賴勝圣 張剛平 劉文平 楊蕊夢

一、前言

近年來，隨著國家對醫(yī)療衛(wèi)生費用的投入不斷增多，醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu)數(shù)量不斷增加，醫(yī)療器械制造、發(fā)展政策持續(xù)發(fā)布等因素刺激著國內(nèi)CT設(shè)備市場持續(xù)增長。[1]另一方面，2020年突發(fā)的新型冠狀病毒給我們帶來了巨大的災(zāi)難，嚴重威脅著人類的健康及生命，CT設(shè)備在新冠肺炎病例的篩查及診斷中發(fā)揮了巨大作用[2，3]，常規(guī)CT設(shè)備及方艙CT設(shè)備需求日益增多。綜上所述，未來幾年中國CT設(shè)備市場仍會處于穩(wěn)定發(fā)展階段。隨之而來，CT設(shè)備的安裝、維護、保養(yǎng)的專業(yè)性人才的需求亦會持續(xù)增加。為此，國內(nèi)開設(shè)智能醫(yī)療裝備技術(shù)專業(yè)的高職高專院校或者生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的本科院校越來越多。經(jīng)過調(diào)研得知，各大院校對于CT等大型醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的教學(xué)主要存在以下問題[4-7]：

（1）CT設(shè)備缺乏。CT設(shè)備屬于貴重精密醫(yī)學(xué)儀器，價格極高，學(xué)校一般不會購買全新的CT作為教學(xué)設(shè)備，許多開設(shè)了相關(guān)專業(yè)的院校一般采取理論教學(xué)為主，參觀醫(yī)院影像科為輔，缺乏實體設(shè)備教學(xué)，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)激情，導(dǎo)致學(xué)生理論和操作技能脫節(jié)。

（2）CT實訓(xùn)室建設(shè)費用過高。CT設(shè)備體積龐大，對實訓(xùn)場地不但有面積要求，同時要滿足大功率供電、射線防護工程，這對于學(xué)校來說是難以承受的壓力。

（3）實訓(xùn)成本過高。個別學(xué)校擁有一兩臺CT設(shè)備，但無法滿足安裝、拆卸等實訓(xùn)項目，主要原因是設(shè)備經(jīng)受不起高頻率的拆卸，對部件的磨損大，成本異常高。

本文章主旨是將三維虛擬仿真技術(shù)引入到智能醫(yī)療裝備技術(shù)專業(yè)日常教學(xué)中，運用該虛擬仿真軟件與實訓(xùn)室現(xiàn)有的設(shè)備，形成理論與實操相結(jié)合，虛擬仿真設(shè)備與實物設(shè)備相結(jié)合，簡稱“理-實、虛-實”雙結(jié)合，以逼真的三維模型，真實的交互體驗，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，改善教學(xué)效果和提升學(xué)習(xí)效率，是一種新的嘗試和探索創(chuàng)新，對推動本專業(yè)教學(xué)的發(fā)展具有重要的意義。

二、課程基本情況

根據(jù)本專業(yè)標準，結(jié)合醫(yī)用CT設(shè)備分析與維修這門課程就業(yè)相關(guān)崗位要求，把課程知識目標、技能要求及素質(zhì)要求整理如表1所示。

三、課程總體設(shè)計

“教師講+學(xué)生聽”這種傳統(tǒng)灌輸式的教學(xué)方式已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在信息高度發(fā)達的時代[8]，單純知識點的傳輸極度讓學(xué)生產(chǎn)生疲倦，甚至厭煩?；谶@一點，我們設(shè)計了以教師引導(dǎo)、學(xué)生為中心的“理-實、虛-實”雙結(jié)合一體化教學(xué)方式，如圖1所示。目前，我們采購的虛擬仿真CT設(shè)備軟件以某公司16排螺旋CT為原型，使用3Dsmax軟件對CT設(shè)備高壓發(fā)生裝置、X線球管、探測器、掃描床及部分外圍設(shè)備及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行建模、材質(zhì)貼圖，能夠?qū)崿F(xiàn)模塊的拆卸、裝配模擬;掃描過程模擬;機房暢游;常見故障分析等，如圖2所示。

四、課程具體實施

在課程設(shè)計總體思路基礎(chǔ)上，我們按目前實驗室已有的條件設(shè)計每一次課，下面以“CT球管認識及拆裝”為案例進行詳細說明。

（一）案例概況

本案例涉及的課程相關(guān)的崗位有： CT調(diào)試及維修崗位、CT安裝崗位。

理論要求：CT球管作用、結(jié)構(gòu)及特點。

能力要求：CT球管拆卸、安裝的正確步驟及注意事項。

教材：《醫(yī)用CT設(shè)備原理與結(jié)構(gòu)》，自編教材。

課時：4課時。

授課教師：校內(nèi)專任教師+校外兼職教師。

授課地點：醫(yī)用CT設(shè)備維修實訓(xùn)室。

實訓(xùn)設(shè)備：16層CT、球管及虛擬仿真教學(xué)軟件。

（二）教學(xué)過程

1.第一個環(huán)節(jié)

回顧上一節(jié)課知識，提問“CT成像的主要原理是什么？CT成像原理與X線成像原理有什么區(qū)別？”接著由問題“如果CT設(shè)備在使用過程，提示球管已經(jīng)損壞，那么我們應(yīng)該如何更換球管”引出本案例“CT球管的拆卸與安裝”。校內(nèi)專任教師通過照片、視頻等多媒體方式講述CT球管的作用、結(jié)構(gòu)、特點等必要的理論知識，將CT球管的相關(guān)概念傳授給學(xué)生，讓學(xué)生對CT球管的作用有初步的、模糊的輪廓。引導(dǎo)其思考“根據(jù)CT成像原理，那么CT球管與普通X線機球管有什么區(qū)別”？緊接著，教師通過電腦操作虛擬仿真軟件，通過視覺拉伸、放大、旋轉(zhuǎn)等方式展示，反復(fù)強調(diào)重點，開始步入“虛擬”環(huán)節(jié)。最后，教師布置下一環(huán)節(jié)問題：“CT球管更換前應(yīng)核對新舊球管的參數(shù)是否完全一致？”這一環(huán)節(jié)主要是以理論知識傳授為主，虛擬仿真教學(xué)平臺為輔。

2.第二個環(huán)節(jié)

根據(jù)已學(xué)理論，由校外企業(yè)兼職教師采用CT球管實物展示方式講述CT球管的結(jié)構(gòu)及特點，接著教師結(jié)合真實16層CT設(shè)備給學(xué)生講授球管的作用、與其他部件的物理聯(lián)系等，讓學(xué)生認真觀看實物，并布置問題：“如果要更換損壞球管，應(yīng)該怎么拆卸？”這一步驟屬于實物教學(xué)。

下一步講述重要知識點——球管的拆裝，教師在三維虛擬仿真CT教學(xué)軟件平臺上詳細操作球管的拆裝步驟，并把拆卸、安裝步驟、拆卸所需工具和注意事項逐一描述，如圖3、4所示。學(xué)生通過聽講、做筆記等方式消化本節(jié)課的重點、難點。

3.第三個環(huán)節(jié)

經(jīng)過上述必要的理論及虛擬仿真教學(xué)過程后，學(xué)生對CT球管的外觀、作用、結(jié)構(gòu)、特點、安裝位置等已經(jīng)有了初步認識，校外企業(yè)兼職教師進行階段性小結(jié)，抽查學(xué)生記錄球管拆卸步驟的筆記，布置“球管拆卸”子任務(wù)。

下一步，需要學(xué)生在已經(jīng)安裝了CT虛擬仿真教學(xué)軟件平臺的電腦上進行獨立虛擬仿真操作。結(jié)合虛擬軟件中的文字說明，要求掌握CT球管拆卸、安裝的關(guān)鍵步驟、注意事項。此過程是在校內(nèi)專任教師及校外企業(yè)兼職教師的共同協(xié)作下，指導(dǎo)學(xué)生通過三維虛擬仿真CT教學(xué)軟件平臺進行虛擬互動、人機交流，熟悉球管的結(jié)構(gòu)及作用，整理出球管的結(jié)構(gòu)及更換球管的相關(guān)規(guī)范要求，畫出示意圖及流程圖。

此步驟要求學(xué)生分組討論，并由教師隨機抽取學(xué)生小組到講臺上匯報總結(jié)，由教師打分、同學(xué)互評兩個環(huán)節(jié)進行評價。

最后，由教師統(tǒng)一安排進行考核，由教師在虛擬仿真教學(xué)軟件平臺中設(shè)置考核時間、考核步驟順序等。通過考核檢驗學(xué)生對CT球管的拆卸與安裝能力的掌握程度，考核界面如圖5所示。

通過任務(wù)為導(dǎo)向的教學(xué)實施過程，學(xué)生一改以往被動式、填鴨式的學(xué)習(xí)方式，發(fā)揮了主觀能動性和積極性，變?yōu)橹鲃犹剿鲗嵺`，同時課程也由傳統(tǒng)單一的理論課堂變?yōu)樘摂M的工作場景。學(xué)生逐漸降低對教材和教師的依賴程度。學(xué)生目標一致，通過團隊成員間的磨合、合作、評價，也能讓學(xué)生深刻體會到CT設(shè)備維修崗位的工作狀態(tài)。

綜上所述，此教學(xué)設(shè)計要求教師學(xué)習(xí)以培養(yǎng)學(xué)生獨立操作能力為中心的全新教學(xué)理念，在“理-實、虛-實”雙結(jié)合的教學(xué)模式中，教師更多的是指引作用，隨時指引學(xué)生行動，降低傳統(tǒng)教學(xué)中以教師講“講”的比例。

五、教學(xué)效果和評價

從過往幾屆學(xué)生開展問卷調(diào)查，收集教學(xué)效果反饋意見。從調(diào)查問卷結(jié)果獲悉，絕大部分學(xué)生對“理+實，虛+實”相結(jié)合的教學(xué)方式持肯定態(tài)度，普遍認為虛擬仿真教學(xué)軟件的使用：（1）加深了對設(shè)備的理解和認識;（2）提高了學(xué)習(xí)積極性;（3）增進了動手技能;（4）節(jié)省了實踐時間。通過用人企業(yè)的反饋得知，通過虛擬仿真CT教學(xué)軟件平臺的訓(xùn)練，我們的學(xué)生能深入理解CT設(shè)備的基礎(chǔ)理論，對CT設(shè)備的結(jié)構(gòu)熟悉，更容易進入工作狀態(tài)。

六、結(jié)束語

現(xiàn)代職業(yè)教育觀念和教學(xué)模式在不斷更新迭代，越發(fā)趨向于技術(shù)化和科技化。[9]在強調(diào)專業(yè)技能教學(xué)同時，設(shè)計和實踐一種激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性、提高學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)的綜合授課模式顯得尤其重要。[10]在這樣的前提和背景下，考慮CT設(shè)備在醫(yī)療器械類專業(yè)的重要地位，改進更新CT設(shè)備課程的教學(xué)模式迫在眉睫。我們CT設(shè)備課程團隊建立基于三維虛擬仿真“理+實、虛+實”交叉的教學(xué)模式大大激發(fā)了學(xué)生們的學(xué)習(xí)積極性和主動性，同時提高了教學(xué)效率及降低了教學(xué)成本，是教與學(xué)雙贏的模式。在接下來的工作中，我們計劃進一步選取其他昂貴的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備如MRI課程進行虛擬仿真教學(xué)設(shè)計，把目前現(xiàn)有的虛擬仿真教學(xué)軟件更新為網(wǎng)頁版本，結(jié)合雨課堂等技術(shù)輔助教學(xué)，讓醫(yī)療器械類專業(yè)學(xué)生在課后亦能方便學(xué)習(xí)，成長為更符合時代特色的應(yīng)用型人才。

參考文獻：

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[本文系廣東省高等專業(yè)院校醫(yī)藥衛(wèi)生類教育教改項目（2018LX047）、廣東食品藥品職業(yè)學(xué)院教育教學(xué)改革項目（2020JG04，2020JG20）、華南理工大學(xué)教研教改項目-青年教改專項（C9223156）的研究成果。楊蕊夢為本文通訊作者。]