3D動畫在兒科呼吸系統(tǒng)疾病教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要 目的：探討3D動畫在兒科呼吸系統(tǒng)疾病教學(xué)中的應(yīng)用效果。方法：選取廣西醫(yī)科大學(xué)兒科學(xué)2022級19班的50名學(xué)生作為研究對象，隨機(jī)分為觀察組和對照組，每組25人，對照組采用傳統(tǒng)培訓(xùn)方式，觀察組在對照組基礎(chǔ)上采用3D動畫培訓(xùn)模式。比較兩組學(xué)生的理論知識水平、考試完成時間和教學(xué)滿意度。結(jié)果：觀察組的各項理論知識成績均高于對照組，各項考試完成時間低于對照組，教學(xué)滿意度高于對照組（ <0.05）。結(jié)論：3D動畫培訓(xùn)模式能提高學(xué)生相關(guān)理論及操作技能水平，提高教學(xué)滿意度。

關(guān)鍵詞 3D動畫技術(shù)；教學(xué)；兒科；呼吸系統(tǒng)疾病；解剖

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.27.049

Application of 3D Animation in the Teaching of

Pediatric Respiratory Diseases

LI Yan， HUANG Fuling， SHAN Qingwen

（The First Affiliated Hospital of Guangxi Medical University， Nanning， Guangxi 530021）

Abstract Objective：To explore the application effect of 3D animation in the teaching of pediatric respiratory diseases. Methods： Fifty students from Class 19 of the 2022 level of the Pediatrics Department of Guangxi Medical University were selected as the research subjects and randomly divided into an observation group and a control group， with 25 students in each group. The control group adopted traditional training methods， while the observation group utilized the 3D animation training mode on the basis of the control group. The theoretical knowledge level， exam completion time， and teaching satisfaction of the two groups of students were compared. Results： The scores of various theoretical knowledge in the observation group were higher than those in the control group， the exam completion time was lower than that in the control group， and the teaching satisfaction was higher than that in the control group （all <0.05）. Conclusion： The 3D animation training mode can improve students' relevant theoretical and operational skill levels and enhance teaching satisfaction.

Keywords 3D animation technology; teaching; pediatrics; respiratory system diseases; anatomy

兒童呼吸系統(tǒng)疾病是兒科學(xué)必修的專業(yè)課程之一，其疾病表現(xiàn)復(fù)雜多樣，理論知識抽象枯燥。兒科教育面臨著獨特的挑戰(zhàn)，尤其是在教授涉及復(fù)雜生理結(jié)構(gòu)和功能的呼吸系統(tǒng)疾病時。傳統(tǒng)的教學(xué)方式通常只能呈現(xiàn)呼吸系統(tǒng)解剖平面結(jié)構(gòu)，缺少維度和真實性，無法使學(xué)生建立清晰的三維空間結(jié)構(gòu)概念，導(dǎo)致學(xué)生難以直觀地理解疾病的發(fā)病機(jī)制和治療方法。隨著計算機(jī)技術(shù)和其他新興學(xué)科逐漸涌入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，3D動畫技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育中，特別是在復(fù)雜概念和過程的教學(xué)中顯示出其獨特的優(yōu)勢[1]。本文探討了3D動畫技術(shù)在兒科呼吸系統(tǒng)疾病教學(xué)中的應(yīng)用，通過具體案例分析該技術(shù)的有效性和實施策略，旨在提高學(xué)習(xí)者的理解力和記憶力。

1 對象與方法

1.1 培訓(xùn)對象

選擇2022級兒科學(xué)的臨床班級50人。分組：觀察組采用3D動畫模式（25人），對照組采用傳統(tǒng)非3D動畫模式（25人）。

1.2 培訓(xùn)師資

由具有豐富臨床經(jīng)驗及教學(xué)經(jīng)驗的臨床教師進(jìn)行培訓(xùn)。

1.3 研究方法

1.3.1 教學(xué)內(nèi)容與過程

①教學(xué)內(nèi)容的選擇：參照教學(xué)大綱和教學(xué)任務(wù)，以兒科學(xué)第9版教材為基礎(chǔ)，由教研室集體備課，選擇確立需要引入3D動畫和3D CT影像的章節(jié)和內(nèi)容，選擇兒科呼吸系統(tǒng)疾病中的典型病例，如肺炎、哮喘等作為教學(xué)內(nèi)容。②教學(xué)材料準(zhǔn)備：收集不同兒童呼吸系統(tǒng)疾病患者的CT影像數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量驗證和預(yù)處理。根據(jù)預(yù)處理的CT影像數(shù)據(jù)，構(gòu)建三維呼吸系統(tǒng)的模型，進(jìn)行3D立體渲染，展示不同疾病狀態(tài)下呼吸系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)、血液循環(huán)、通氣情況等。觀察組使用3D動畫技術(shù)制作的呼吸系統(tǒng)疾病教學(xué)課件，對照組使用傳統(tǒng)的教學(xué)課件（PPT、圖片等）。③教學(xué)過程：觀察組和對照組均由同一位教師進(jìn)行授課，確保教學(xué)質(zhì)量的一致性。觀察組學(xué)生觀看3D動畫課件，了解疾病的發(fā)病機(jī)制和治療方法；對照組學(xué)生觀看傳統(tǒng)課件，通過文字和圖片了解疾病知識。教師集體審閱后修改和完善預(yù)講，開展課堂授課并對教學(xué)效果進(jìn)行對比和評估。

1.3.2 教學(xué)效果考核

①理論知識考核。設(shè)計50道選擇題（每題最高2分，最低0分），包括單選題和多選題，涵蓋兒科呼吸系統(tǒng)疾病的病因、病理生理、臨床表現(xiàn)、診斷和治療等方面的知識，分別考查學(xué)生對典型病例的臨床表現(xiàn)和處理，以及常見疾病的特點和鑒別等內(nèi)容的掌握程度，以考試成績來比較教學(xué)效果差異。②記錄考試完成時間。③教學(xué)滿意度采用學(xué)生問卷調(diào)查形式，授課結(jié)束后發(fā)放調(diào)查問卷，了解學(xué)生對于不同教學(xué)方法的評價。問卷包括提高興趣程度、學(xué)習(xí)動機(jī)、參與度、學(xué)習(xí)目標(biāo)認(rèn)同度、職業(yè)發(fā)展幫助程度等5項內(nèi)容，每項最高分20分，最低分0分，采用不記名打分。共發(fā)放問卷50份，回收50份。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析

比較兩組學(xué)生的理論知識水平、考試完成時間和教學(xué)滿意度。實驗所有數(shù)據(jù)使用 SPSS 21.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行分析，采用配對檢驗方法。

2 結(jié)果

觀察組的各項理論知識成績均高于對照組，各項考試完成時間均低于對照組，教學(xué)滿意度高于對照組（<0.05）。（見表1）。

3 討論

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域正在經(jīng)歷一系列創(chuàng)新和變革。教學(xué)不再局限于文本材料或PPT演示，而是轉(zhuǎn)向以問題為基礎(chǔ)（PBL）和以案例為基礎(chǔ)（CBL）的教學(xué)模式。利用視覺元素，如圖表、圖片和動畫，可以增強(qiáng)學(xué)生的理解和記憶，使抽象概念更具體、更易于理解。然而，平面圖像無法直觀地展現(xiàn)立體結(jié)構(gòu)，這導(dǎo)致學(xué)生難以理解復(fù)雜的結(jié)構(gòu)；而通過靜態(tài)圖像或圖片交替來講解醫(yī)學(xué)動態(tài)演變的過程，會造成連續(xù)性的缺失，教師難以深入解釋，學(xué)生也很難完整把握整個過程，傳統(tǒng)的二維動畫形式已經(jīng)不能滿足教學(xué)需求[2]。如果PPT內(nèi)容單一或設(shè)計不吸引人，可能導(dǎo)致學(xué)生注意力分散，減少學(xué)習(xí)動力，影響了教學(xué)效果。

3D動畫是一種基于計算機(jī)技術(shù)的制作技術(shù)，近年來迅速發(fā)展。它通過控制圖像在三個方向上的運動來產(chǎn)生動畫效果，具有精確、真實和可操控的特點。這種技術(shù)適用于需要模擬現(xiàn)實三維立體狀態(tài)的情況，在各個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

研究結(jié)果顯示，觀察組采用3D動畫模式的兒科學(xué)生在教學(xué)效果、考試完成時間和教學(xué)滿意度方面均表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。首先，在教學(xué)效果方面，觀察組的平均分為90.2€？.7，顯著高于對照組的81.6€？.9，說明3D動畫模式對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果產(chǎn)生了積極影響。其次，在考試完成時間方面，觀察組的平均時間為23.0€？.8，明顯低于對照組，這表明3D動畫模式有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率和信息吸收速度。此外，觀察組的教學(xué)滿意度也明顯高于對照組，分別為92.7€？.8和83.1€？.1，進(jìn)一步表明學(xué)生對3D動畫模式的認(rèn)可度較高。

這些結(jié)果說明了3D動畫模式在兒科學(xué)生教學(xué)中具有明顯的優(yōu)勢，可能源于其更直觀、生動的教學(xué)方式，能夠幫助學(xué)生更好地理解和記憶知識點。此外，通過3D技術(shù)呈現(xiàn)的圖像和場景可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高他們的注意力和參與度，從而促進(jìn)了學(xué)習(xí)效果的提升。然而，也需要注意到研究存在的局限性，比如樣本量較小，只在一個班級進(jìn)行了觀察，因此結(jié)果的普適性有待更大范圍的驗證。3D授課模式在兒科學(xué)生教學(xué)中表現(xiàn)出了較好的效果，但仍需要進(jìn)一步的研究和實踐來驗證其在大范圍應(yīng)用中的可行性和效果。這些發(fā)現(xiàn)為未來教學(xué)模式的選擇和課程設(shè)計提供了有益的參考，也為引入更多先進(jìn)教學(xué)技術(shù)和手段提供了借鑒。

在醫(yī)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域中，3D動畫能提高學(xué)生對解剖學(xué)和生理學(xué)的理解。與傳統(tǒng)的多媒體技術(shù)相比，3D動畫能夠以三維空間形式觀察人體結(jié)構(gòu)，有助于學(xué)生更好地理解解剖學(xué)和生理學(xué)的復(fù)雜內(nèi)容。通過3D動畫，學(xué)生可以看到身體內(nèi)部的各個層面，包括難以通過傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方法觀察到的細(xì)節(jié)，如內(nèi)部器官的功能和相互作用[3]。3D動畫可以用來模擬各種醫(yī)療程序，包括外科手術(shù)和診斷過程。這種模擬不僅有助于學(xué)生在實際操作前了解和練習(xí)復(fù)雜的技術(shù)步驟，還能降低實際操作中的錯誤風(fēng)險[4]。此外，3D動畫還具有二維顯示無法比擬的優(yōu)勢，學(xué)習(xí)者可以通過拖動改變視角，自由地觀察不同角度的空間結(jié)構(gòu)和層次。在課堂上，教師可以根據(jù)學(xué)生的需求調(diào)整3D作品的視角，或者讓學(xué)生參與操作，從而增加教學(xué)的趣味性和互動性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升醫(yī)學(xué)教學(xué)質(zhì)量。3D動畫可以跨越語言障礙，因為它通過視覺而非文字傳達(dá)信息。這使得醫(yī)學(xué)教育內(nèi)容能夠更廣泛地傳播給不同語言和文化背景的學(xué)生。尤其在全球范圍內(nèi)，3D動畫支持了遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)教育的實施。學(xué)生無需身處實驗室或教室，也能通過網(wǎng)絡(luò)平臺接觸到高質(zhì)量的教育資源，這對于地理位置偏遠(yuǎn)的學(xué)生尤其有價值。3D動畫技術(shù)可以提供跨學(xué)科綜合教學(xué)，將多個學(xué)科融合在一起，呈現(xiàn)出更全面、綜合的知識。例如，在組織生物學(xué)教學(xué)中，通過3D動畫可以同時展示生物結(jié)構(gòu)、生態(tài)關(guān)系和生理過程，幫助學(xué)生更好地理解各個方面的知識[5]。

當(dāng)下的CT新技術(shù)“醫(yī)學(xué)影像后處理系統(tǒng)”能夠以逼真的方式展現(xiàn)人體各器官的三維結(jié)構(gòu)。這一突破性進(jìn)展對醫(yī)學(xué)教學(xué)演示、醫(yī)學(xué)影像診斷、手術(shù)方案制訂以及醫(yī)患病情交流等領(lǐng)域帶來了巨大的改變，為醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的應(yīng)用開辟了全新的時代。在呼吸系統(tǒng)疾病的診療過程中，CT影像扮演著舉足輕重的角色。通過將3D動畫技術(shù)與CT影像相結(jié)合，我們能夠更清晰地展示病灶的具體部位，從而幫助學(xué)生更好地理解疾病的發(fā)生和發(fā)展。這種結(jié)合對于提升臨床教學(xué)效果具有重要意義。

如金黃色葡萄球菌肺炎的胸部CT矢狀位圖僅顯示了普通胸部CT下的畫面，而3D圖像展示了患者肺臟的真實形態(tài)結(jié)構(gòu)。若采用3D圖像和教具進(jìn)行教學(xué)，相信學(xué)生對三維平面結(jié)構(gòu)的記憶會更加深刻。在兒科教學(xué)中，3D可視化圖像將傳統(tǒng)的二維平面肺部平片變得“立體”， 以多角度、多層次的方式給學(xué)生帶來感官沖擊，使其結(jié)構(gòu)深深地印刻在學(xué)生的記憶中。

4 面臨的挑戰(zhàn)

盡管3D動畫在教學(xué)中具有明顯優(yōu)勢，但在實際應(yīng)用中也存在一些挑戰(zhàn)。技術(shù)和資源的限制是主要障礙之一。高質(zhì)量的3D動畫制作不僅成本高昂，而且需要專業(yè)的技術(shù)支持。此外，教師的技術(shù)適應(yīng)能力也是一個不容忽視的問題。雖然大多數(shù)年輕教師能夠迅速掌握新技術(shù)，但一些資深教師可能對于從傳統(tǒng)教學(xué)方法轉(zhuǎn)變到使用高科技教學(xué)工具感到不適應(yīng)。因此，進(jìn)行教師培訓(xùn)和提供持續(xù)的技術(shù)支持是推廣3D動畫的關(guān)鍵。

5 未來發(fā)展方向

展望未來，3D動畫在兒科呼吸系統(tǒng)疾病教學(xué)中的應(yīng)用會更加深入和廣泛。此外，為了克服技術(shù)適應(yīng)性的問題，可以開發(fā)更為用戶友好的動畫軟件，降低操作的復(fù)雜性，使教師和學(xué)生都能更容易地利用這些工具。同時，與虛擬現(xiàn)實（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）技術(shù)的結(jié)合將開啟新的教學(xué)模式。有證據(jù)表明，與傳統(tǒng)教育或其他類型的數(shù)字教育（如在線或離線數(shù)字教育）相比，VR可以改善衛(wèi)生專業(yè)人員臨床實踐能力[6]。例如，通過VR設(shè)備，學(xué)生可以進(jìn)入一個完全模擬的3D呼吸系統(tǒng)，進(jìn)行更加生動的學(xué)習(xí)體驗。這種沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境能夠極大地提升學(xué)生學(xué)習(xí)的動力。

綜上所述，通過結(jié)合3D動畫和CT新技術(shù)的“醫(yī)學(xué)影像后處理系統(tǒng)”，建立起3D數(shù)字化教學(xué)資源庫，提供更直觀、更有效的醫(yī)學(xué)教育資源，能夠幫助學(xué)生更好地掌握知識。這種技術(shù)的運用不僅提升了兒科學(xué)專業(yè)課程的教學(xué)效果，也為醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域帶來了新的可能性。

*通信作者：單慶文

基金項目：2021年度廣西醫(yī)科大學(xué)教育教學(xué)改革立項項目“基于3D動畫技術(shù)結(jié)合CT影像在兒科呼吸系統(tǒng)疾病教學(xué)中的應(yīng)用”（2021XJGB61）。

參考文獻(xiàn)

[1] WU C-F，CHIANG M-C.Effectiveness of applying 2D static depictions and 3D animations to orthographic views learning in graphical course[J].Computers & Education，2013（63）：28-42.

[2] 張群鋒，黃余良，劉玨.3D動畫在婦產(chǎn)科多媒體教學(xué)中的應(yīng)用初探[J].大學(xué)教育，2014（18）：163-164.

[3] 朱振東，張林，任銘新.3D動畫技術(shù)在人體解剖學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用探索[J].中國高等醫(yī)學(xué)教育，2014（9）：120-121.

[4] 周偉.3D動畫演示用于神經(jīng)外科手術(shù)過程設(shè)計研究[J].電子世界，2020（5）：149-150.

[5] 李躍萍，齊亞靈，鐘南田，等.3D可視化教學(xué)資源在組織胚胎學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國教育技術(shù)裝備，2017（20）：60-61.

[6] KYAW B M，SAXENA N.Virtual Reality for Health Professions Education：Systematic Review and Meta-Analysis by the Digital Health Education Collaboration[J].Journal of Medical Internet Research，2019，21（1）：e12959.