學科包括人體解剖學、組織學與胚胎學、病理學、微生物學、寄生蟲學、醫學細胞生物學等，均是基礎醫學的重要必修課程。我校自2003年以來組建醫學形態學實研室，以組織胚胎學和病理學為主體，開始投入數碼顯微互動實驗室建設和實施顯微形態實驗教學改革。目前實驗室已先后建成Motic標準版數碼顯微互動32+1制式9間共297臺套；Motic網絡版數碼顯微互動65+1制式3間共198臺套，一次性可容納500名學生顯微實踐操作學習，基本實現了顯微形態實驗教學現代化和網絡化，有效提高了顯微形態操作與組織閱片的觀察效率。為促進學生應用能力培養創立了良好平臺，現將改革實踐體會報道如下。

1 醫學科學發展朔源與顯微形態技術革新

人類醫學歷史可追朔到公元前古希臘（～500 B.C.）時期：當時人類醫學科學剛處于啟蒙階段，首要代表有阿耳克美翁（Alcmaeon），“要想得到人體解剖學的知識，就必須系統地解剖動物的尸體，特別是進行動物的活體解剖”，他留有生物學史上最早的解剖學方面的專著與記載；其次是希波克拉底（Hippcrates460～370B.C. 希臘），留有《希柏克拉底文集》，在《古代醫學》、《論解剖》和《論心臟》中就有大量的醫學解剖知識，雖然這些推論不盡完全正確，但對人體器官形態的描述卻能顯示他確實進行過系統性的解剖研究。作為當時的醫學科學的啟蒙產生了重要的影響。顯微解剖學起步要晚一些，是在19世紀后葉才逐步興起，是伴隨顯微鏡的發明和在生命科學中應用及相繼發展成熟的。自1838年由德國科學家J.Slchleiden（1804～1881）的研究導致了細胞學的衍生，對于人體解剖的深入研究拓展了視野，促進了人體組織學（Histology）的誕生，因而 C.高爾基和桑地雅格·拉蒙卡哈兩位神經組織學家獲得1906年度諾貝爾生理醫學獎。作為顯微技術在醫學科學中的應用，經歷200余年的不斷改進和革新，已完成從光學到電子技術的歷程，其放大倍率可在幾十倍或數十萬倍，其分辨能力已由0.2 mm提高到0.2 nm（超微）不等。盡管如此，光學顯微鏡仍然是醫學教育的常規設備之一，近20年來，從簡易單筒到雙目觀察，無論就機械性能還是光學水平都得到了顯著提高，特別是高科技數碼技術在顯微成像科技中的應用，有效地促進了醫學組織胚胎學、病理學、微生物學、寄生蟲學、細胞生物學、遺傳學和醫學免疫學等科學的建立與發展，目前已拓展到分子基因科學領域，使得數碼顯微技術的可控性能、高清圖像和互動效果成為新時期醫學形態實踐教學改革的熱話題和必要手段。

2 醫學顯微形態知識修養與后續臨床關系

盡管當今醫學科學已進入蛋白分子與基因水平，但仍是細胞時代，無需置疑，顯微形態學知識修養與其技能的強化對醫學生是至關重要的。有關資料顯示，醫學生涉及的專業課程約有60余門類。需直接應用顯微技能的啟蒙課程不少于6～8門，占基礎醫學課程的50%，涉及顯微知識與技能的后續醫學課程約有30多門，也占所有課程的50%。其實，無論基礎醫學、臨床醫學或其相關科學的廣大科技工作者，每天說得最多的詞，就是“器官、組織與細胞”，足以說明醫學生顯微知識的修養與技能強化具有重要意義。醫學生顯微形態學知識的修養主要包括《細胞生物學》、《組織學》、《病理學》、《微生物學》、《寄生蟲學》和《醫學免疫學》等專業知識的學習；而顯微技能強化訓練則在于熟悉顯微鏡的操作使用和各種切片的閱覽技術，可以肯定的說，如果掌握了顯微形態技術，無論將來從事臨床或是考研深造，均將具有較好的應用發展潛能。

3 顯微形態實驗教學模式探索與改革方向

顯微形態學是醫學基礎重要的課程之一，也是醫學科學古老傳統學科之一。長期以來，由于顯微形態學教學是通過操作顯微鏡觀察獲得微細結構的科學知識，抽象、枯燥而難以肯定。一般方法的確很難達到理想效果，因傳統醫學形態學實驗教學是基于一種學生用顯微鏡進行組織形態結構觀察的教學方式，由于顯微鏡的特殊性與個體性，給教師和學生之間的溝通帶來了許多不便。而顯微數碼互動系統的運用，解決了傳統實驗教學難以解決的問題，形成了以師生互動、圖像共享的高效率教學新模式，不僅激發了學生的學習興趣，拓展了形象思維，而且還顯著提高了教學質量與效率。因此，顯微形態學教學方法與手段改革，勢在必行。顯微形態學教學改革的關鍵，就是尋求化抽象為直觀，化微觀為宏觀，并便于示范指導的教學方法和手段，以提高顯微形態學教學的效果。近年來，隨著現代教育技術的發展，數碼顯微互動的研發成功與不斷更新，并很快應用于教學領域[1]，而且解決了不少教學中的難題，如高清數碼寫真圖像、可視大屏幕示教，快捷網絡傳輸和師生互動交流性能等技術革新，為促進顯微技術發展和輔助教學提供了較好平臺，已形成了醫學高等學校教學方法與手段改革的必然方向。

4 顯微形態實驗教學平臺建設與開放管理

數碼顯微互動實驗室是醫學高等學校基礎醫學標志性建設之一，由于投資大，建設選擇論證周期長，維護管理也存在一定難度。我們的體會是首先要選好合作廠家：數碼顯微互動實驗室現在看來，的確不是新生事物，但仍舊存在總體規劃布局、更新換代和性價比之差別，使用維護也直面一些新的具體問題。于是建設操作實施應當著重考慮以下幾個問題。

4.1 建設策劃與總體布局

數碼顯微互動系統的建設，屬于現代教育技術高科技教學設備的引進與應用[2]，也是醫學高等學校的一標志性建設，加之需要一筆不少資金，不單是形態學實驗能解決的。因此，需要周密策劃和認真論證，根據學校規模和財務條件，確定主體建設計劃和配套設施安排，我們的體會是每間實驗室以30+1配置比較理想，占地面積約80～90 m2，如800人±/屆規模的學校可建設5～6套，就可滿足實驗要求。實驗桌一般可兩人/座一張，最好用防火板材，確保安全，坐凳用轉升降式的，以方便調整。在實驗室改造基本建設時要考慮地面防塵，雙層窗簾和空調的計劃，以保證恒溫效果，電源改造要保證15K的銅芯進線，輸入220 V和380 V多相功能，以上設計使用時具有靈活、方便、節能和高效特點。

4.2 品牌選擇與性價比較

數碼顯微互動系統的品牌比較多，其功能配置與價格也各有千秋，根據我們實用的情況，認為Motic公司的產品比較穩定[3]，就是價格稍高一點。9套32+1標準版從2003年到現在已有10年時間，幾乎是整天長時間使用，依舊沒有大的問題，當然也與實驗室管理和Motic公司及時維護有關系。2011年又增加2套65+1 Motes網絡版，兩年來運轉仍然良好，總體分析Motic的數碼顯微互動系統網絡版配置和優勢如下。

4.2.1 教師主控設備功能強大 ①使用多媒體數碼教師用生物顯微鏡（BA310 DIGITAL），光學系統：蔡司ZEISS光學技術，CCIS無限遠色差校正光學系統，多層鍍膜技術（綠膜），雙目視野寬闊，成像清晰，操作手感好。②攝像系統采用進口CMOS圖像傳感芯片，300萬像素以上硬件圖像分辨率，USB2.0接口輸出，24位真彩色原色輸出，自動曝光、自動/手動白平衡，保證顯示目鏡視場優質圖像，屏幕顯示90%以上顯微鏡目鏡視場的圖像，保證目鏡下和電腦屏幕的顯微鏡圖像同步清晰。遵循微軟視頻驅動標準，可用多種常規軟件采集圖像。③主控電腦為戴爾主機，選用英特爾酷睿i3 2100，獨立顯卡，512M 顯存。2G DDR3內存，1000 G硬盤DVD刻錄/集成網卡/鍵盤/USB光電鼠標/ WIN XP 中文版和21.5寸寬屏LED。配備專業圖像處理軟件、師生互動軟件、考試模擬軟件，具有運行穩定、圖文與視頻文件跟蹤傳輸快速和交互性能便捷等特點。

4.2.2 學生接收互動操作方便 ①選用多媒體數碼學生用生物顯微鏡，無限遠雙重色差校正CCIS光學系統，多層鍍膜技術（綠膜）；②選用聯想臺式品牌電腦，英特爾奔騰雙核處理器 /G405，512M獨立顯卡/2G DDR3內存/硬盤320G（7200）/無軟驅/集成網卡/19寸寬屏LCD；③攝像系統：200萬像素高分辨率專業數碼攝像系統，USB2.0輸出、自動/手動白平衡，實施數字圖像輸出、可顯示90%目視視場的圖像，保證學生目鏡下和電腦屏幕的顯微鏡圖像同步清晰。配備獨立圖像處理軟件，大大方便學生圖像采集、處理、收藏和數據傳輸，能較好地滿足學生可完成各項技能操作任務。

4.3 實驗開放與維護管理

數碼顯微互動實驗室建成后，只是完成了第一步，緊跟的工作就是開展有序的開放利用、維護管理和實施創新性實驗[4]。我們的做法是：首先是組織相關技術人員進行技術培訓，然后普及推廣應用；第二是制定管理制度：確定責任人，明確工作職責；編制操作程序，督促指導帶教老師和學生按要求操作；每次實驗前需認真檢查，實驗完成后認真做好設備料理和使用登記，發現明顯設備故障，必須及時報告，由專業人員進行維護處理。第三是數碼顯微互動實驗室主要接待常規實驗教學開放，周末假日可安排自修開放和預約大學生創新性實驗開放，以充分發揮其資源的效益。

5 顯微互動技術訓練與學生應用能力培養

數碼顯微互動系統（網絡版）與傳統顯微技術比較[5]，都是以操作顯微為主，強化培訓醫學生的顯微操作技術和提高閱片能力。不同的是，傳統顯微技術僅為獨立操作觀察，不能師生互動，而數碼顯微互動系統集圖文、聲形和視頻傳輸于一體，指導老師可直面所有學生開展示教，也能與個別學生互動交流，學生的操作觀察獲得的典型結構圖像也能通過教師主控反饋給所有學生形成資源共享，有效地提高了顯微操作熟練程度和觀察效果。但值得注意的問題是：第一，帶教老師要以指導實踐為主，按照實驗要求有計劃地實施觀察程序，逐項分別不同倍率操作和觀察其顯微形態結構，最好不要把所有項目一次性示教，更不必將課堂理論重復演說。第二，學生要獨立以操作顯微鏡和尋找發現標本中的結構為主要手段，以提高顯微技術與閱片分析能力為最終目的，故力求在鏡下完成實驗項目的操作觀察，電腦屏幕圖像只能供加強視覺效果和與老師交流使用，千萬別依賴屏幕圖像，因為顯微鏡下觀察的結構是三維圖像，給人們的視覺和思維聯想效果是不一樣的。第三，無論熟練顯微鏡的操作技術，還是提高顯微形態閱片能力，最終目的都是為了夯實顯微形態基礎，提高后續課程的學習效果和強化臨床應用能力而開辟新的捷徑，特別值得指出的是，顯微形態技術廣泛應用于醫藥科學研究領域，因此，加強顯微形態訓練，對于拓展大學生科學思維和開發科技創新能力，以至于將來讀研深造均具有重要的實際意義。

6 現代教育技術合理改革應用與思考

自本世紀初以來，數碼顯微互動實驗室的建立，給醫學顯微形態實驗教學帶來了新的教學模式變革[6]，目前基本已達到普及水平，眾多高校已完成更新換代改造。在人們熱衷于大談其在實驗教學中的恩惠時，不防提示，該到了冷靜思考的時候了。筆者認為，醫學教育毫無疑問需要融入現代教育技術，而現代教育技術應用的價值不單是為了裝點門庭、加快速度或節省人力，更不是為了取代手工操作，現代教育技術最關鍵的作用是為了解決傳統教學方法和一般教學手段所不能達到的效果[7]。教育與科學研究和工業生產不一樣，教育是言傳身教，潛移默化。尤其是醫學生，既要有豐富的科學知識，又要有嫻熟的手工操作技能，即便是將來所有臨床檢驗、診斷和手術治療都智能化了，也免不了技能操作，甚至要求會更高。于是乎，我們在強調顯微互動在形態實驗教學改革的前提下，特別關注合理應用其信息技術，加強顯微鏡直接操作觀察，特別提出不使用抓取圖片發實驗報告，而采用顯微鏡下手工繪圖作為實驗報告。只有這樣，才能更好地取得培養醫學生綜合應用能力的改革成果。

[參考文獻]

[1]張新華，孫建華，徐輝，等. 數碼互動顯微鏡實驗室在組織學實驗教學中的應用[J]. 解剖學雜志，2004，27（2）：50-53.

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[3]劉萬珍，姚秀玲，宋芳，等. Motic數碼顯微互動實驗室在醫學形態學實驗課教學中的應用[J]. 西北醫學教育，2009，17（5）：911-913.

[4]姚娟，萬子兵，隋建峰. 形態學數碼顯微互動實驗室的管理和運行實踐[J]. 基礎醫學教育，2001，13（2）：199-200.

[5]彭安，郭冬生，張維. 生命科學創新教育模式顯微數碼互動系統[J]. 現代教育技術，2003，13（4）：56-57.

[6]李逸塵. 網絡環境下的組織胚胎學教學模式[J]. 四川解剖學雜志，2001，9（2）：80-81.

[7]倪晶晶，應志國，姚偉. 數碼顯微互動實驗室在醫學形態學實驗教學中的應用[J]. 中國高等醫學教育，2005，3：80-81.