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基础医学实验教学的信息数字化建设与课程整合研究
作者:原宝华,张阳,胡浩 来源:《中国医学教育技术》 发表时间:2019-10-07 09:58:10 点击率:

  基础医学实验教学的发展与信息技术、网络技术以及现代教育技术息息相关。随着高校教育信息化和数字化智慧校园的建设,实验教学信息数字化的资源形式、技术支持、组织方式及互动教学必将发生变革。基础医学实验教学的网络学习环境建设、数字化资源建设将为信息技术与课程整合提供强有力的技术支撑,对基础医学实验教学流程的优化,教学效率的提高发挥更显著的作用。因此,从基础医学实验教学的信息数字化视角来思考平台构建,探讨信息数字化技术与课程整合具有重要的现实意义和应用价值。
  1基础医学数字化实验教学平台建设的必要性
  随着国家数字化战略的推进和发展,高等教育信息化技术应用大幅提升。基础医学实验教学平台建设得到了飞速发展,从过去的计算机辅助教学到信息技术与课程融合,再到信息数字化技术与课程整合,形成了新型的教学形态,虚拟仿真实验教学平台、虚拟现实教学平台实现了实验教学中知识难点的可视化、数字化、虚拟化,解决了基础医学实验教学难点问题,在创新教育理念、教育模式和教学体系方面,成为推动实验教学变革的重要力量。另外,信息数字化实验教学平台具备课前、课中、课后的网络学习功能,解决了学习的时空界限。这些优势凸显出基础医学数字化实验教学平台建设的必要性,因此,建设好基础医学实验教学信息数字化平台意义重大。
  2基础医学实验教学信息数字化平台及其基本功能
  2.1数字人解剖教学平台
  近年来,解剖学的教学方法和手段不断更新,数字化教学广泛应用,形成了数字人体解剖,其信息量大、形象直观,且与传统解剖教学有机结合,取长补短、优势互补,有力地推动了解剖学教学的发展。西安交通大学数字人解剖教学平台主要由数字人教师端、数字人学生端、网络版数字人端、高清录播解剖互动系统及平衡臂式无影灯等构成教学系统。
  通过系统教师端,教师在课堂上可以更加形象、直观地讲授人体三维结构,应用随手画的方式突出相关知识点,还可以展示课件、图片以及播放视频,4K高分辨率的显示效果可以更好地替代投影仪进行数字化教学。在系统学生端,将解剖学实验课内容与先进的数字虚拟人体技术互相结合,使得学生在学习过程中对人体结构进行虚拟与真实的对比,快速、精准地掌握相关内容知识,还可在课前或课后进行预习和复习。在网络版系统端,可为学生开放互联网在线学习平台使用权限,通过云在线方式,为学生提供互联网教学、学习、互动与考核的相关服务,方便教师教学,协助学生自主学习,成为解剖学教学的优质工具。
  通过高清录播解剖互动系统,可对解剖过程全程录像,系统配备全高清分辨率的视频采集、编辑、传输和存储。借助互动软件,完成对多路高清视频的直播、转播及点播,满足课堂开放的需要。平衡臂式无影灯,灯头一体化两组拉手设计,实现多方位照明要求,臂长达1.5 m,有多种手术环境照明模式,解决了解剖过程局部照明不足的问题,也为学生的局解操作提供了安全保证。
  2.2机能学信息数字化实验教学平台
  医学机能实验教学的计算机化、集成化、网络化是现代信息技术在基础医学实验教学的典型应用,是实验教学与信息数字化技术融合、发展的代表性例证。机能学信息数字化实验教学平台由集成化实验教学系统、电子教室软件、虚拟仿真实验教学系统等组成。该校集成化实验教学系统由教师机工作站、学生机工作站组成,实现了机能实验教学的信息数字化、网络化和集成化。集成化工作台将可移动实验平台、生物采集系统、动物呼吸机、测温系统、照明系统以及同步演示系统等集成为一体,实验数据、报告处理无纸化,方便教师进行实验管理,大大提高了实验的便利性和装置的可移动性。特别是系统集成了实验模块、项目介绍实验报告、网络、多媒体、工具等信息数字化技术支撑的实验和教学功能。实验模块不仅有以学科分类的实验模块,而且有系统分类的实验模块,实现了学生的个性化实验操作训练和教学实践。
  实验报告可以在课中、课后上传至数据库,交由教师批阅及管理,实验数据和图形也可以实时通过网络上传。多媒体由视频、播放、录制、录像库、模拟中心集成为一体,实现了信息数字化技术支撑的实验教学。
  通过电子教室软件可将教师工作站和学生工作站无线联络,实现教师机实验操作屏幕分发共享、教师机监控学生机实验场景屏幕以及学生实验操作界面的投影共享,另外,在实验过程中师生的屏幕信息可以交换,教师可以点对点或点到面地在教师工作站观察到学生的实验操作细节并实时指导,对具有实验教学意义的学生实验操作场景可以进行实时屏幕共
享和投影。
  虚拟仿真实验教学是通过多媒体、虚拟现实、人机交互、网络通讯等技术,搭建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象,学生可以在虚拟环境中进行实验操作,进而达到教学大纲的目的和要求。新浪体育虚拟仿真实验教学资源丰富,实验项目达110余项,结合实体实验,做到虚实结合互补教学。新浪体育还在不断优化、更新更多的优质共享资源,并面向校内外共享开放。
  2.3形态学数字切片教学平台
  医学形态学数字切片教学平台主要应用于组织学和病理学的实验教学,通过该平台学生可以跨越时空进行数字切片的浏览,实验课教学效果得到显著改善。该校形态学数字切片教学平台主要由全自动数字切片扫描系统、数字切片教学网络系统组成。
  全自动数字切片扫描系统是由一台全自动数字显微镜和相关的专业控制器构成。借助全自动扫描平台的扫描与控制软件,可以将传统的玻璃切片进行系统扫描,使用相关软件无缝拼接,最后生成一整张全视野的包含预选兴趣区所有信息的数字化切片图像文件。
  数字切片教学网络系统是由安装在网络服务器内的DSE系统和数字切片库构成。通过数字切片教学网络系统,可在IE浏览器进行数字切片的网络浏览和后台管理。数字切片库一般按照教学大纲要求进行相应标注,浏览目录按照电子书的方式翻页查看,操作便捷。在教师或学生的终端计算机,通过IE浏览器可以用两种切片观察模式来学习相关数字切片。该平台体现了信息数字化技术与相关学科教学课程的深度融合,医学形态学课程由传统的显微镜实验教学提升到信息数字化教学,极大地提高了实验教学效果和教学质量。
  3以机能实验教学为例探讨信息数字化构建与课程整合
  为进一步探讨基础医学实验教学的信息数字化构建与课程整合,下面以西安交通大学医学部机能学教学信息数字化平台为例介绍:
  信息数字化技术在机能实验教学的应用是从20世纪90年代中后期开始的。随着信息技术向教育领域的渗透和国家层面的推广,使我国教育教学形态发生了根本性的变革。该校机能学实验教学的课程改革,也顺应了这一发展趋势:1984年到1998年的初期探索阶段,开展了机能学课程改革,将生理学、药理学、病理生理学的实验教学进行课程整合,提出了教学改革的思路和发展愿景;第二个阶段是1998年至今,将信息数字化技术与机能学课程深度整合,发展形成了较为成熟的机能学信息数字化实验教学体系。机能实验教学的信息化生态从计算机实验系统发展到数字网络化的集成化实验教学系统、虚拟仿真教学系统困,再到目前的虚拟现实教学系统等,信息数字化技术在机能学的教学改革和课程整合中发挥了重要作用。但是,随着全国医学器官一系统整合教材的出版,新的医学课程整合的提出和实践,对医学教育的信息数字化以及医学教育技术在课程整合的应用提出了挑战。信息数字化与机能学课程整合还没有一个确定的定义,如何在机能学新的课程改革和整合中把新的信息数字化技术最好地应用到教学设计和教学模式中,值得探索实践。
  3.1信息数字化与课程整合定义的探讨
  机能学的信息数字化技术是在与机能学的教育实践中结合而得到催生和发展的,机能学的实验教学信息化经历了起步一应用一融合一创新的过程,最初把信息数字化技术只是作为工具辅助教学,逐渐强调利用信息技术建造信息化教学环境,实现信息获取、多重交互、资源共享、启发思考、协作学习的新型教学方式,从而把学生学习的积极性、主动性充分调动起来,使学生的创新意识与实践能力得到提升。目前,信息数字化与课程整合还没有一个规范的定义,笔者认为可以从以下三个方面来加以考虑:
  3.1.1将信息数字化技术与课程整合视作“教学工具”整合这一观点认为“信息数字化技术与课程整合是指将信息技术以工具的形式与课程融为一体,即将信息数字化技术融入课程教学的要素中,使之成为教师的教学工具,学生的认知工具,重要的教材形态;或是将信息技术融入课程教学的各个环节,既是学习的对象,又是学习的手段”。这个观点是基于第一代信息技术,将信息技术当作一种外在的工具手段,从工具的价值角度突出二者的融合。
  3.1.2将信息数字化技术与课程整合视作“教学方式”创新这种观点认为“信息数字化技术与课程整合是指在教学过程中将信息技术、信息资源、人力资源和课程内容有机结合,共同完成课程教学任务的一种新型的教学方式”。这个观点注重将信息数字化技术资源与课程具体内容有机融合,强调二者整合的目的是完成教学任务和优化教学过程。
  3.1.3将信息数字化技术与课程整合视作“教学环境”创设这种观点认为“信息数字化技术与课程整合是通过将信息技术有效融合到教学过程,营造一种新型教学环境,实现既能发挥教师的主导作用又能体现学生主体地位的以‘自主、探究、合作’为特点的教与学方式,从而把学生的主动性、创造性充分发挥出来,将学生的实践能力与创新精神培养真正落到实处”。这个观点是基于新一代信息技术(尤其是互联网技术、数字技术和智能技术等)可以变革教学环境和课堂结构的功能,强调信息数字化技术与课程整合中教和学作用的发挥,是集技术、课程、人、教与学为一体的深度融合。
  3.2信息数字化技术与机能学课程整合的教学设计思考
  信息数字化教学设计一直是现代医学实验教学教育技术思考的重点,它是借鉴信息数字化技术融合于课程的开发设计,使信息数字化技术与课程教学达到无缝衔接和深度融合。机能学实验教学的信息数字化教学走过了从网站平台建设、多媒体课件应用、网络课程教学到现在的数字化平台建设和虚拟现实的发展过程,循序地从初期课程整合设计,到教学体系设计,再到网络教学设计的发展方向。在未来,信息数字技术、人工智能等与机能学课程整合的教学实践中,如何跟上时代的步伐,使崭新的设计理念、设计思维在课程整合的实践中起到设计导向、设计引领,从而实现信息技术与机能实验课程整合的深度融合,值得我们思考和探索。
  4信息数字化技术与机能学课程整合的教学模式思考
  1998年开始的新浪体育机能实验教学课程整合,从信息数字化技术的视角出发,强调医学实验过程教学模式和基于技术支撑环境教学模式的融合,不断探索新的教学模式,取得了良好的教学效果,达到了教学模式的设计目标。2012年以来,慕课、微课、线上线下混合教学模式、翻转课堂、个性化自主探究式教学模式等,已经成为信息数字化技术与课程整合的主流模式和研究热点。基于信息数字化的新型教学模式与机能实验学如何整合,值得从事机能实验教学人员去思考和探索。
  5结束语
  在国家大力推进数字中国、数字经济和互联网+的历史潮流下,信息数字化技术与基础医学实验教学的课程整合,呈现出光明的前景和机会,为基础医学实验教学改革的进一步发展提供了创新的契机,新的教学模式和信息技术将成为基础医学教育改革的新的突破口。