李 穎,高 林

中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院超聲科, 沈陽 110004

近年來,國家高度重視數(shù)字教育發(fā)展,將其作為數(shù)字中國重要組成部分,強(qiáng)調(diào)數(shù)字化技術(shù)在教育中的應(yīng)用和拓展,“推進(jìn)教育數(shù)字化”更是首次寫入了黨的二十大會議報告之中。虛擬仿真技術(shù)是新一代前沿數(shù)字技術(shù),將其應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)等實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科教學(xué)中具有獨(dú)特優(yōu)勢,可以幫助學(xué)生更好地理解抽象概念、建立空間思維、掌握操作技能,有效彌補(bǔ)教學(xué)資源不足等問題[1]。以問題為基礎(chǔ)(problem-based learning,PBL)的教學(xué)模式與傳統(tǒng)的以講授為主的教學(xué)方法不同,其以問題為切入點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生自主探究、掌握學(xué)習(xí)方法,提升其發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力,目前已成為國內(nèi)外醫(yī)學(xué)院校常用的教學(xué)方式[2]。超聲學(xué)科住院醫(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)(以下簡稱“規(guī)培”)以培養(yǎng)學(xué)生掌握扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和熟練的臨床診斷技能為主要目標(biāo),其中心臟超聲診斷因其多腔室、多血管連接的復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)及動態(tài)圖診斷特點(diǎn),一直是超聲學(xué)科規(guī)培教育的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。此次研究將虛擬仿真技術(shù)和PBL教學(xué)模式有機(jī)結(jié)合,應(yīng)用于規(guī)培生的心臟超聲教學(xué)中并進(jìn)行效果評估,以期探索超聲學(xué)科臨床教學(xué)新的教學(xué)方法和思路。

1 心臟超聲檢查虛擬仿真學(xué)習(xí)系統(tǒng)簡介

心臟超聲檢查虛擬仿真學(xué)習(xí)系統(tǒng)是一個以PC設(shè)備環(huán)境下的全數(shù)字化心臟三維解剖結(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ),將數(shù)字化心臟結(jié)構(gòu)與實(shí)例心動超聲影像相結(jié)合,將虛擬仿真技術(shù)與診斷相結(jié)合,模擬臨床實(shí)際工作場景的教學(xué)系統(tǒng)。系統(tǒng)包括結(jié)構(gòu)模型模塊、微課模塊和病例實(shí)訓(xùn)模塊,學(xué)生可以通過該系統(tǒng)進(jìn)行心臟超聲診斷的自主學(xué)習(xí)與訓(xùn)練。其中,結(jié)構(gòu)模型模塊通過對心臟器官超聲特征的數(shù)字建模和軟件設(shè)計,達(dá)到對醫(yī)學(xué)超聲成像過程的仿真,包含心房、心室、瓣膜、主動脈、肺動脈等結(jié)構(gòu)的三維立體結(jié)構(gòu),能夠動態(tài)模擬展示正常狀態(tài)下和常見疾病病變狀態(tài)下的各個瓣膜、心肌與心腔及相鄰血管等細(xì)微解剖結(jié)構(gòu),能夠任意進(jìn)行多角度旋轉(zhuǎn)、平移、縮放和切割,生成幀頻與真實(shí)醫(yī)學(xué)超聲圖像相當(dāng)?shù)奶摂M超聲圖像;微課模塊收錄了心臟超聲教學(xué)微視頻,主要包括心臟解剖及節(jié)段分析法、心臟超聲檢查方法、臨床上常見的先天性、后天性心臟病的超聲表現(xiàn)和鑒別診斷方法,以及教師在臨床工作中收錄積累的病例圖像;病例實(shí)訓(xùn)模塊包括在線題庫自學(xué)和在線測試兩部分內(nèi)容,通過提供重復(fù)性的學(xué)習(xí)和技能訓(xùn)練,為所學(xué)技能遷移到真實(shí)臨床操作中提供支持(如圖1所示)。

圖1 數(shù)字化心臟模型及虛擬仿真切面對應(yīng)超聲心動圖示例

2 研究對象及方法

2.1 研究對象

該研究采用試驗(yàn)對照方法,選擇中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院超聲科59名規(guī)培生,按照入科時間及輪轉(zhuǎn)情況分為試驗(yàn)組(n=31)和對照組(n=28)。其中,試驗(yàn)組采用虛擬仿真技術(shù)聯(lián)合PBL教學(xué)法教學(xué),對照組采用傳統(tǒng)方式教學(xué)。教學(xué)內(nèi)容按照中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院《超聲診斷學(xué)教學(xué)大綱》,包括20學(xué)時的理論課與60學(xué)時的實(shí)踐課。兩組學(xué)生之前均未在心臟超聲組輪轉(zhuǎn),帶教教師為同一批教師。

2.2 研究方法

2.2.1 對照組教學(xué)方法

對照組采用傳統(tǒng)的“傳幫帶”模式開展教學(xué)。理論課采取教師講、學(xué)生聽的線上灌輸式教學(xué)方法進(jìn)行授課;實(shí)踐課學(xué)生觀摩為主,跟隨教師在超聲門診實(shí)習(xí)。教師在臨床檢查過程中講解相關(guān)病例的超聲表現(xiàn)、鑒別診斷、規(guī)范化超聲評估流程等知識要點(diǎn),學(xué)生邊觀察教師手法及超聲圖像等要點(diǎn)邊記好筆記,并在征得患者同意的情況下進(jìn)行上機(jī)實(shí)操,同時協(xié)助教師做好診室秩序維護(hù)、與患者及家屬溝通等人文方面實(shí)踐。課后,學(xué)生根據(jù)課件和筆記內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)和知識的鞏固。

2.2.2 試驗(yàn)組教學(xué)方法

試驗(yàn)組采用以病例為基礎(chǔ)、以問題為導(dǎo)向的教學(xué)模式。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容由教師針對臨床病例的表現(xiàn)設(shè)置問題,再由問題引導(dǎo)到相關(guān)類型疾病的知識點(diǎn)[3]。①教學(xué)準(zhǔn)備。教學(xué)組先建立一個由教師和學(xué)生組成的微信群作為教學(xué)輔助平臺,并由教師結(jié)合教學(xué)內(nèi)容錄制微課上傳到虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)。②理論課教學(xué)。教師于課前一周在微信群中將知識點(diǎn)和相關(guān)病例圖像以問題的形式發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù),學(xué)生圍繞問題對病例進(jìn)行分析和小組討論,查閱教材和資料文獻(xiàn)進(jìn)行預(yù)習(xí)。比如發(fā)布一組顯示右心增大的超聲心動圖影像,引導(dǎo)學(xué)生自主尋找哪些疾病能產(chǎn)生此類影像表現(xiàn),圍繞相關(guān)的病因病理、超聲表現(xiàn)、診斷與鑒別要點(diǎn)等內(nèi)容開展預(yù)習(xí)。課堂上,教師借助心臟虛擬仿真模型,通過正常結(jié)構(gòu)和病變后的變化進(jìn)行對比講解,引出相關(guān)疾病的定義、病因、解剖分型、病理生理等知識點(diǎn)。③實(shí)踐課教學(xué)。在對照組教學(xué)方式的基礎(chǔ)上,指導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)字化仿真模型,對典型病例實(shí)時進(jìn)行對比學(xué)習(xí),掌握、理解心臟的位置毗鄰和外觀形態(tài)、心臟投影的體表標(biāo)志、心臟超聲透聲窗、心臟的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如各腔室、瓣膜等重要標(biāo)志性結(jié)構(gòu)),以及相關(guān)結(jié)構(gòu)的正常超聲圖像表現(xiàn)和常見疾病的超聲圖像表現(xiàn)等知識,加深對鑒別診斷要點(diǎn)的掌握。④課后學(xué)習(xí)。學(xué)生可以通過系統(tǒng)的微課模塊隨時進(jìn)行復(fù)習(xí),通過病例實(shí)訓(xùn)模塊中提供的大量真實(shí)超聲圖像和視頻資料,對相關(guān)疾病進(jìn)行分析,依據(jù)規(guī)范化報告的格式描述超聲所見,提出診斷結(jié)果、闡述診斷依據(jù),訓(xùn)練診斷能力;學(xué)生還可以通過微信群與教師和同學(xué)們進(jìn)行學(xué)術(shù)探討和互動交流。

2.3 教學(xué)效果評價

2.3.1 臨床實(shí)踐能力考核

課程結(jié)束后,分別對兩組學(xué)生進(jìn)行理論知識、臨床思維和操作技能的考核,比較各自對基礎(chǔ)知識和基本技能的掌握程度。理論知識部分考核基本原理方法及心臟的重要結(jié)構(gòu)解剖特點(diǎn)、常見基本鑒別診斷要點(diǎn)等超聲基礎(chǔ)知識,滿分100分;臨床思維部分考核讀片和病例分析等方面能力,滿分100分;操作技能部分考核超聲掃查規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)切面顯示等上機(jī)操作技能,滿分100分。試題均由同一名教師設(shè)置,范圍和難度一致。

2.3.2 問卷調(diào)查

教學(xué)結(jié)束后采用自編問卷的形式對兩組學(xué)生分別進(jìn)行匿名調(diào)查,內(nèi)容包括對教學(xué)效果的滿意度、學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果等方面,由學(xué)生根據(jù)自身的真實(shí)感受逐項(xiàng)評價。

2.4 統(tǒng)計分析方法

3 結(jié)果

3.1 兩組學(xué)生臨床實(shí)踐能力考核成績

試驗(yàn)組學(xué)生的理論成績、臨床思維成績和操作技能成績均高于對照組,差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義。結(jié)果如表1所示。

表1 兩組學(xué)生臨床實(shí)踐能力考核成績比較

3.2 問卷調(diào)查結(jié)果評價

向兩組學(xué)生共發(fā)放問卷59份,回收有效問卷59份。結(jié)果顯示,試驗(yàn)組滿意度高于對照組,差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。結(jié)果如表2所示。

表2 試驗(yàn)組學(xué)生學(xué)習(xí)效果問卷調(diào)查結(jié)果比較

4 討論

4.1 開展心臟超聲診斷臨床教學(xué)改革的背景

隨著超聲技術(shù)的發(fā)展,心臟超聲檢查以其無創(chuàng)、可重復(fù)、結(jié)果可靠等優(yōu)勢已成為臨床診斷最常用、最有效的方法之一。超聲心動圖可以對心臟進(jìn)行多切面、全方位掃查,實(shí)時動態(tài)顯像,在對心臟疾病的診斷、治療中具有重要臨床價值。在以往的教學(xué)中發(fā)現(xiàn),對心臟解剖結(jié)構(gòu)知識掌握的熟練程度是影響超聲科醫(yī)師診斷效率和準(zhǔn)確率的關(guān)鍵因素之一。傳統(tǒng)教學(xué)一般都是通過大體標(biāo)本、圖譜及醫(yī)學(xué)影像圖片等方式來講授臟器組織結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的毗鄰關(guān)系,在臨床醫(yī)院中相關(guān)教學(xué)資源相對稀缺,學(xué)生缺乏系統(tǒng)性認(rèn)知[4]。在臨床實(shí)踐中,很多病變具有少見性、抽象性、動態(tài)性、多變性、復(fù)雜性等特點(diǎn),且心臟超聲影像不同于CT等靜態(tài)影像,其展示的是實(shí)時動態(tài)圖,每一幀細(xì)微變化所反映出的器官狀態(tài)都會對診斷結(jié)果產(chǎn)生影響,學(xué)生難以短時間內(nèi)理解掌握,絕大部分缺少經(jīng)驗(yàn)的規(guī)培學(xué)生甚至“新手醫(yī)生”在臨床診斷中存在“上手慢”“漏診多”等現(xiàn)實(shí)情況[5]。在頭腦中建立起心臟三維結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)知是學(xué)生規(guī)培階段超聲診斷教學(xué)的關(guān)鍵,傳統(tǒng)帶教實(shí)習(xí)模式已無法滿足心臟超聲規(guī)培的教學(xué)需求,在數(shù)字化教學(xué)改革的背景下,建立一個全數(shù)字化的心臟三維解剖結(jié)構(gòu)模型實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)超聲領(lǐng)域的輔助教學(xué)功能是一種有效的教學(xué)方法[6],能夠?yàn)槭炀氄莆掌鞴俳Y(jié)構(gòu)與病變之間的關(guān)系,快速準(zhǔn)確找到病灶結(jié)構(gòu)切面進(jìn)行診斷,以及未來開展經(jīng)超聲引導(dǎo)下的心臟介入手術(shù)等高階實(shí)踐操作打下堅實(shí)基礎(chǔ)。

4.2 有助于提升規(guī)培學(xué)生心臟超聲知識的掌握

規(guī)培學(xué)生的考核主要考查學(xué)生對于心臟解剖和超聲圖像表現(xiàn)以及相關(guān)疾病知識的掌握程度。試驗(yàn)組通過課前布置問題做好充足預(yù)習(xí)準(zhǔn)備、課中加強(qiáng)直觀化體驗(yàn)、課后加強(qiáng)復(fù)習(xí)訓(xùn)練與互動三個環(huán)節(jié)來強(qiáng)化教學(xué)效果。教學(xué)中將學(xué)習(xí)內(nèi)容與問題有機(jī)結(jié)合,引導(dǎo)學(xué)生探討隱藏于問題背后的相關(guān)知識而達(dá)到教學(xué)目的,加深對心臟疾病的探索與理解,使學(xué)生能夠掌握扎實(shí)的理論知識,更加熟練地掌握心臟解剖、超聲圖像表現(xiàn)、病理生理學(xué)變化機(jī)制和鑒別診斷技能。虛擬仿真技術(shù)所展示的與超聲切面一致的數(shù)字化心臟斷層結(jié)構(gòu)可讓學(xué)生熟練掌握心臟空間解剖結(jié)構(gòu)及毗鄰關(guān)系,其中任何結(jié)構(gòu)都可以獨(dú)立出來進(jìn)行學(xué)習(xí)觀察,對學(xué)習(xí)過程進(jìn)行分解和可視化,幫助學(xué)生完成從感知到記憶再到理解的學(xué)習(xí)過程,由表及里、循序漸進(jìn)地完成知識學(xué)習(xí)[7]。傳統(tǒng)教學(xué)模式因模型示例有限、動手操作機(jī)會少,在理論知識、臨床思維、操作能力及學(xué)習(xí)滿意度等方面普遍低于試驗(yàn)組,說明虛擬仿真聯(lián)合PBL教學(xué)方式具有一定優(yōu)勢[8],更適合規(guī)培學(xué)生的心臟超聲診斷學(xué)科教學(xué)。

4.3 有助于培養(yǎng)學(xué)生的臨床思維能力

超聲診斷學(xué)臨床思維能力是指醫(yī)師運(yùn)用醫(yī)學(xué)知識、操作技巧和臨床經(jīng)驗(yàn)對患者病灶的超聲圖像異常表現(xiàn)進(jìn)行綜合分析、判斷、決策并給出診斷意見的能力,正確的臨床思維有助于醫(yī)師在復(fù)雜多變的臨床環(huán)境中快速準(zhǔn)確地作出判斷和決策[9]。虛擬仿真聯(lián)合PBL教學(xué)模式能夠讓學(xué)生對心臟結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行直觀學(xué)習(xí),培養(yǎng)其空間思維方式,刺激其對基礎(chǔ)知識的記憶。虛擬仿真模型在整體教學(xué)進(jìn)程中為學(xué)生提供了“想象與創(chuàng)造”的廣闊空間,通過數(shù)字化心臟內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)各種關(guān)系的可視化,學(xué)生經(jīng)過反復(fù)學(xué)習(xí)和強(qiáng)化訓(xùn)練,觀察、記錄、分析、驗(yàn)證各結(jié)構(gòu)之間的靜動態(tài)關(guān)系和相應(yīng)的超聲動態(tài)圖表現(xiàn),能夠在腦海里建立較為完整和系統(tǒng)的心臟器官三維立體結(jié)構(gòu)和疾病關(guān)系的感性認(rèn)知,對相關(guān)疾病檢查能夠快速反應(yīng)出圖像切面的獲取位置及可顯示的解剖結(jié)構(gòu),對所獲取的超聲圖像能迅速判斷其異常表現(xiàn),達(dá)到加深學(xué)生對基礎(chǔ)知識及診斷要點(diǎn)的理解和記憶的良好教學(xué)效果,使其思維建立在豐富的感性認(rèn)識基礎(chǔ)上,增強(qiáng)其思維的正確性、敏感性、系統(tǒng)性,培養(yǎng)臨床思維能力。通過這種專業(yè)的、有意識的、有目的性的長期鍛煉,使學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、系統(tǒng)的、穩(wěn)定的臨床思維模式[10]。

4.4 有助于培養(yǎng)學(xué)生的問題應(yīng)對能力

醫(yī)學(xué)知識專業(yè)性強(qiáng)、概念抽象,在規(guī)培教學(xué)中需要結(jié)合不同學(xué)科的特點(diǎn)來選擇合適的方法加深學(xué)生理解。與臨床治療上的“解決問題”不同,超聲診斷學(xué)的首要任務(wù)是“發(fā)現(xiàn)問題”,教師從病例問題入手,以臨床常見病例搭載知識點(diǎn),指導(dǎo)學(xué)生通過查閱資料、分析討論等方式自主尋找問題的答案以加深理解,引導(dǎo)學(xué)生對心臟結(jié)構(gòu)、常見心臟疾病的病理改變與超聲圖像表現(xiàn)之間的關(guān)系產(chǎn)生系統(tǒng)性的關(guān)聯(lián)。教師在這個過程中是學(xué)習(xí)的促進(jìn)者,適時給予學(xué)生精確的支持、指導(dǎo)和鼓勵[11]。學(xué)生通過對問題的解讀、分析、評估、推理、實(shí)踐的全鏈條式學(xué)習(xí)過程獲取答案,鍛煉了自主學(xué)習(xí)能力,逐步達(dá)到以點(diǎn)帶線、以線成面、以面擴(kuò)體的效果,提升其在臨床實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

4.5 有助于改善教學(xué)體驗(yàn)

運(yùn)用多樣化的教學(xué)策略,能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)的興趣和主觀能動性,進(jìn)而在提升學(xué)習(xí)效率的同時提升課堂教學(xué)效率。特別是隨著經(jīng)食道心臟超聲檢查等新技術(shù)的應(yīng)用,在非常規(guī)的方向展示心臟切面,學(xué)生平時很難接觸到這些聲窗方位的超聲心動圖像,虛擬仿真心臟結(jié)構(gòu)模型可以從任意角度展示心臟超聲切面特征,便于學(xué)生進(jìn)行更為精細(xì)的觀察和理解,同時以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方式鍛煉啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維,與新技術(shù)應(yīng)用教學(xué)的契合度更高,拓展了教學(xué)范圍,改善了臨床教學(xué)資源稀缺不足的問題[8]。學(xué)生在新技術(shù)的加持下,在充滿求知欲的氛圍里,主動探索心臟疾病的病理解剖和錯綜復(fù)雜的空間毗鄰關(guān)系,促進(jìn)對三維空間魅力的體驗(yàn)感,提升學(xué)習(xí)熱情。課后的訓(xùn)練注重學(xué)生思維分析方式和規(guī)范性操作,支持學(xué)生反復(fù)練習(xí),以達(dá)到技能養(yǎng)成的目的[12]。教師在臨床診斷中遇到適合的教學(xué)病例,可及時將相關(guān)影像資料整理保存后上傳到學(xué)習(xí)系統(tǒng),不斷豐富微課內(nèi)容,保持教學(xué)資源的鮮活性。微信學(xué)習(xí)群的建立,便于教師將學(xué)習(xí)資料等素材轉(zhuǎn)發(fā)到群里,并定期設(shè)定問題組織學(xué)生進(jìn)行討論,給學(xué)生打造一個具有豐富理論學(xué)習(xí)資源,又能隨時交流研討的互動平臺,優(yōu)化了教學(xué)體系,增強(qiáng)教學(xué)的靈活性與積極性,提升學(xué)生學(xué)習(xí)的參與性與自覺性。

5 思考與展望

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,虛擬仿真教學(xué)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用更加廣泛和多元[13],有助于提升學(xué)生的觀察能力、想象能力和思維能力,激發(fā)學(xué)習(xí)的主動性和鉆研精神,特別是對于超聲醫(yī)學(xué)這種實(shí)踐操作要求高、實(shí)驗(yàn)條件不具備或?qū)嶋H操作困難的學(xué)科,能輔助提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率[14-15],彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)中對組織器官各種狀態(tài)下三維結(jié)構(gòu)認(rèn)知的不足以及訓(xùn)練水平不足等問題。未來,借助數(shù)字孿生、人工智能、大數(shù)據(jù)分析等前沿技術(shù),虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)還可以將模擬的細(xì)節(jié)展現(xiàn)得更加精細(xì)化、逼真化,并提供實(shí)時智能Chat等功能,對教師和學(xué)生反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行技術(shù)分析,科學(xué)評定教學(xué)進(jìn)展情況,幫助教師隨時調(diào)整教學(xué)方向,發(fā)揮更加精準(zhǔn)的教學(xué)指導(dǎo)和輔助作用,實(shí)現(xiàn)臨床教學(xué)質(zhì)量的提升[16]。