熊宗斌，楊 方，郭俊紅，余上斌

(華中科技大學(xué)同濟醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心， 武漢 430030)

實驗性急性右心衰竭是醫(yī)學(xué)機能學(xué)實驗教學(xué)主要內(nèi)容之一，是醫(yī)學(xué)本科生必修骨干課程病理生理學(xué)實驗教學(xué)的重要實踐環(huán)節(jié)[1]。該實驗課程旨在幫助學(xué)生理解和鞏固心力衰竭的病因及發(fā)病機制相關(guān)的理論知識。

急性右心衰竭作為一門綜合性實驗課程，其目的在于著力訓(xùn)練學(xué)生實施動物麻醉，規(guī)范選擇并綜合運用相關(guān)手術(shù)器械，完成動物頸總動脈、頸總靜脈的分離手術(shù)，掌握頸總動脈和右心室導(dǎo)管的插管技術(shù)等一系列復(fù)制急性右心衰竭實驗病理模型所需的實驗操作技能，以及數(shù)據(jù)觀察、記錄和應(yīng)用專業(yè)理論知識對實驗結(jié)果數(shù)據(jù)進行分析與討論等實驗內(nèi)容。實驗設(shè)計內(nèi)容豐富，實驗操作難度較大[1]。

然而，傳統(tǒng)的教學(xué)模式是由任課教師以板書、圖片、PPT等文稿形式進行實驗內(nèi)容的講解，對實驗操作部分僅有圖片和文字敘述，難以使學(xué)生獲得直觀的、生動的印象[2]。這種授課方式耗時費力，教學(xué)資料不易示范和共享，教學(xué)效果不甚理想[3]。

1 實驗教學(xué)現(xiàn)狀與面臨的困惑

1.1 實驗教學(xué)資源有限

受實驗教學(xué)場地、儀器設(shè)備等教學(xué)條件的限制，教師在課堂中難以實現(xiàn)每名學(xué)生獨占實驗設(shè)備、材料等條件資源，一般由多人分組協(xié)作完成整個實驗全過程，造成學(xué)生動手機會不均等，訓(xùn)練不足，對手術(shù)操作技能、實驗器械、儀器設(shè)備等應(yīng)用技能的掌握程度參差不齊，實驗教學(xué)效果不穩(wěn)定。

1.2 實驗教學(xué)學(xué)時限定

由于實驗教學(xué)學(xué)時有限，加之每組學(xué)生實際操作能力存在差異，致使在規(guī)定時間內(nèi)，學(xué)生對實驗手術(shù)操作、數(shù)據(jù)的觀察記錄等實驗內(nèi)容差異明顯。

1.3 實驗教學(xué)模式限制

病理生理學(xué)實驗課主要以傳統(tǒng)的驗證性實驗為主，教學(xué)模式多為傳統(tǒng)的線下教學(xué)模式[4]。由于在醫(yī)學(xué)課程體系中知識結(jié)構(gòu)銜接性強，本科生進入醫(yī)學(xué)機能學(xué)專業(yè)課程訓(xùn)練時，對病理生理學(xué)專業(yè)理論知識體系還未完全建立，對綜合性強、探索性高的實驗內(nèi)容的系統(tǒng)性理解還不完整，對實驗內(nèi)容的重點、難點以及實驗設(shè)計不能完全領(lǐng)會，導(dǎo)致在實驗過程中存在盲目操作和不規(guī)范操作，進而影響實驗教學(xué)質(zhì)量。

1.4 專業(yè)知識與技能訓(xùn)練協(xié)調(diào)性欠缺

學(xué)生對醫(yī)學(xué)機能學(xué)理論知識和相關(guān)實驗技術(shù)發(fā)展的認識有限，加之對實驗儀器設(shè)備的熟悉程度、對實驗技術(shù)方法掌握程度與實際動手操作能力不協(xié)調(diào)，從而導(dǎo)致綜合素質(zhì)和能力培養(yǎng)不足。

2 可視化教程制作技術(shù)路線和方法

針對實驗教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題，結(jié)合實驗教學(xué)需要，遵循實驗教材，緊扣實驗教學(xué)大綱，兼顧學(xué)科教學(xué)實際要求，設(shè)計實驗性急性右心衰竭可視化教程制作方案。

2.1 主要目標

實驗性急性右心衰竭可視化教程(以下簡稱“可視化教程”)內(nèi)容嚴格按照實驗教材的格式內(nèi)容和操作流程[5]，將圖像演示和現(xiàn)場操作相結(jié)合，以流媒體形式運用于醫(yī)學(xué)機能學(xué)實驗教學(xué)配套教學(xué)中。

2.2 可視化教程內(nèi)容

可視化教程制作的藍本源于傳統(tǒng)實驗性急性右心衰竭的實驗?zāi)康摹⒃?、方法、實驗?zāi)Ｐ偷膹?fù)制及數(shù)據(jù)觀察記錄等實驗教學(xué)內(nèi)容，著重強調(diào)動物的捉拿和麻醉方法、頸部手術(shù)操作、血管分離和插管等高難度實驗手術(shù)操作，采用同窗顯示技術(shù)展示相關(guān)實驗波形和參數(shù)，利用手術(shù)操作進程與動畫模擬相結(jié)合的方式呈現(xiàn)插管全過程，后期將獲得的數(shù)據(jù)資料經(jīng)影像處理、編輯、配音及文字講解等方式，全方位、立體化地闡述實驗性急性右心衰竭整個實驗過程。同時，實驗演示可視化教程在有限的時長內(nèi)，圖文并茂地強調(diào)了實驗中的重點、難點、細節(jié)和易錯點。

2.3 技術(shù)路線

可視化教程基于理論教材和實驗講義制定拍攝方案，以全景模式拍攝實驗環(huán)境和實驗過程的全貌；以中景和近景模式突出手術(shù)操作的細節(jié)以及血管、肌肉等組織間局部的解剖學(xué)關(guān)系等，使用數(shù)碼攝相機拍攝實驗性右心衰竭實驗過程的完整圖片和影像數(shù)碼資料，并實時錄制信號采集系統(tǒng)的實驗數(shù)據(jù)；利用多媒體技術(shù)、動畫模擬等現(xiàn)代信息技術(shù)，對實驗操作圖像與采集的生物信號數(shù)據(jù)、波形、圖表等實驗數(shù)據(jù)，進行多角度、全方位構(gòu)思和可視化表達，并加配中英文雙語字幕和配音講解，將實驗項目內(nèi)容編輯、融合成為可視化的高清視頻教程(圖1)。

圖1 可視化教程制作流程

針對語言和圖形難以全面表達出的信息，尤其是非可視內(nèi)容如操作的角度、體內(nèi)導(dǎo)管行進過程等，可視化教程通過制作模擬動畫(圖2)，伴隨高清現(xiàn)場操作影像，以主圖和副圖的方式，使用畫中畫同屏顯示技術(shù)(如家兔耳緣靜脈注射麻醉方法)，生動直觀地講解動物靜脈注射的方法步驟、進針角度、針頭行進過程、麻醉藥品推注的速度及劑量，輔助腹腔注射和局部皮下注射麻醉等操作過程；與此同時，強調(diào)麻醉狀態(tài)的判斷方式、提示操作注意事項，減少動物因麻醉導(dǎo)致的死亡率(圖2A)。同樣，此教程對左頸總動脈插管和右心室插管的細節(jié)、導(dǎo)管行進動態(tài)過程以及血壓數(shù)據(jù)的動態(tài)波型描述，也運用了動畫模擬(圖2B)。在可視化教程制作中，我們采用常用的數(shù)碼后期處理軟件(如剪映、Primiere等軟件)，對數(shù)碼影音資料進行編輯及配音、文字展示等，實現(xiàn)現(xiàn)場操作、動畫演示、圖形描記多維可視效果。

圖2 可視化教程動畫模擬

3 可視化教程的應(yīng)用成效

實驗性急性右心衰竭可視化教程經(jīng)過近兩個學(xué)年的實驗教學(xué)應(yīng)用，我們在2018級臨床醫(yī)學(xué)八年制、2020級臨床醫(yī)學(xué)、護理等專業(yè)本科班隨機進行匿名問卷調(diào)查，收到有效問卷105份。結(jié)果顯示，可視化教程在激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)習(xí)主動性，提高學(xué)習(xí)效率，促進實驗技能掌握和對實驗設(shè)計理解，鍛煉自主學(xué)習(xí)能力，可視化教程輔導(dǎo)幫助作用等方面都得到90%以上的認可。同時，任課教師和學(xué)生一致贊同可視化教程教學(xué)模式在其他實驗項目上推廣應(yīng)用。在實驗教學(xué)效果方面，2021-2022學(xué)年與2020-2021學(xué)年的相同學(xué)制、專業(yè)實驗教學(xué)數(shù)據(jù)相比較，動物麻醉死亡率明顯下降，學(xué)生可自主完成動脈插管和右心室插管等關(guān)鍵技術(shù)，提高了實驗效率，減輕任課教師的教學(xué)壓力和重復(fù)性勞動，實驗教學(xué)應(yīng)用成效顯著(表1)。

表1 可視化教程教學(xué)應(yīng)用效果

4 可視化教程的應(yīng)用探討

經(jīng)實驗教學(xué)應(yīng)用實踐，可視化教程的應(yīng)用能有效促進學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和參與感，強化和提升學(xué)生的實驗技能，顯著提高實驗教學(xué)效果。通過課前、課堂及課后的系統(tǒng)化學(xué)習(xí)，增強了學(xué)生的自信心。線上結(jié)合線下的學(xué)習(xí)方式符合當下移動端的學(xué)習(xí)習(xí)慣，實現(xiàn)隨時隨地的學(xué)習(xí)，對提高教學(xué)質(zhì)量和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣有著積極的促進作用[6,7]。總體來說，可視化教程具有如下幾個特點。

4.1 即時沉浸式教學(xué)

可視化教程以任課教師的現(xiàn)場實驗內(nèi)容操作和講解為基礎(chǔ)，將實驗操作過程以第一視角展示給學(xué)生，實現(xiàn)實驗條件和實驗教學(xué)環(huán)境的一致性，帶給學(xué)生身臨其境的學(xué)習(xí)感受，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4.2 實驗教學(xué)立體化

①靜態(tài)內(nèi)容動態(tài)化?？梢暬坛檀蚱片F(xiàn)有實驗教程的傳統(tǒng)模式，將實驗過程以動態(tài)現(xiàn)場影像的方式展示給學(xué)生。②單一內(nèi)容綜合化。針對實驗教學(xué)過程中如動物麻醉過程及麻醉效果不穩(wěn)定的問題，可視化教程采用靜脈注射麻醉為主，輔助腹腔注射麻醉、皮下注射麻醉等綜合麻醉方式及過程上對學(xué)生的操作詳細指導(dǎo)及過程分步管理，引導(dǎo)學(xué)生落實麻醉操作的關(guān)鍵步驟，相比單一靜脈注射麻醉方法，更易于學(xué)生控制麻醉劑量，達到理想的麻醉效果，減少因麻醉所導(dǎo)致的實驗動物死亡，使實驗順利進行。同時，可視化教程可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)了解多種麻醉方式及其實踐應(yīng)用，為后期醫(yī)學(xué)課程學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。③重點內(nèi)容多維化。講述復(fù)雜且重要的實驗環(huán)節(jié)如右心室導(dǎo)管插管及導(dǎo)管行進過程，可視化教程運用動畫模擬技術(shù)，生動直觀地展現(xiàn)實驗操作過程及注意事項，配合實景實驗操作高清錄像，同時顯示與操作過程相關(guān)的數(shù)據(jù)和波形。學(xué)生全段或分段反復(fù)觀看，快速熟悉實驗內(nèi)容和模仿練習(xí)，由靜態(tài)二維學(xué)習(xí)模式轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)三維立體的高效學(xué)習(xí)模式。這充分發(fā)揮了多媒體等現(xiàn)代信息技術(shù)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中的優(yōu)勢作用[8,9]。

4.3 建立實驗教學(xué)“一對一”模式

傳統(tǒng)實驗教學(xué)課堂中，針對實驗教學(xué)過程中出現(xiàn)一些共性和個性的問題，任課教師要花費很多時間，反復(fù)地給學(xué)生強調(diào)和解釋，消耗大量精力，也占用了寶貴的實驗學(xué)時。教學(xué)改革后，我們優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)模式，讓教師發(fā)揮教學(xué)主導(dǎo)作用[10]，以學(xué)生為中心，將學(xué)習(xí)的主動權(quán)交給學(xué)生。學(xué)生可根據(jù)自身特點，差異化地安排適合自己的實驗進度、學(xué)習(xí)重點?？梢暬坛炭蓪崿F(xiàn)個性化“一對一”的教學(xué)效果，真正做到教學(xué)過程以學(xué)生為主體，從根本上提升整體的教學(xué)質(zhì)量與效果[11]。

4.4 實現(xiàn)線上和線下教學(xué)模式有機結(jié)合

探索實驗教學(xué)課堂以外的碎片化時間進行學(xué)習(xí)，是提高學(xué)習(xí)效率的有效方法。線上教學(xué)方式打破了時間和空間的約束[6,12,13]。針對手術(shù)操作復(fù)雜、病理模型復(fù)制難度大的綜合性實驗，如實驗性急性右心衰竭，學(xué)生在時間有限的課堂上要完成頸總靜脈的分離、右心室插管操作和實驗性急性右心衰竭病理模型的復(fù)制等實驗內(nèi)容。因此，我們提倡學(xué)生進行課前預(yù)習(xí)。應(yīng)用可視化教程線上教學(xué)資源，學(xué)生通過預(yù)習(xí)，可以提前熟悉和了解實驗教學(xué)內(nèi)容，做到實驗內(nèi)容心中有數(shù)，實驗操作手中有度。同時，可視化教程也可用于課后對照復(fù)習(xí)，鞏固實驗教學(xué)訓(xùn)練成效，加深學(xué)生對專業(yè)知識的理解和吸收，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，增強其學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮自主化、個性化學(xué)習(xí)的指導(dǎo)作用[7,13,14]。

4.5 可視化教程推廣應(yīng)用前景可及

實驗性急性右心衰竭可視化教程內(nèi)容來源于傳統(tǒng)經(jīng)典實驗，是醫(yī)學(xué)本科生必須學(xué)習(xí)和掌握的實驗內(nèi)容，可供醫(yī)藥院校應(yīng)用?？梢暬夹g(shù)對設(shè)備條件的要求相對較低，圖像及圖形可視化、動畫制作等技術(shù)條件完備成熟、方法穩(wěn)定可靠，制作軟件豐富，制作開發(fā)成本較低，周期短，優(yōu)于虛擬仿真(VR/AR)實驗，易于普及推廣。

實驗性急性右心衰竭可視化教程具有豐富生動的實驗教學(xué)內(nèi)容，實現(xiàn)了現(xiàn)場操作、動畫演示、圖形描記多維可視化，取得了良好的實驗教學(xué)效果。然而，本教程中仍存在一些不足之處，如實驗教學(xué)中互動與交流功能還有提升空間，可融合VR/AR仿真等技術(shù)方法優(yōu)點[13,15]，加強問答交流以及自我測試功能，相互補充借鑒。這些是可視化教程改進和努力的方向。另外，實驗教學(xué)效果評估數(shù)據(jù)有待進一步累積和統(tǒng)計分析。

急性右心衰竭可視化教程的制作及應(yīng)用的初步探討，是在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)開放創(chuàng)新實驗教學(xué)體系中的探索性實踐，立足新時期，以創(chuàng)新性實驗思維和勝任力為目標的醫(yī)學(xué)生培養(yǎng)要求[14]。培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和實踐能力的實踐應(yīng)用，適用于低年級醫(yī)學(xué)生的實驗教學(xué)訓(xùn)練，與部分高年級本科生和碩士生的研究性課題參照學(xué)習(xí)，可作為混合多模式教學(xué)的共享教學(xué)資源，有較好的推廣應(yīng)用前景。