楊廣玲 董 會(huì) 張衛(wèi)光 趙春青 孔令廣

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院 山東泰安 271018

數(shù)字化虛擬切片在植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

楊廣玲 董 會(huì) 張衛(wèi)光 趙春青 孔令廣

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院 山東泰安 271018

利用全自動(dòng)顯微鏡掃描系統(tǒng)將玻璃切片制作為數(shù)字化虛擬切片，并建立數(shù)字化切片標(biāo)本庫(kù)。數(shù)字化虛擬切片作為傳統(tǒng)玻璃切片的補(bǔ)充運(yùn)用到植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使切片教學(xué)更顯全面性和直觀性，并使教學(xué)資源得到充分利用和整合，提高了植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)效果。

數(shù)字化虛擬切片；植物病理學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)是植物保護(hù)專(zhuān)業(yè)理論和生產(chǎn)實(shí)踐的中間環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生基本操作技能、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的專(zhuān)業(yè)課程。該課程主要是學(xué)生通過(guò)使用顯微鏡觀察自制臨時(shí)切片和玻璃切片中植物病害病原菌的形態(tài)特征為主，輔以觀察盒裝標(biāo)本、浸漬標(biāo)本和掛圖的植物病害的癥狀，進(jìn)而了解病害的特征、病原物的侵染過(guò)程和病害的流行趨勢(shì)，以便對(duì)植物病害進(jìn)行防治。2010年，我院利用中央財(cái)政支持地方高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的基金項(xiàng)目建立了植物病理學(xué)顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)，這就要求有更好的切片系統(tǒng)與之相適應(yīng)。數(shù)字化虛擬切片的運(yùn)用，不僅能使顯微互動(dòng)系統(tǒng)發(fā)揮更好的作用，而且能夠極大地提高植物病理學(xué)的教學(xué)效果。

1 傳統(tǒng)的玻璃切片的局限性

植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)主要是學(xué)生通過(guò)人手一臺(tái)顯微鏡進(jìn)行觀察自制臨時(shí)切片和玻璃切片，讓學(xué)生掌握顯微鏡下植物病害病原物的形態(tài)特征。每次實(shí)驗(yàn)課中，學(xué)生要完成4～5種病害的臨時(shí)切片的制作、觀察，也要對(duì)一些玻璃切片進(jìn)行觀察。在以往的實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)玻璃切片存在很多的局限性。

（1）在實(shí)驗(yàn)課的使用中，由于使用不當(dāng)，玻璃切片被顯微鏡的鏡頭壓壞，有的不小心掉到地下摔壞，或者夾到書(shū)本中帶走，造成切片的種類(lèi)和數(shù)量逐漸減少。

（2）玻璃切片由于存放時(shí)間長(zhǎng)浮載劑會(huì)蒸發(fā)，切片褪色，在顯微鏡底下很難辨認(rèn)病原物的形態(tài)特征。

（3）玻璃切片制作復(fù)雜，同時(shí)在制作過(guò)程中實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員所接觸的浮載劑有一定的毒性，所以存在一定的危險(xiǎn)，如苯酚、二甲苯等。［1］

（4）玻璃切片不能隨意放大、縮小，在觀察時(shí)存在一定的局限性。

（5）由于病原物較小，只能在顯微鏡底下才能看到，容易產(chǎn)生疲勞。觀察也只能局限在實(shí)驗(yàn)室，妨礙了學(xué)生的自由學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)［2］。

（6）近幾年，由于高校擴(kuò)大招生，學(xué)生數(shù)量急劇增加，玻璃切片數(shù)量不足，短時(shí)間得不到及時(shí)的補(bǔ)充，不能滿足教學(xué)的需求，特別是一些特殊、少見(jiàn)且較難獲得的病原物的切片標(biāo)本，如根霉菌的接合包子、白粉病菌的吸器等，還有一些檢驗(yàn)檢疫的標(biāo)本，如松樹(shù)的松材線蟲(chóng)等。

由于以上原因，有不少切片數(shù)量和種類(lèi)逐漸減少，有的只能一個(gè)組6個(gè)人合用一張切片，有的只能由學(xué)生觀察改為示范鏡，以便學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。另外，因得不到及時(shí)補(bǔ)充，使得植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)的玻璃切片資源匱乏，影響了植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的正常開(kāi)展。［3］

2 數(shù)字化虛擬切片的制作和標(biāo)本庫(kù)的建立

2.1 對(duì)現(xiàn)有的玻璃切片進(jìn)行掃描、存儲(chǔ)

為了解決以上問(wèn)題，我們應(yīng)用Motic數(shù)字切片掃描與應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)有的玻璃切片進(jìn)行掃描，將玻璃切片轉(zhuǎn)化為數(shù)字化虛擬切片，以作為對(duì)傳統(tǒng)玻璃切片的補(bǔ)充。先打開(kāi)數(shù)字切片掃描系統(tǒng)，利用Motic全自動(dòng)顯微鏡（BA600Mot）在低倍鏡下進(jìn)行調(diào)整，建立新的掃描模塊，當(dāng)達(dá)到能夠自動(dòng)掃描的情況下，挑出病原菌特征較好的玻璃切片放到載物臺(tái)上，選擇合適的倍數(shù)（4X，10X，20X），對(duì)玻璃切片進(jìn)行XY軸和Z軸的連續(xù)掃描，得到1張完整切片的數(shù)碼圖像，然后由圖像壓縮軟件和存儲(chǔ)軟件對(duì)圖像進(jìn)行壓縮和存儲(chǔ)。［4］

2.2 通過(guò)顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)的拍攝功能進(jìn)行保存

在植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課上，每位學(xué)生對(duì)植物病害組織制作臨時(shí)切片并運(yùn)用顯微鏡進(jìn)行觀察，當(dāng)某一學(xué)生觀察到具有典型特征的病原物，可以運(yùn)用Motic顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)將其投到大屏幕上以供全班學(xué)生觀察學(xué)習(xí)，也可將其進(jìn)行拍照并制作成虛擬切片進(jìn)行保存，以便以后上課時(shí)通過(guò)多媒體 設(shè)備隨時(shí)調(diào)出使用。

通過(guò)以上的方法，我們建立了完整的數(shù)字化虛擬切片庫(kù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，根據(jù)觀察的內(nèi)容不同，將其分為基礎(chǔ)方面、大田作物、蔬菜、果樹(shù)、林木、花卉、煙草等，進(jìn)行分庫(kù)保存。

3 數(shù)字化虛擬切片在植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的日新月異，因地制教、因材施教，發(fā)展新的教學(xué)手段，是植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革主體，在此基礎(chǔ)上我們建立了“厚基礎(chǔ)，寬專(zhuān)業(yè)”的人才培養(yǎng)模式。數(shù)字化虛擬切片與Motic顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合的教學(xué)模式應(yīng)用于植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，尤其數(shù)字化虛擬切片的運(yùn)用，受到師生們的青睞和好評(píng)，取得了較好的教學(xué)效果。與傳統(tǒng)的玻璃切片相比，具有以下優(yōu)勢(shì)。

3.1 保持圖像真實(shí)完整、易保存

數(shù)字化虛擬切片來(lái)源于對(duì)原玻璃切片的掃描和實(shí)驗(yàn)中對(duì)臨時(shí)切片的拍照，保持了圖像的清晰度，完整性和真實(shí)性，可以成為原有的玻璃切片的補(bǔ)充進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，節(jié)省了成本。另外，這種切片方便保存，不必?fù)?dān)心在保存過(guò)程中的褪色和使用過(guò)程中丟失和破碎等。在使用過(guò)程中，對(duì)典型的和稀缺的切片標(biāo)本可以隨時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充。建立切片庫(kù)能夠?qū)φ滟F切片長(zhǎng)期保存，有效地解決優(yōu)質(zhì)典型玻璃切片片源不足帶來(lái)的教學(xué)問(wèn)題，既節(jié)約了教學(xué)消耗，也提高教學(xué)資源的利用率。

3.2 建立虛擬切片標(biāo)本庫(kù) 易于查閱和學(xué)習(xí) 實(shí)現(xiàn)資源共享

為配合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容，需要建立大量數(shù)字化虛擬切片的標(biāo)本庫(kù)，無(wú)須再重復(fù)制作教學(xué)的切片標(biāo)本，減少了玻璃切片的運(yùn)用和管理，也減少了實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的工作量及在制作玻璃切片時(shí)對(duì)一些有毒藥品如苯酚、二甲苯等接觸的概率。虛擬切片庫(kù)也可以搭載到學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，學(xué)生可以隨時(shí)進(jìn)行查看和學(xué)習(xí)，不受時(shí)間和空間的限制，實(shí)現(xiàn)資源共享。

3.3 虛擬切片內(nèi)容統(tǒng)一 可隨意擴(kuò)大和縮小

傳統(tǒng)的玻璃切片由于制作時(shí)所切病害組織的厚薄不同，所以切片制作的質(zhì)量也不同，在觀察的過(guò)程中，可能出現(xiàn)同一病害病原物的特征卻不相同，而數(shù)字化虛擬切片可以一并解決這個(gè)問(wèn)題，使學(xué)生更能客觀的認(rèn)識(shí)切片中的病原物。另外，虛擬切片可以隨意地放大和縮小，不會(huì)產(chǎn)生圖像的失真，更便于學(xué)生的觀察和學(xué)習(xí)；也可以用于各種圖像的動(dòng)態(tài)閱片，更能直觀具體的掌握切片中的每一個(gè)細(xì)節(jié)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。［1］

3.4 虛擬切片與顯微互動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合 教學(xué)效果更佳

數(shù)字化虛擬切片的出現(xiàn)將植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果提高到一個(gè)新的教學(xué)水平。切片數(shù)字化結(jié)合Motic數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，畫(huà)面清晰，色彩逼真，用鼠標(biāo)操作，可以隨意地在不同的倍率下放大或縮小，也可隨意觀察切片的任意位置，學(xué)生可以不受任何限制進(jìn)行觀察和討論交流，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性的發(fā)揮和自學(xué)能力的培養(yǎng)。數(shù)字切片庫(kù)在利用數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)的同時(shí)能不斷更新、內(nèi)容不斷豐富，為教師和學(xué)生在課前和課后都可以利用校園網(wǎng)觀察到數(shù)字切片，并能利用圖像編輯軟件，將數(shù)字切片進(jìn)行剪接、編輯、標(biāo)注等處理，教師和學(xué)生更加方便，教學(xué)效果顯著提高。［5］

4 結(jié)束語(yǔ)

目前，數(shù)字化虛擬切片在國(guó)內(nèi)外多所大學(xué)已經(jīng)廣泛接受為一種教學(xué)輔助工具。［6］應(yīng)用于植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)，能顯著提高教學(xué)質(zhì)量，有力地推動(dòng)植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革。將植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的切片數(shù)字化，不僅提升了標(biāo)本和切片的自身使用價(jià)值，而且對(duì)教與學(xué)也有很大幫助。但數(shù)字化虛擬切片庫(kù)的建設(shè)，需要長(zhǎng)期的補(bǔ)充、完善，以適應(yīng)學(xué)科的發(fā)展。總之，虛擬切片作為一個(gè)新的教學(xué)方式具有巨大的潛力和應(yīng)用空間，在今后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中仍需不斷地研究和開(kāi)發(fā)，使其能更好地為教學(xué)服務(wù)。

［1］ 陳曉宇，賈雪梅，吳強(qiáng).虛擬切片在組織學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用.［J］教育與教學(xué)研究，2012（2）:82.

［2］ 詹鶴琴，曹立宇，李昊.淺談數(shù)字化虛擬切片在病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的引用［J］.安徽衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，11（2）:84-85.

［3］ 鐘本土.虛擬病理切片在病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用與評(píng)價(jià)［J］.健康研究，2011，31（6）:476-478.

［4］ 張佐陽(yáng)，吳強(qiáng)，賈雪梅.虛擬切片在形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.解剖學(xué)雜志，2011，34（3）:310.

［5］ 藍(lán)永洪，牛海艷，李群.虛擬顯微鏡系統(tǒng)在形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)高等醫(yī)學(xué)教育，2011（4）:74-75.

［6］ 傅秀芬，聞星火，黃樂(lè).創(chuàng)建世界一流大學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理的相應(yīng)對(duì)策［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2005，22（8）:11-16.

Application of Digitized Virtual Slice in Plant Pathology Laboratory Teaching

Yang Guangling， Dong Hui， Zhang Weiguang， Zhao Chunqing， Kong Lingguang
College of Plant Protection， Shandong Agricultural University， Tai'an， 271018， China

We had made glass slice into digitized virtual slice by using automated scanning microscope system. And established digital libraries of section specimens.Digitized virtual slice as a supplement to the traditional glass slice was used in plant pathology experimental teaching， which make teaching more comprehensive sections and intuitive， and make full use of teaching resources and integration. It improves the plant pathology experimental teaching.

digitized virtual slice； plant pathology； experiment teaching

2015-05-12

楊廣玲，碩士，實(shí)驗(yàn)師。

中央財(cái)政支持地方高校發(fā)展基金項(xiàng)目（2010年）。