可视化技术在外科学临床教学中的应用
[摘要]随着可视化技术的发展，可视化应用于教学领域越来越普遍，取得了较好的教学效果。探讨可视化技术在外科学临床教学中的应用，目的在于提高外科学临床教学质量。
[关键词]可视化；临床教学；教学模式
[中图分类号]G642[文献标志码]A[文章编号]2096-0603（2020）23-0064-02
外科学是医学科学的一个重要组成部分，是连接基础理论和临床实践的重要课程。外科学教学以往通常采用传统教学方法，即CBL（case-basedlearning）+LBL（lecture-basedlearning）教学法。采用该教学方法时，对于一些晦涩难懂的理论知识和病理学功能的动态变化学生通常难以掌握，影响教学效果。视觉图像更易于理解和记忆，通过可视化技术将形态学和运动学数据整合生成三维动画模型后，学生的理解能力明显提高。随着医学影像学技术及计算机辅助软件的快速发展，可视化技术辅助的教学模式逐渐成为一种极具推广潜力的新兴临床医学教学模式。
一、可视化技术
可视化是通过一种直观的、容易感知的图示方式表达信息及进行信息加工的过程。可視化技术是指从原始数据中提取有效数据并生成几何原语，利用交互技术完成绘制和显示图像，将图像生成技术和图像理解技术相结合的一种技术。在科学领域，可视化技术主要运用于建筑、教育、自然科学、工程分析和仿真、娱乐和医学等重要领域[1]。近年来，有学者提出思维可视化理念，研究者认为任何复杂的思维过程都可以通过可视化的方式将其逻辑关系表示出来。思维可视化可有效提高信息加工及信息传递的效能，是一种有效的教学模式[2]。
可视化技术是医学信息学学科的一个重要组成部分，真实的3D图像和医学视频可以帮助学生更好地理解空间解剖结构，有助于学生理解各器官组织之间的静态和动态关系。在学习过程中视觉符号能够更好地提高学生的专注力。医学可视化技术将图像数据运用计算机图像处理、计算机视觉以及人机交互技术，转换为图形或图像显示出来的方法和技术。该技术不仅有利于医学基础理论研究，对临床医学也有着重大的意义和应用价值。基于计算机的视频教学已成为可视化教学的重要载体。
二、可视化教学
可视化教学是指将可视化技术运用于整个教学过程（课前、课中、课后）中的一种新兴教学模式。可视化技术将数据转换成图形，将难以理解的抽象思维通过形象易懂的可视化模式呈现给学生，提高学生的学习热情，培养学生的临床分析能力。国内学者蔺晨等采用三维可视化触屏平台技术用于外科住院医师规范化培训教学中，研究发现三维可视化触屏技术的应用有助于培养外科住院医师良好的临床思维和诊疗能力[3]。人类通过阅读的知识保留率大概为10%～15%，通过声音（听觉）获得的知识保留率大概是10%～20%，通过视频等视觉途径获得的知识保留率为20%～30%。而当听觉和视觉同时存在时，知识保留率提高到40%～50%。可视化教学能够简单、形象、有效地传递信息，显著提高教学效率。
三、可视化技术在外科教学中的应用
外科学解剖知识点繁多，影像图像复杂，各结构之间和周围组织器官之间的空间关系是学习的难点和重点。可视化技术可将枯燥复杂的外科学知识以生动、形象、直接的图像和视频形式呈现给学生，吸引学生的注意力，提高学习效率。研究表明，模拟器练习和3D动画视频是教授外科技能的有效方法，可视化教学模式优于传统教学模式。Crawshaw等[4]指出手术前观察教学视频可能缩短学生的学习时间并提高手术的安全性。Farquharson等[5]表明，除了口头反馈之外，视频使用还有利于提供内部反馈，改善学习体验，是学习外科技能的基础。此外，Autry[6]还成功使用视频远程会话进行外科学员的跨地域教育。这种类型的教学是促进持续合作以及帮助在具有重大地理限制的部门之间建立有意义关系的好方法。VanDet等[7]研究指出，可视化教学联合传统教学方法能有效促进学生更好地理解和掌握知识，可明显缩短学习时间。
四、可视化教学模式的实施步骤
（一）教学材料的准备
我们以人民卫生出版社出版的《外科学》第八版为基础，将各外科科室的原始手术录像、典型病例资料和影像学资料制作成可视化教学数据库。此外，还适当加入相关领域最新进展，丰富和优化教学内容，让学生除了能学到系统的理论知识，还能与时俱进，捕捉前沿的信息。
（二）教案准备
授课老师课前应充分准备授课内容，根据相应章节的教学内容提前准备好教学案例。仔细、认真地准备好影像学资料、技能操作视频及相关手术视频等，讲授每个章节前提前应将准备好的案例及影像学资料以邮件形式发送给学生，让学生熟悉授课案例内容，并提前查阅相关资料，自己做出初步诊断及分析，使其带着问题学习。学生课前准备是可视化教学的基础，通过课前预习可获得事半功倍的效果。学生课前运用各种辅助教学手段如手术录像、教学案例材料等可以更好地理解课堂上学习的知识。可视化的教学资料确保案例得以更生动形象地展示，从而激发学生学习的兴趣。
（三）可视化教学的实施
课堂教学的过程中，授课老师应先对外科各章节的理论知识进行详细的讲解，突出重点和难点，并与后续的案例教学有机结合，将理论知识与临床教学融会贯通。每个章节中，授课老师应精选至少1个病例作为示教案例，在病例中设计该章节相关的知识点。由学生床旁采集病史、体格检查，根据病例特点做出初步诊断及拟定后续的治疗方案。然后回到教室，以计算机多媒体作为媒介开展课内讨论会。讨论形式以问答及学生主动发言等形式为主，讨论过程中教师通过分析患者的病案资料、影像学材料及手术录像，将操作或手术视频进行解读，通过这种教学模式，增加课程的可视化效果，增强学生学习的兴趣。在讨论过程中教师应以典型案例中提出的问题作为切入点，围绕案例中患者存在的主要问题，抓住重点和难点进行讨论，对学生存在疑惑的问题进行详细解答，活跃课堂氛围，促使学生主动地参与授课，加深学生对理论知识的理解和记忆。
（四）可视化教学的效果评价
授课老师对讨论的内容进行归纳、总结和分析，记录每位学生的学习情况，对学生在各个章节的学习难点和存在的问题进行分析和总结，并与交叉学科相关知识进行横向关联，使学生对疾病的临床表现与病因、病理、发病机制等有更深入的理解。并将其内在联系串联起来，形成一个完整的知识网络。为了检验可视化教学的效果，我们采用理论知识考核及技能操作考核的方法对学生的掌握情况进行考核。课程结束后对学生进行问卷调查，了解学生对可视化教学模式的满意度。
可视化教学是一个可以跨越时间和地域的教学平台，支持教学资源的共享，有助于教学的规范化和标准化，也有利于调动学生的积极性，促使学生形成多角度解决问题的思维方式，培养学生在解决问题过程中的自主分析能力。可视化教学也存在一些缺点，如视频教育可能会忽略、遗漏一些技术细节，这时可通过联合传统教学模式对手术细节进行详细分解，帮助学生更好地掌握手术技巧。通过学生的主动思考和教师的深入分析，在实际案例中引导学生理解和掌握理论知识，提高学生分析问题、解决问题的能力。综上，可视化技术辅助的教学模式是提高本科生外科教学效果的有效方法，值得进一步推广。