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基礎醫學實驗教學的信息數字化建設與課程整合研究
作者:原寶華,張陽,胡浩 來源:《中國醫學教育技術》 發表時間:2019-10-07 09:58:10 點擊率:

  基礎醫學實驗教學的發展與信息技術、網絡技術以及現代教育技術息息相關。隨著高校教育信息化和數字化智慧校園的建設,實驗教學信息數字化的資源形式、技術支持、組織方式及互動教學必將發生變革?;A醫學實驗教學的網絡學習環境建設、數字化資源建設將為信息技術與課程整合提供強有力的技術支撐,對基礎醫學實驗教學流程的優化,教學效率的提高發揮更顯著的作用。因此,從基礎醫學實驗教學的信息數字化視角來思考平臺構建,探討信息數字化技術與課程整合具有重要的現實意義和應用價值。
  1基礎醫學數字化實驗教學平臺建設的必要性
  隨著國家數字化戰略的推進和發展,高等教育信息化技術應用大幅提升?;A醫學實驗教學平臺建設得到了飛速發展,從過去的計算機輔助教學到信息技術與課程融合,再到信息數字化技術與課程整合,形成了新型的教學形態,虛擬仿真實驗教學平臺、虛擬現實教學平臺實現了實驗教學中知識難點的可視化、數字化、虛擬化,解決了基礎醫學實驗教學難點問題,在創新教育理念、教育模式和教學體系方面,成為推動實驗教學變革的重要力量。另外,信息數字化實驗教學平臺具備課前、課中、課后的網絡學習功能,解決了學習的時空界限。這些優勢凸顯出基礎醫學數字化實驗教學平臺建設的必要性,因此,建設好基礎醫學實驗教學信息數字化平臺意義重大。
  2基礎醫學實驗教學信息數字化平臺及其基本功能
  2.1數字人解剖教學平臺
  近年來,解剖學的教學方法和手段不斷更新,數字化教學廣泛應用,形成了數字人體解剖,其信息量大、形象直觀,且與傳統解剖教學有機結合,取長補短、優勢互補,有力地推動了解剖學教學的發展。西安交通大學數字人解剖教學平臺主要由數字人教師端、數字人學生端、網絡版數字人端、高清錄播解剖互動系統及平衡臂式無影燈等構成教學系統。
  通過系統教師端,教師在課堂上可以更加形象、直觀地講授人體三維結構,應用隨手畫的方式突出相關知識點,還可以展示課件、圖片以及播放視頻,4K高分辨率的顯示效果可以更好地替代投影儀進行數字化教學。在系統學生端,將解剖學實驗課內容與先進的數字虛擬人體技術互相結合,使得學生在學習過程中對人體結構進行虛擬與真實的對比,快速、精準地掌握相關內容知識,還可在課前或課后進行預習和復習。在網絡版系統端,可為學生開放互聯網在線學習平臺使用權限,通過云在線方式,為學生提供互聯網教學、學習、互動與考核的相關服務,方便教師教學,協助學生自主學習,成為解剖學教學的優質工具。
  通過高清錄播解剖互動系統,可對解剖過程全程錄像,系統配備全高清分辨率的視頻采集、編輯、傳輸和存儲。借助互動軟件,完成對多路高清視頻的直播、轉播及點播,滿足課堂開放的需要。平衡臂式無影燈,燈頭一體化兩組拉手設計,實現多方位照明要求,臂長達1.5 m,有多種手術環境照明模式,解決了解剖過程局部照明不足的問題,也為學生的局解操作提供了安全保證。
  2.2機能學信息數字化實驗教學平臺
  醫學機能實驗教學的計算機化、集成化、網絡化是現代信息技術在基礎醫學實驗教學的典型應用,是實驗教學與信息數字化技術融合、發展的代表性例證。機能學信息數字化實驗教學平臺由集成化實驗教學系統、電子教室軟件、虛擬仿真實驗教學系統等組成。該校集成化實驗教學系統由教師機工作站、學生機工作站組成,實現了機能實驗教學的信息數字化、網絡化和集成化。集成化工作臺將可移動實驗平臺、生物采集系統、動物呼吸機、測溫系統、照明系統以及同步演示系統等集成為一體,實驗數據、報告處理無紙化,方便教師進行實驗管理,大大提高了實驗的便利性和裝置的可移動性。特別是系統集成了實驗模塊、項目介紹實驗報告、網絡、多媒體、工具等信息數字化技術支撐的實驗和教學功能。實驗模塊不僅有以學科分類的實驗模塊,而且有系統分類的實驗模塊,實現了學生的個性化實驗操作訓練和教學實踐。
  實驗報告可以在課中、課后上傳至數據庫,交由教師批閱及管理,實驗數據和圖形也可以實時通過網絡上傳。多媒體由視頻、播放、錄制、錄像庫、模擬中心集成為一體,實現了信息數字化技術支撐的實驗教學。
  通過電子教室軟件可將教師工作站和學生工作站無線聯絡,實現教師機實驗操作屏幕分發共享、教師機監控學生機實驗場景屏幕以及學生實驗操作界面的投影共享,另外,在實驗過程中師生的屏幕信息可以交換,教師可以點對點或點到面地在教師工作站觀察到學生的實驗操作細節并實時指導,對具有實驗教學意義的學生實驗操作場景可以進行實時屏幕共
享和投影。
  虛擬仿真實驗教學是通過多媒體、虛擬現實、人機交互、網絡通訊等技術,搭建高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象,學生可以在虛擬環境中進行實驗操作,進而達到教學大綱的目的和要求。學校虛擬仿真實驗教學資源豐富,實驗項目達110余項,結合實體實驗,做到虛實結合互補教學。學校還在不斷優化、更新更多的優質共享資源,并面向校內外共享開放。
  2.3形態學數字切片教學平臺
  醫學形態學數字切片教學平臺主要應用于組織學和病理學的實驗教學,通過該平臺學生可以跨越時空進行數字切片的瀏覽,實驗課教學效果得到顯著改善。該校形態學數字切片教學平臺主要由全自動數字切片掃描系統、數字切片教學網絡系統組成。
  全自動數字切片掃描系統是由一臺全自動數字顯微鏡和相關的專業控制器構成。借助全自動掃描平臺的掃描與控制軟件,可以將傳統的玻璃切片進行系統掃描,使用相關軟件無縫拼接,最后生成一整張全視野的包含預選興趣區所有信息的數字化切片圖像文件。
  數字切片教學網絡系統是由安裝在網絡服務器內的DSE系統和數字切片庫構成。通過數字切片教學網絡系統,可在IE瀏覽器進行數字切片的網絡瀏覽和后臺管理。數字切片庫一般按照教學大綱要求進行相應標注,瀏覽目錄按照電子書的方式翻頁查看,操作便捷。在教師或學生的終端計算機,通過IE瀏覽器可以用兩種切片觀察模式來學習相關數字切片。該平臺體現了信息數字化技術與相關學科教學課程的深度融合,醫學形態學課程由傳統的顯微鏡實驗教學提升到信息數字化教學,極大地提高了實驗教學效果和教學質量。
  3以機能實驗教學為例探討信息數字化構建與課程整合
  為進一步探討基礎醫學實驗教學的信息數字化構建與課程整合,下面以西安交通大學醫學部機能學教學信息數字化平臺為例介紹:
  信息數字化技術在機能實驗教學的應用是從20世紀90年代中后期開始的。隨著信息技術向教育領域的滲透和國家層面的推廣,使我國教育教學形態發生了根本性的變革。該校機能學實驗教學的課程改革,也順應了這一發展趨勢:1984年到1998年的初期探索階段,開展了機能學課程改革,將生理學、藥理學、病理生理學的實驗教學進行課程整合,提出了教學改革的思路和發展愿景;第二個階段是1998年至今,將信息數字化技術與機能學課程深度整合,發展形成了較為成熟的機能學信息數字化實驗教學體系。機能實驗教學的信息化生態從計算機實驗系統發展到數字網絡化的集成化實驗教學系統、虛擬仿真教學系統困,再到目前的虛擬現實教學系統等,信息數字化技術在機能學的教學改革和課程整合中發揮了重要作用。但是,隨著全國醫學器官一系統整合教材的出版,新的醫學課程整合的提出和實踐,對醫學教育的信息數字化以及醫學教育技術在課程整合的應用提出了挑戰。信息數字化與機能學課程整合還沒有一個確定的定義,如何在機能學新的課程改革和整合中把新的信息數字化技術最好地應用到教學設計和教學模式中,值得探索實踐。
  3.1信息數字化與課程整合定義的探討
  機能學的信息數字化技術是在與機能學的教育實踐中結合而得到催生和發展的,機能學的實驗教學信息化經歷了起步一應用一融合一創新的過程,最初把信息數字化技術只是作為工具輔助教學,逐漸強調利用信息技術建造信息化教學環境,實現信息獲取、多重交互、資源共享、啟發思考、協作學習的新型教學方式,從而把學生學習的積極性、主動性充分調動起來,使學生的創新意識與實踐能力得到提升。目前,信息數字化與課程整合還沒有一個規范的定義,筆者認為可以從以下三個方面來加以考慮:
  3.1.1將信息數字化技術與課程整合視作“教學工具”整合這一觀點認為“信息數字化技術與課程整合是指將信息技術以工具的形式與課程融為一體,即將信息數字化技術融入課程教學的要素中,使之成為教師的教學工具,學生的認知工具,重要的教材形態;或是將信息技術融入課程教學的各個環節,既是學習的對象,又是學習的手段”。這個觀點是基于第一代信息技術,將信息技術當作一種外在的工具手段,從工具的價值角度突出二者的融合。
  3.1.2將信息數字化技術與課程整合視作“教學方式”創新這種觀點認為“信息數字化技術與課程整合是指在教學過程中將信息技術、信息資源、人力資源和課程內容有機結合,共同完成課程教學任務的一種新型的教學方式”。這個觀點注重將信息數字化技術資源與課程具體內容有機融合,強調二者整合的目的是完成教學任務和優化教學過程。
  3.1.3將信息數字化技術與課程整合視作“教學環境”創設這種觀點認為“信息數字化技術與課程整合是通過將信息技術有效融合到教學過程,營造一種新型教學環境,實現既能發揮教師的主導作用又能體現學生主體地位的以‘自主、探究、合作’為特點的教與學方式,從而把學生的主動性、創造性充分發揮出來,將學生的實踐能力與創新精神培養真正落到實處”。這個觀點是基于新一代信息技術(尤其是互聯網技術、數字技術和智能技術等)可以變革教學環境和課堂結構的功能,強調信息數字化技術與課程整合中教和學作用的發揮,是集技術、課程、人、教與學為一體的深度融合。
  3.2信息數字化技術與機能學課程整合的教學設計思考
  信息數字化教學設計一直是現代醫學實驗教學教育技術思考的重點,它是借鑒信息數字化技術融合于課程的開發設計,使信息數字化技術與課程教學達到無縫銜接和深度融合。機能學實驗教學的信息數字化教學走過了從網站平臺建設、多媒體課件應用、網絡課程教學到現在的數字化平臺建設和虛擬現實的發展過程,循序地從初期課程整合設計,到教學體系設計,再到網絡教學設計的發展方向。在未來,信息數字技術、人工智能等與機能學課程整合的教學實踐中,如何跟上時代的步伐,使嶄新的設計理念、設計思維在課程整合的實踐中起到設計導向、設計引領,從而實現信息技術與機能實驗課程整合的深度融合,值得我們思考和探索。
  4信息數字化技術與機能學課程整合的教學模式思考
  1998年開始的學校機能實驗教學課程整合,從信息數字化技術的視角出發,強調醫學實驗過程教學模式和基于技術支撐環境教學模式的融合,不斷探索新的教學模式,取得了良好的教學效果,達到了教學模式的設計目標。2012年以來,慕課、微課、線上線下混合教學模式、翻轉課堂、個性化自主探究式教學模式等,已經成為信息數字化技術與課程整合的主流模式和研究熱點?;谛畔底只男滦徒虒W模式與機能實驗學如何整合,值得從事機能實驗教學人員去思考和探索。
  5結束語
  在國家大力推進數字中國、數字經濟和互聯網+的歷史潮流下,信息數字化技術與基礎醫學實驗教學的課程整合,呈現出光明的前景和機會,為基礎醫學實驗教學改革的進一步發展提供了創新的契機,新的教學模式和信息技術將成為基礎醫學教育改革的新的突破口。





 

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