趙文婧，羅 彬，張慶梅，趙 婷，蘇 鈺，陳維平*

(廣西醫(yī)科大學(xué) 1.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 組織學(xué)與胚胎學(xué)教研室; 2.人文社會(huì)科學(xué)學(xué)院， 廣西 南寧 530021)

2019年4月，教育部、中央政法委、科技部等部門聯(lián)合啟動(dòng)“六卓越一拔尖”計(jì)劃2.0，全面推進(jìn)新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設(shè)。“新醫(yī)科”提出從治療為主到兼具預(yù)防、康養(yǎng)的生命健康全周期醫(yī)學(xué)的新理念，努力將傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)與機(jī)器人、人工智能、大數(shù)據(jù)等融為一體。從“生物醫(yī)學(xué)科學(xué)為主要支撐的醫(yī)學(xué)教育模式”向“醫(yī)文、醫(yī)工、醫(yī)理、醫(yī)X交叉學(xué)科支撐的醫(yī)學(xué)教育新模式”轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)能夠以人工智能、能夠運(yùn)用交叉學(xué)科知識(shí)解決醫(yī)學(xué)領(lǐng)域前沿問題的高層次醫(yī)學(xué)創(chuàng)新人才。在此趨勢(shì)下，越來越多的高校從教育理念、專業(yè)結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)模式、教學(xué)質(zhì)量以及教育體系等多方面進(jìn)行“新醫(yī)科”內(nèi)涵建

設(shè)，探索多學(xué)科交叉融合的“新醫(yī)科”人才培養(yǎng)體系。

在多學(xué)科和跨學(xué)科的融合下培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力是“新醫(yī)科”人才培養(yǎng)體系的重要組成部分。醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)的學(xué)習(xí)目標(biāo)是讓醫(yī)學(xué)生通過實(shí)物標(biāo)本，掌握人類器官、組織結(jié)構(gòu)、細(xì)胞的正常和異常情況。但僅通過顯微鏡觀察器官或者組織切片，沒有實(shí)踐動(dòng)手操作構(gòu)建器官或結(jié)構(gòu)，缺少?gòu)亩S平面到三維空間思維這個(gè)循序漸進(jìn)、逐步提升的過程，學(xué)生的視知覺思考能力和“在圖像中發(fā)現(xiàn)意義的能力[1]”非常薄弱。目前，三維(three-dimensional，3D)打印模型在國(guó)內(nèi)外部分院校的骨科[2-3]、口腔科[4]等臨床學(xué)科領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但是在醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)課程中的應(yīng)用[8-9]較少，手工制作3D模型更為少見。

在形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，如何為學(xué)生提供開展設(shè)計(jì)、構(gòu)建、創(chuàng)造、實(shí)現(xiàn)等自主探究活動(dòng)的“創(chuàng)客空間[5]”，一直是基于新醫(yī)科背景下開展教學(xué)改革的難點(diǎn)。專業(yè)的3D打印設(shè)備較為昂貴，難以普及到廣大本科生使用。如何將“虛實(shí)結(jié)合”“做中學(xué)、做中教、做中求進(jìn)步”的科學(xué)精神與醫(yī)學(xué)本科生形態(tài)學(xué)實(shí)踐教學(xué)結(jié)合，探索適合眾多醫(yī)學(xué)院校開展、運(yùn)行，能夠在大多數(shù)醫(yī)學(xué)生中普及、適用的教學(xué)新模式，是基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)實(shí)踐教學(xué)中心建設(shè)和實(shí)踐“3D模型”工作坊的重要目標(biāo)和意義所在。

1 醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)實(shí)踐教學(xué)中開展3D模型制作的意義

3D模型制作能夠更加真實(shí)、完整地呈現(xiàn)特定實(shí)物，并讓學(xué)生獲得直觀、直接認(rèn)知體驗(yàn)。通過3D模型制作，學(xué)生可以對(duì)器官、組織的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或者胚胎發(fā)育重要事件形成連續(xù)的、動(dòng)態(tài)的、多維的認(rèn)知。這種認(rèn)知與傳統(tǒng)教學(xué)中觀察切片和立體模型差異巨大。醫(yī)學(xué)生通過“做”的方式開展學(xué)習(xí)(learning by making)[6-7]，帶給學(xué)生的認(rèn)知體驗(yàn)具有震撼性、豐富性、深刻性，而且賦予情感，能將學(xué)生融入情景體驗(yàn)。3D 模型制作是創(chuàng)新性的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生在設(shè)計(jì)中將具體的醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)知識(shí)與構(gòu)圖、技術(shù)相結(jié)合，帶動(dòng)跨學(xué)科、多學(xué)科的知識(shí)運(yùn)用，并將設(shè)計(jì)理念變成現(xiàn)實(shí)會(huì)非常有成就感，這也是3D模型制作最具魅力之處。3D模型制作是問題解決式的、可視化的、合作式的學(xué)習(xí)。借助3D模型制作，讓學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣和積極主動(dòng)性，并在此過程中培養(yǎng)學(xué)生們的科學(xué)觀。問題解決過程中也形成學(xué)習(xí)共同體，加強(qiáng)情感交流，培養(yǎng)溝通交流能力，鍛煉團(tuán)隊(duì)合作能力。

2 3D模型工作坊的建設(shè)與運(yùn)行管理

2.1 工作坊的建設(shè)

在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)3D模型制作工作坊，占地面積117 m2，配備哈克尼斯圓桌可以兼顧以授課為主和以小組討論為主的多種教學(xué)模式。工作坊可容納30人同步制作模型，除了簡(jiǎn)易3D打印筆，還有多種材質(zhì)的原料，如各色黏土、彩紙、陶土。3D打印筆基于3D打印，能擠出熱熔的塑料，然后迅速冷卻，冷卻后形成穩(wěn)定的狀態(tài)，無(wú)需電腦或軟件支持，可以在任何表面“書寫”，出料順暢，操作簡(jiǎn)單。同時(shí)，鼓勵(lì)醫(yī)學(xué)生充分利用各種廢舊回收材料、小工具。

2.2 工作坊的運(yùn)行管理

工作坊建立了一整套嚴(yán)格的規(guī)章制度，包括工作坊管理規(guī)定，值班規(guī)定、事故追溯機(jī)制、安全應(yīng)急預(yù)案等。詳細(xì)規(guī)范制作模型需要遵守的個(gè)人行為準(zhǔn)則、對(duì)耗材和設(shè)備的使用登記管理制度和工作坊開放、值班規(guī)定。規(guī)章制度以展板形式公布在實(shí)驗(yàn)室醒目位置，是實(shí)驗(yàn)室高效、安全運(yùn)行的制度保障。工作坊的視頻監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)在線監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室，方便指導(dǎo)教師遠(yuǎn)程了解實(shí)驗(yàn)室及學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況。如果有人在非開放時(shí)段進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，指導(dǎo)教師手機(jī)能夠接收信息提醒，系統(tǒng)也將自動(dòng)存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)室的視頻，實(shí)現(xiàn)問題追蹤。工作坊還注重更新教育管理觀念，在老師的指導(dǎo)下，由組長(zhǎng)牽頭、與組員溝通協(xié)調(diào)實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間以及排班表，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性進(jìn)行自我管理，做到覆蓋面廣、時(shí)間靈活。學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)預(yù)約，自主選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)間，從而既能使實(shí)驗(yàn)室能得到最優(yōu)化和最大化的利用，又能在指導(dǎo)教師、實(shí)驗(yàn)室管理者的有效監(jiān)督和管理下運(yùn)行。

2.3 工作坊的準(zhǔn)入

3D模型制作是基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)課程混合式教學(xué)的重要組成部分之一，具體流程(圖1)：課前，提前一周通過清華大學(xué)研發(fā)的智慧教學(xué)工具“雨課堂”發(fā)送預(yù)習(xí)版課件；課中，指導(dǎo)教師“雨課堂”隨機(jī)對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，每個(gè)小組3～5人，要求每個(gè)小組對(duì)當(dāng)堂課所授知識(shí)點(diǎn)選取1～2個(gè)進(jìn)行繪圖。由于形態(tài)學(xué)課程主要學(xué)習(xí)人類器官、組織、細(xì)胞的正常、異常的形態(tài)與結(jié)構(gòu)，或是胚胎發(fā)育過程中的重要事件和原基，學(xué)生可以通過二維平面的繪圖展示器官、組織、細(xì)胞平面和立體的關(guān)系；課后，老師通過“雨課堂”推送學(xué)生的繪圖作品，由學(xué)生和老師共同評(píng)分選出優(yōu)秀作品。優(yōu)秀作品評(píng)分>85分才可進(jìn)入工作坊制作模型。2018級(jí)麻醉學(xué)、兒科學(xué)、精神醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)共212名學(xué)生隨機(jī)分為47組參加繪圖評(píng)比，收到繪圖作品141幅，有20個(gè)小組進(jìn)入工作坊，制作模型件數(shù)20個(gè)。完成模型制作后小組成員可獲得相應(yīng)的獎(jiǎng)品和證書。

圖1 “3D模型”制作在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)課程 混合式教學(xué)中的應(yīng)用框架Fig 1 The schematic diagram of the teaching processes of3D model for medical students based on blendedlearning

3 “新醫(yī)科”背景下3D模型工作坊的實(shí)踐和調(diào)查

在醫(yī)學(xué)院校建立3D模型工作坊，是培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)與人文藝術(shù)素養(yǎng)結(jié)合的新模式。該模式基于“新醫(yī)科”背景在教學(xué)理念、人才培養(yǎng)模式中的內(nèi)涵建設(shè)。3D模型制作的學(xué)習(xí)過程(圖2)涵蓋基本的醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)知識(shí)，小組成員挑選感興趣的知識(shí)點(diǎn)，對(duì)器官、組織、細(xì)胞、發(fā)育過程互相提問、解答，形成成熟的原型設(shè)計(jì)方案后在二維平面繪制圖形。隨后通過想象、推理、計(jì)算和預(yù)測(cè)建構(gòu)3D模型，使用多種材料完成3D模型制作。學(xué)生們既將創(chuàng)意變成現(xiàn)實(shí)，又比較立體模型與二維平面繪圖的差異，分析不足，評(píng)估完成效果，分享心得體會(huì)。從知識(shí)點(diǎn)的選取-繪圖-制作3D模型是在學(xué)習(xí)中激發(fā)創(chuàng)新思維，推動(dòng)創(chuàng)新能力發(fā)展，不斷循環(huán)迭代的過程。學(xué)生在工作坊中嘗試使用最適宜的技術(shù)、方法解決構(gòu)建復(fù)雜的、立體的、層次豐富的模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)(部分作品見圖3)，提高基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)素養(yǎng)。特別是多種色彩運(yùn)用構(gòu)建模型的時(shí)候，每種色彩都代表不同組織結(jié)構(gòu)，可以有效地開展科學(xué)和藝術(shù)、人文學(xué)科“親自動(dòng)手”的體驗(yàn)學(xué)習(xí)。

圖3 部分學(xué)生的3D模型作品Fig 3 Some students’ 3D model works

圖2 基于3D模型制作的學(xué)習(xí)過程Fig 2 Learning process based on 3D model

為評(píng)估建設(shè)3D模型工作坊的實(shí)踐效果，課題組利用問卷星發(fā)放問卷調(diào)查45份。通過拉動(dòng)矩陣滑動(dòng)條評(píng)價(jià)3D模型工作坊的形式、滿意度、提高學(xué)習(xí)興趣的力度，是否促進(jìn)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，是否需要繼續(xù)開辦工作坊、是否希望在其他課程推廣3D模型制作進(jìn)行評(píng)分，得分81～100分為非常希望，61～80分為希望，41～60分為一般，21～40分為不希望，0～21分為非常不希望，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4。結(jié)果顯示，絕大部分同學(xué)非常贊同“3D”工作坊的形式和管理，認(rèn)為在工作坊制作模型不僅有助于知識(shí)點(diǎn)的理解，還可提高學(xué)習(xí)興趣，并且所有的同學(xué)認(rèn)為工作坊需要繼續(xù)開辦，95.5%的同學(xué)希望3D模型制作在其他課程推廣，工作坊得到學(xué)生的認(rèn)可，未來在醫(yī)學(xué)其他課程有推廣的可能性。

圖4 3D模型工作坊問卷調(diào)查Fig 4 3D model workshop questionnaires

4 3D模型工作坊成為開展思政、人文教育、美育的第二課堂

在制作3D模型過程中，融入思政、人文、美育元素，結(jié)合人文關(guān)懷精神[8]和生命觀培養(yǎng)，使得醫(yī)學(xué)生的素質(zhì)教育不再是講大道理、喊口號(hào)，透過由小組成員合作完成的、栩栩如生的立體模型，深度挖掘正常人體結(jié)構(gòu)組成、胚胎發(fā)生發(fā)育過程中的哲理[9]。

它的有效開展預(yù)示可以從人文關(guān)懷的出發(fā)點(diǎn)，對(duì)醫(yī)學(xué)生開展認(rèn)識(shí)生命、感悟生命、欣賞生命、敬畏生命、熱愛生命的醫(yī)學(xué)人文教育，潛移默化的在醫(yī)學(xué)專業(yè)課中滲透思政、人文內(nèi)容，不再單純局限于簡(jiǎn)單、空洞的說教，使醫(yī)學(xué)生在未來的道路上能夠真正成為一名技術(shù)過硬、醫(yī)德高尚的好醫(yī)生。同時(shí)，工作坊搭建美育實(shí)踐活動(dòng)平臺(tái)，將美育納入第二課堂，學(xué)生手工制作將不同顏色的耗材組成各種各樣的立體結(jié)構(gòu)，審美修養(yǎng)會(huì)逐漸產(chǎn)生，體驗(yàn)到創(chuàng)造美的樂趣、感悟美的真諦，感受生命科學(xué)世界的學(xué)術(shù)之美。

綜上所述，3D模型工作坊有力提升學(xué)生教學(xué)參與度，極大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣，對(duì)于改善基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)教學(xué)效果有積極的促進(jìn)作用。由于工作坊建立時(shí)間較短，硬件配備不足、受眾面不夠廣，開展的教學(xué)活動(dòng)還不夠豐富，如何優(yōu)化管理讓不同專業(yè)、年級(jí)的學(xué)生都可進(jìn)入工作坊進(jìn)行創(chuàng)作，推動(dòng)更多的醫(yī)學(xué)生積極參與到工作坊的項(xiàng)目是今后努力的方向。