數(shù)字醫(yī)學(xué)多元化教學(xué)方式的探討及思考

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(上海交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院；上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院)

經(jīng)過十余年的發(fā)展，數(shù)字醫(yī)學(xué)在我國逐漸發(fā)展成一門新學(xué)科，當(dāng)前我國數(shù)字醫(yī)學(xué)的教育尚處于起步階段，存在教學(xué)系統(tǒng)不完善、教學(xué)模式不明確等問題。對(duì)于數(shù)字醫(yī)學(xué)的教學(xué)方式，應(yīng)明確數(shù)字醫(yī)學(xué)教育的目的是培養(yǎng)一系列高素質(zhì)綜合人才，能利用工程技術(shù)提高臨床醫(yī)學(xué)診療水平，即數(shù)字醫(yī)學(xué)學(xué)科是以理論為基礎(chǔ)、以實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)，具有多學(xué)科交叉、多層面融合的特點(diǎn)。本研究基于面向醫(yī)學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐，分析并探討數(shù)字醫(yī)學(xué)多元化教學(xué)方式的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用方法。

傳統(tǒng)的教學(xué)方式主要是以課堂授課為主，往往缺乏互動(dòng)性。一方面，教師容易忽視學(xué)生的接收程度，僅一味地傳授新知識(shí)而無相關(guān)舉措引導(dǎo)學(xué)生思考問題、培養(yǎng)學(xué)習(xí)思維等；另一方面，學(xué)生也常因?yàn)轭A(yù)習(xí)不足，對(duì)課堂內(nèi)容感到陌生而不能很好地在課上掌握知識(shí)。數(shù)字醫(yī)學(xué)作為一門交叉學(xué)科，涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)、傳感器技術(shù)、圖像處理等理工學(xué)科，對(duì)于學(xué)生來說，這些領(lǐng)域既陌生也有較高的學(xué)習(xí)門檻，如果沒有合適的教學(xué)方式，容易使學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣。

在數(shù)字醫(yī)學(xué)課程教學(xué)中，應(yīng)根據(jù)學(xué)生具體的專業(yè)背景對(duì)授課目標(biāo)進(jìn)行定位。2017年秋季，筆者團(tuán)隊(duì)在上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院主講《數(shù)字醫(yī)學(xué)中的3D打印技術(shù)》課程，共有98位臨床專業(yè)的研一學(xué)生選修該課，學(xué)生專業(yè)背景多樣，涵蓋了眼科、骨科、心內(nèi)科等研究方向，故定位該門課程以概況簡(jiǎn)介、培養(yǎng)學(xué)生興趣作為授課目標(biāo)，主講內(nèi)容包括了個(gè)性化內(nèi)植物的數(shù)字化設(shè)計(jì)和制造技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在手術(shù)導(dǎo)航中的應(yīng)用、機(jī)器人技術(shù)在外科手術(shù)中的應(yīng)用、數(shù)字化手術(shù)規(guī)劃、人體關(guān)節(jié)的3D生物力學(xué)評(píng)估、智能康復(fù)等，并邀請(qǐng)了各個(gè)領(lǐng)域的專家為學(xué)生講授課堂內(nèi)容，教學(xué)隊(duì)伍包括了1名院士、8名教授、1名副教授和3名工程師，課時(shí)為32學(xué)時(shí)。其中，高級(jí)職稱教師承擔(dān)的教學(xué)任務(wù)不少于70%，并可以各種形式承擔(dān)教學(xué)工作，包括理論課、科創(chuàng)項(xiàng)目帶教、教學(xué)管理和教材編寫等。

在數(shù)字醫(yī)學(xué)課程內(nèi)容設(shè)置方面，考慮以介紹數(shù)字醫(yī)學(xué)各領(lǐng)域概況、進(jìn)展為主，不對(duì)課程設(shè)計(jì)的工學(xué)原理、數(shù)學(xué)公式等做過于詳細(xì)的講解和要求。在授課過程中，教師通過視頻、圖片的形式向?qū)W生展示數(shù)字醫(yī)學(xué)的發(fā)展前沿，通過對(duì)實(shí)際案例進(jìn)行生動(dòng)的講解從而使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣。如涉及虛擬現(xiàn)實(shí)與數(shù)字技術(shù)在康復(fù)機(jī)器人領(lǐng)域的研究內(nèi)容時(shí)，主講教師向?qū)W生展示了大量的康復(fù)機(jī)器人操作視頻和國際前沿手術(shù)機(jī)器人的產(chǎn)品展示幻燈，讓學(xué)生身臨其境，直觀地了解康復(fù)機(jī)器人的工作原理和用途，以及對(duì)新技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)有直觀認(rèn)知。在主講3D打印技術(shù)在顱頜面畸形治療中的應(yīng)用時(shí)，主講教師根據(jù)自己多年的整形修復(fù)臨床經(jīng)驗(yàn)，使用以案例為基礎(chǔ)的教學(xué)(case-based learning，CBL)模式，向?qū)W生展示了許多真實(shí)且前沿的病例，并簡(jiǎn)明扼要地結(jié)合各個(gè)病例，對(duì)手術(shù)治療方案當(dāng)中運(yùn)用到3D打印技術(shù)進(jìn)行講解，向?qū)W生展示3D打印成品，生動(dòng)地闡述了數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)在臨床應(yīng)用方面的優(yōu)點(diǎn)。

在數(shù)字醫(yī)學(xué)課程授課前后，應(yīng)提供足夠的閱讀材料供學(xué)生參考。數(shù)字醫(yī)學(xué)的涉及面廣，不同的學(xué)生熟悉的領(lǐng)域不一樣，授課前應(yīng)讓學(xué)生進(jìn)行課程內(nèi)容的預(yù)習(xí)。在課程開始前，推薦學(xué)生觀看國內(nèi)外相關(guān)的公開課和書籍，使學(xué)生自主了解在數(shù)字化時(shí)代里醫(yī)療領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，激發(fā)學(xué)生對(duì)新技術(shù)新應(yīng)用的學(xué)習(xí)興趣和思考，同時(shí)從讓學(xué)生思考新技術(shù)的發(fā)展對(duì)醫(yī)患關(guān)系的影響等，以培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的人文素養(yǎng)。課程培養(yǎng)目標(biāo)主要是讓學(xué)生了解相關(guān)的醫(yī)療新興技術(shù)，并批判性地看待和分析當(dāng)代的數(shù)字醫(yī)學(xué)。在每次課程結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)告知學(xué)生下次課程的主講內(nèi)容。課堂外可定期組織文獻(xiàn)報(bào)告會(huì)(journal club)。文獻(xiàn)報(bào)告會(huì)是由各個(gè)小組成員定期針對(duì)專業(yè)領(lǐng)域中的最新文獻(xiàn)進(jìn)行討論，分享各自的觀點(diǎn)，以指導(dǎo)臨床實(shí)踐，根據(jù)Deenadayalan等人提出的方法制定文獻(xiàn)報(bào)告會(huì)教學(xué)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。每周一次安排教師或?qū)W生主講數(shù)字醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里新發(fā)表的代表性高的論文，并把論文提前發(fā)給參與者以供預(yù)先學(xué)習(xí)思考、凝練問題，會(huì)上主講者結(jié)合自己的科研、臨床工作對(duì)該論文進(jìn)行解讀，與會(huì)者可以隨時(shí)打斷演講提出問題，所有人共同參與討論，以從中收獲新知識(shí)和新思路。

在數(shù)字醫(yī)學(xué)課程授課過程中，教師可使用建構(gòu)主義引導(dǎo)學(xué)生尋找問題、發(fā)現(xiàn)問題，倡導(dǎo)教學(xué)相長的學(xué)習(xí)氛圍。建構(gòu)主義(constructivism)教學(xué)是指導(dǎo)學(xué)生基于原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)建構(gòu)意義與理解的過程，圍繞課堂內(nèi)容進(jìn)行主動(dòng)性探索。這一過程通常是在社會(huì)文化互動(dòng)中完成的，所以主講教師設(shè)計(jì)的教學(xué)情境應(yīng)能輔助學(xué)生完成這一過程，使學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容所涉及的原理、規(guī)律、內(nèi)在聯(lián)系等達(dá)到較為深刻的理解。教學(xué)中應(yīng)遵循引導(dǎo)與學(xué)生自覺性結(jié)合的原則，激發(fā)學(xué)生的求知欲。當(dāng)學(xué)生對(duì)部分內(nèi)容存在疑惑時(shí)，應(yīng)及時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生提問，教師在授課過程中應(yīng)關(guān)注學(xué)生動(dòng)態(tài)，可以采取簡(jiǎn)單提問的方式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考。問題式學(xué)習(xí)(problem-based learning)模式是一種以問題為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)模式。它讓學(xué)生在思考問題的解決方案中掌握知識(shí)、培養(yǎng)技能，進(jìn)而建立良好的思維模式，并激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。如在主講移動(dòng)數(shù)字醫(yī)療與運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)相關(guān)內(nèi)容時(shí)，教師先播放了一位患者步態(tài)視頻，并讓學(xué)生嘗試回答該患者患有哪種疾病，對(duì)學(xué)生的錯(cuò)誤答案進(jìn)行鼓勵(lì)并指明答題方向，在學(xué)生答對(duì)后對(duì)該疾病的臨床表現(xiàn)和治療方法進(jìn)行講解，從而引出了移動(dòng)醫(yī)療的話題。教學(xué)中應(yīng)采取多種教學(xué)手段有效提高學(xué)生的獨(dú)立思考和解決問題的能力，教師在下課前可以勻出幾分鐘以便學(xué)生就課堂知識(shí)進(jìn)行提問，促進(jìn)和學(xué)生的交流，也可根據(jù)學(xué)生需求提供工作郵箱、辦公地址等用以課后解答學(xué)生的疑惑。教師在言傳身教中提升學(xué)生的學(xué)習(xí)素養(yǎng)和道德情懷，鼓勵(lì)學(xué)生和老師一起相互激勵(lì)，共同超越。另外借助新媒體也能為教學(xué)出力，課程專設(shè)交流群，學(xué)生可以在群里提問、獲得教學(xué)資源，除了課件，還提供參考文獻(xiàn)和網(wǎng)站鏈接等，供學(xué)有余力的學(xué)生深入鉆研，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供便利。授課過程中容易忽視培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑和思辨能力，如使學(xué)生做到“學(xué)有所思”是教學(xué)的重點(diǎn)和目的。

在數(shù)字醫(yī)學(xué)教學(xué)中，還應(yīng)根據(jù)學(xué)生的實(shí)際需求安排操作實(shí)踐課程和參觀見習(xí)等。數(shù)字醫(yī)學(xué)的教學(xué)應(yīng)關(guān)注學(xué)生的切身需求，除了理論教學(xué)建設(shè)，還可視具體情況安排一定比例的實(shí)踐教學(xué)，且理論教學(xué)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)與實(shí)踐教學(xué)團(tuán)隊(duì)建立互通交流，構(gòu)建知識(shí)、科研、技術(shù)相容的教學(xué)模式，使課程具有合理的理論結(jié)構(gòu)和實(shí)踐結(jié)構(gòu)。部分選修該門課程的學(xué)生在科研中需要學(xué)習(xí)部分軟件，課程安排了常見的二維制圖、三維建模軟件操作課程，并組織學(xué)生參觀教育部數(shù)字醫(yī)學(xué)臨床轉(zhuǎn)化工程研究中心，參與如步態(tài)分析等實(shí)驗(yàn)室課題，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生參與的積極性，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。同時(shí)，課程依托于上海九院3D打印平臺(tái)，為學(xué)生提供了見習(xí)機(jī)會(huì)，該中心整合骨科、康復(fù)科、影像科等多科室臨床資源，致力于推進(jìn)3D打印的技術(shù)研究與臨床應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)個(gè)體植入器械、康復(fù)輔具的個(gè)性化設(shè)計(jì)與快速制造。組織學(xué)生參觀了與課程內(nèi)容相關(guān)的部分企業(yè)，為學(xué)生如在課程內(nèi)容涉及到生物3D打印技術(shù)后，組織學(xué)生實(shí)地考察了國際頂尖的生物3D打印機(jī)制造商的中國辦事處，提供醫(yī)學(xué)生與業(yè)內(nèi)工程師交流的平臺(tái)。這種與見習(xí)、實(shí)踐有機(jī)結(jié)合的教學(xué)方式充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的積極性，同時(shí)為學(xué)生提供拓展視野、開拓思維的學(xué)習(xí)平臺(tái)，提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和科研創(chuàng)新能力。

對(duì)于數(shù)字醫(yī)學(xué)課程的考核方式不應(yīng)該過于單一，需建立科學(xué)的過程評(píng)價(jià)體系。此次課程的考核方式是讓選修該課程的醫(yī)學(xué)生結(jié)合自己的專業(yè)和研究方向，以及本課程所學(xué)知識(shí)撰寫綜述并制作課題設(shè)計(jì)幻燈，內(nèi)容建議包括國內(nèi)外研究背景、目標(biāo)、創(chuàng)新性、意義、技術(shù)路線、關(guān)鍵技術(shù)、研究內(nèi)容、前期研究基礎(chǔ)、研究瓶頸、預(yù)期結(jié)果等。在主題方面，提供了供學(xué)生參考的研究方向，如3D打印技術(shù)(含生物3D打印、臨床醫(yī)療應(yīng)用、康復(fù)輔具、內(nèi)植入物等)、機(jī)器人(康復(fù)機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、外骨骼機(jī)器人、手術(shù)機(jī)器人、手術(shù)導(dǎo)航)、康復(fù)醫(yī)學(xué)技術(shù)與器械(肌骨康復(fù)、神經(jīng)康復(fù)、心肺康復(fù)、兒童康復(fù)、精神心理康復(fù)、老年康復(fù)、疼痛康復(fù)、言語康復(fù)、視聽覺康復(fù)等)、智能設(shè)備(云時(shí)代大數(shù)據(jù)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、移動(dòng)數(shù)字醫(yī)療、新型假肢與矯形器技術(shù)、可穿戴設(shè)備等)、理論研究(圖像處理、心血管介入手術(shù)、生物力學(xué)與步態(tài)分析、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)與分析、假體松動(dòng)等)，強(qiáng)調(diào)以上主題僅供參考，可以結(jié)合實(shí)際情況自由發(fā)揮。在評(píng)分方面，包括了學(xué)生自評(píng)、互評(píng)和教師評(píng)價(jià)。

由于數(shù)字醫(yī)學(xué)是一門新興學(xué)科，其教學(xué)的發(fā)展離不開來自學(xué)校層面的支持。筆者主講的課程得到了學(xué)校諸多支持，首先，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院配備設(shè)施完善的多媒體教室和專業(yè)的管理人員，能從很大程度上滿足現(xiàn)代課程以新媒體為知識(shí)載體的要求，特別是數(shù)字醫(yī)學(xué)課程新理論、新技術(shù)涉及面廣，更需要通過多元的生動(dòng)的教學(xué)方式降低學(xué)習(xí)的門檻，培養(yǎng)學(xué)生的興趣。其次，依托于上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院各個(gè)附屬醫(yī)院和研究平臺(tái)，可以給學(xué)生提供更多的見習(xí)和操作機(jī)會(huì)。多個(gè)數(shù)字醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究中心配備了專職工程研發(fā)技術(shù)人員和先進(jìn)的醫(yī)用金屬、高分子和生物3D打印設(shè)備，可為學(xué)生提供醫(yī)學(xué)圖像三維建模、個(gè)體化治療手術(shù)規(guī)劃、個(gè)體化植入物設(shè)計(jì)和快速制造的學(xué)習(xí)平臺(tái)等。最后，學(xué)校對(duì)課程和任課教師的大力支持減少了數(shù)字醫(yī)學(xué)教育推廣的許多阻礙。任課教師在教學(xué)之外，還需肩負(fù)科研任務(wù)，特別是臨床教師，還要承擔(dān)繁重的臨床工作。上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院于2014年正式啟動(dòng)了交大醫(yī)學(xué)院骨干教師激勵(lì)計(jì)劃試點(diǎn)工作，改計(jì)劃的施行回歸了大學(xué)“教書育人”的本位理念，從教學(xué)經(jīng)費(fèi)和職稱晉升兩方面對(duì)教師予以保障。