許 燕 李 沛 張善鋒

(鄭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心,鄭州 450001)

教育部、國家衛(wèi)健委、國家中醫(yī)藥管理局聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)醫(yī)教協(xié)同實(shí)施卓越醫(yī)生教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0 的意見》指出:把加快推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與醫(yī)學(xué)教育教學(xué)的深度融合作為改革的戰(zhàn)略選擇,推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)學(xué)教育”,用新技術(shù)共建共享優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué)教育資源;廣泛開展混合式教學(xué)和在線教育[1]。

醫(yī)學(xué)實(shí)踐教學(xué)作為一種高級專業(yè)技能教育,數(shù)字信息技術(shù)與醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的融合改變了其教學(xué)模式、教學(xué)方法,加強(qiáng)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)可在較高水平上有效化解實(shí)物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的生物安全風(fēng)險(xiǎn)高、資源較稀缺等系列困難[2],其具有降低教育成本,提高教育質(zhì)量,更好地發(fā)揮基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育人才與技術(shù)優(yōu)勢。

鄭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中心圍繞課程整合與網(wǎng)絡(luò)信息化教學(xué)平臺建設(shè),進(jìn)行了一些探索,旨在為高等醫(yī)學(xué)教育形成完善規(guī)范的數(shù)字信息化醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式提供借鑒與參考。

1 信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)課程整合的探索

1.1 建立機(jī)能學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)是基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的一門重要課程,具有理論直觀性,其主要通過建立動物模型模擬臨床患者,來觀察并探討疾病發(fā)生過程中各項(xiàng)生命指標(biāo)變化機(jī)制、疾病發(fā)生發(fā)展病理生理過程及藥物作用機(jī)制的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程[3]。

本著“以實(shí)為主,以虛補(bǔ)實(shí),虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)原則[4-5],我們以真實(shí)動物實(shí)驗(yàn)為模板,建立了具有自主軟著權(quán)的三維虛擬仿真手術(shù)實(shí)驗(yàn)場景,機(jī)能學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)現(xiàn)了教學(xué)中知識點(diǎn)的可視化、數(shù)字化、虛擬化,解決了實(shí)驗(yàn)教學(xué)難點(diǎn)問題,適合學(xué)生反復(fù)演練學(xué)習(xí)、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果并減少浪費(fèi)[6]。

學(xué)習(xí)者可人機(jī)交互操作實(shí)驗(yàn)全過程。通過觀看“云平臺”的實(shí)驗(yàn)演示部分,學(xué)生可以對將要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)形成感性認(rèn)識,同時(shí)避免了教師在實(shí)驗(yàn)示教時(shí)多人圍看,讓每位學(xué)生都能清楚地觀看到實(shí)驗(yàn)操作中的每一個(gè)步驟,并且教師可以就操作的難點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)講解,學(xué)生后繼實(shí)景操作時(shí)實(shí)驗(yàn)成功率幾近 100%。另外,對于因動物倫理、學(xué)時(shí)限制、實(shí)驗(yàn)安全、儀器造價(jià)、慢性實(shí)驗(yàn)、模型復(fù)制難度大等原因,現(xiàn)實(shí)中無法開展的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)以虛擬演示和操作呈現(xiàn),擴(kuò)大學(xué)生知識面、加深其對理論知識的理解消化。

1.2 建立數(shù)字化智慧實(shí)驗(yàn)室

為了能夠快速地發(fā)現(xiàn)每臺實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展情況,及時(shí)處理手術(shù)中出現(xiàn)的操作問題和儀器異常,我們自主創(chuàng)新建立了數(shù)字化智慧教學(xué)系統(tǒng)用于機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂。該系統(tǒng)由教師機(jī)工作端、多媒體、同步演示、生物采集系統(tǒng)、動物呼吸機(jī)、學(xué)生機(jī)工作端組成,系統(tǒng)安裝的實(shí)驗(yàn)?zāi)K按學(xué)科或系統(tǒng)分類,根據(jù)需求進(jìn)行選擇,教師端可一機(jī)多屏實(shí)時(shí)查看每個(gè)實(shí)驗(yàn)臺上學(xué)生機(jī)中生物信號采集系統(tǒng)的操作界面和手術(shù)場景,及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和操作的異常問題,從而快速排查實(shí)驗(yàn)操作各環(huán)節(jié)并處理。同時(shí),對具有典型意義的實(shí)驗(yàn)操作場景和數(shù)據(jù)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)屏幕傳遞、共享投影。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可用數(shù)據(jù)和圖形兩種形式處理后上傳至數(shù)據(jù)庫,交由教師批閱及管理。

1.3 建立形態(tài)學(xué)數(shù)碼互動實(shí)驗(yàn)室

形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)以觀察各類大體和切片標(biāo)本為主要教學(xué)方式,其中組織切片標(biāo)本是重要的教學(xué)資源[7]。但是,玻璃切片標(biāo)本在教學(xué)中容易損壞,日久會褪色,而組織來源較少的標(biāo)本在損耗后難以及時(shí)補(bǔ)充,因此,我們將玻璃切片進(jìn)行掃描,轉(zhuǎn)化為高分辨率的數(shù)碼切片,按照教學(xué)大綱章節(jié)設(shè)置分類建立數(shù)據(jù)庫,以此為基礎(chǔ)同時(shí)建設(shè)了數(shù)碼互動實(shí)驗(yàn)室。教師通過教學(xué)系統(tǒng)既可將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)碼切片快速傳遞至學(xué)生端的計(jì)算機(jī),也可以將顯微鏡下的實(shí)體切片通過投影儀展示給學(xué)生,而學(xué)生顯微鏡下觀察到的切片可以通過攝像頭捕捉后傳輸?shù)浇處熃虒W(xué)系統(tǒng)中,教師可以通過其觀察到學(xué)生端顯微圖像,并且可以進(jìn)行一對一、一對多輔導(dǎo)和答疑。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過無線網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián),實(shí)現(xiàn)了數(shù)字切片的快速傳輸。學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后,打開移動端APP,就可以和本人座位的顯微鏡聯(lián)通,鏡下看到的切片圖像在移動端可同步看到并下載保存。

1.4 人體解剖學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)

局部解剖學(xué)是臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生必須牢牢掌握的基礎(chǔ)學(xué)科,通過數(shù)字信息技術(shù)與解剖學(xué)知識相結(jié)合的虛擬教學(xué)可以很好地解決這一問題[8]。我們根據(jù)教學(xué)大綱的要求,制作了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的局部解剖虛擬教學(xué)軟件,緊貼真實(shí)的虛擬操作,使學(xué)生達(dá)到解剖學(xué)仿真訓(xùn)練目的。進(jìn)入虛擬操作界面后,學(xué)生點(diǎn)擊鼠標(biāo)拖動虛擬器械即可實(shí)現(xiàn)虛擬解剖實(shí)驗(yàn),操作選擇正確則實(shí)驗(yàn)就會順利進(jìn)入下一環(huán)節(jié),并顯示該操作的成績分值;反之則需重新操作。這樣學(xué)生通過虛擬操作先進(jìn)行自學(xué),由淺入深逐層掌握機(jī)體結(jié)構(gòu),提高手術(shù)操作的準(zhǔn)確性,另外,在虛擬操作過程中還可點(diǎn)擊任意放大屏幕圖片,觀察機(jī)體的深層結(jié)構(gòu)、細(xì)微結(jié)構(gòu)。

引入系統(tǒng)解剖數(shù)字化教學(xué)軟件,每個(gè)系統(tǒng)的每個(gè)器官可以單獨(dú)三維旋轉(zhuǎn)顯示,尤其配有珍貴易損標(biāo)本,如篩管、蝶骨、耳蝸等。另外,這種軟件可用以斷層解剖,學(xué)生通過對虛擬人體任何橫斷面、矢狀切面隨手一畫,就能看見該斷面的解剖結(jié)構(gòu)、器官間的毗鄰關(guān)系、CT 影像圖片。兩種虛擬教學(xué)的共同使用,起到更好的互補(bǔ)[9]。

1.5 建立微課資源庫

微課即微型視頻網(wǎng)絡(luò)課程,是圍繞學(xué)科知識點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)研發(fā)的短時(shí)、情景化的視頻課程單元。其優(yōu)勢是:篇幅精短、演示靈活方便,碎片化學(xué)習(xí)利于集中注意力[10-12]。適用于課堂前后的預(yù)復(fù)習(xí)環(huán)節(jié),學(xué)習(xí)中學(xué)生根據(jù)自身需要,側(cè)重學(xué)習(xí)內(nèi)容,從而實(shí)現(xiàn)分層教學(xué)和個(gè)性化學(xué)習(xí)。我們根據(jù)課程特點(diǎn),選擇不同的課程設(shè)置,將知識點(diǎn)拆分成5～10 min 的微課視頻,先利用問題引入,之后通過思維導(dǎo)圖使學(xué)生了解每個(gè)點(diǎn)的內(nèi)容及點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián),這樣做利于學(xué)生快速提取自己需要的知識。

2 網(wǎng)絡(luò)信息化教學(xué)平臺建設(shè)

為了讓學(xué)生更好地體驗(yàn)學(xué)習(xí)過程,獲得最佳教學(xué)效果,利用信息技術(shù)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開發(fā)軟件建設(shè)和整合各學(xué)科教學(xué)資源,構(gòu)建一個(gè)開放、互動和智能化的虛擬仿真教學(xué)平臺(圖1)。依托建立的專有“云平臺”(http://zzu.hmcyhpg.com),通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向校內(nèi)外和社會全面共享各種教學(xué)資源,讓教與學(xué)可視化。建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)資源學(xué)習(xí)平臺(圖2),連通“移動端”“教室端”“教學(xué)端”三大端口,開啟整個(gè)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育的“一平三端”智慧教學(xué)系統(tǒng)。做到智慧教育、智慧管理,實(shí)現(xiàn)真正意義上的老師和學(xué)生可以 24 h 隨時(shí)登錄和學(xué)習(xí)的“云教育”。

圖1 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中心網(wǎng)絡(luò)信息化教學(xué)平臺構(gòu)架

圖2 教學(xué)資源共享庫

同時(shí)還建立了全英文虛擬實(shí)驗(yàn)操作云平臺,并對外接入“中國大學(xué)MOOC”的“愛課程”國際平臺。學(xué)生可在世界范圍內(nèi)登錄進(jìn)行學(xué)習(xí),從而使學(xué)校的醫(yī)學(xué)留學(xué)生教育與國際接軌的同時(shí),另一方面也擴(kuò)大了學(xué)校的知名度。

建立共享的教學(xué)資源庫。通過課程創(chuàng)建、課程運(yùn)行管理、師生線上線下互動、課后教學(xué)效果分析等從全方面監(jiān)控及督促學(xué)生專業(yè)知識的學(xué)習(xí)。

在虛擬仿真教學(xué)平臺中引入課程思政教育,通過虛擬仿真方式將專業(yè)教育與臨床模擬倫理教學(xué)有機(jī)結(jié)合,有效地激發(fā)了學(xué)生對相關(guān)醫(yī)學(xué)倫理問題的敏感性,使其在職業(yè)道德、社會責(zé)任意識等方面有效提升自身素養(yǎng)。

學(xué)生借助于虛擬實(shí)驗(yàn)平臺網(wǎng)上提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。操作時(shí)學(xué)生無需瀏覽器插件通過Web 端完成全部虛擬操作后,在線提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師端能對學(xué)生完成的虛擬實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行檢查和批改。同樣,學(xué)生端可以查看個(gè)人實(shí)驗(yàn)成績和老師評語。專業(yè)水準(zhǔn)管理云平臺團(tuán)隊(duì),并對云平臺進(jìn)行分專業(yè)、分區(qū)管理(圖3)。對學(xué)生的學(xué)業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)及時(shí)統(tǒng)計(jì),進(jìn)行課程學(xué)習(xí)中的形成性評價(jià)。

圖3 教育資源云平臺結(jié)構(gòu)圖

此種平臺建設(shè)模式的成功,全方面監(jiān)控及督促學(xué)生的專業(yè)知識的學(xué)習(xí),為卓越醫(yī)師培養(yǎng)計(jì)劃的完成打下基礎(chǔ)。

3 課程整合過程中應(yīng)注意的問題

實(shí)踐是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的主陣地,“紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行”,因此虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)壳安荒芡耆〈允中g(shù)操作為主的課堂實(shí)驗(yàn),虛擬實(shí)驗(yàn)用于預(yù)復(fù)習(xí)和擴(kuò)展知識是其優(yōu)勢[13]。醫(yī)學(xué)是門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,一臺綜合實(shí)驗(yàn)的開展更接近真實(shí)手術(shù)環(huán)境,多人參與,既各司其職又需相互配合,培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和動手能力,加深感官體驗(yàn)以訓(xùn)練其掌握手術(shù)操作中應(yīng)具有的精確度、分寸感。雖然實(shí)驗(yàn)過程中包含有很多意外變化因素,但正是這種意外存在,才能有助于學(xué)生提高自身的獨(dú)立思考、分析及解決問題的能力,會對疾病的發(fā)生、發(fā)展及機(jī)制有更直觀的認(rèn)識和體會[2]。

形態(tài)學(xué)數(shù)碼互動教學(xué)環(huán)節(jié)不可忽視學(xué)習(xí)方法的傳授。臨床上組織切片的觀察,從肉眼看到鏡下觀都有一套嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范的觀察方法和注意事項(xiàng),實(shí)驗(yàn)教學(xué)同樣應(yīng)以遵循。數(shù)碼顯微教學(xué)系統(tǒng)將組織切片的微觀畫面方便、迅捷地傳輸至計(jì)算機(jī)顯示屏,雖然利于學(xué)生對組織、細(xì)胞的觀察[14],但過度依賴會使得學(xué)生使用顯微鏡的能力大大下降,并且觀察時(shí)隨意且缺乏目的性,此與臨床上觀察組織切片的注意事項(xiàng)不符,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中需及時(shí)糾正學(xué)生對顯微鏡觀察方法的輕忽,使操作更加規(guī)范。

4 網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)課程的整合實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)學(xué)教育”

數(shù)字信息技術(shù)使醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式、方法發(fā)生變革,先進(jìn)的學(xué)習(xí)平臺、教學(xué)資源的開放共享、虛擬現(xiàn)實(shí)、線上線下混合式教學(xué)模式,創(chuàng)造了與傳統(tǒng)教學(xué)模式不同的“教學(xué)環(huán)境”,實(shí)現(xiàn)了既能體現(xiàn)老師的主導(dǎo)性,又能體現(xiàn)學(xué)生主體性,以自主、探究、創(chuàng)新為特點(diǎn)的教與學(xué)互動模式,并有效化解實(shí)物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)的生物安全、醫(yī)學(xué)倫理限制問題。同時(shí),為進(jìn)一步擴(kuò)大醫(yī)學(xué)教育受益面至國內(nèi)外其他醫(yī)學(xué)高校,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[15]。

因此,我們的醫(yī)學(xué)教育既要跟得上互聯(lián)網(wǎng)信息科技的發(fā)展,同時(shí)也應(yīng)結(jié)合自身學(xué)科的特點(diǎn),做到線上線下教學(xué)的優(yōu)勢互補(bǔ),傾聽師生的反饋和國內(nèi)外同行的建議,不斷創(chuàng)新、改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容,完善、規(guī)范先進(jìn)教學(xué)方法,以適合當(dāng)代醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)的要求,繼而開展更加優(yōu)質(zhì)且高效的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突

作者貢獻(xiàn)聲明許燕:研究構(gòu)思與設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)收集與分析,撰寫論文;李沛:可行性分析,研究驗(yàn)證;張善鋒:項(xiàng)目建設(shè),修改論文