病原感染與免疫教學AI視頻動畫的制作與思考

夏丹丹,郭 萍,劉伯玉,張俊玲,張林杰,,王林定,王明麗,△

(1安徽醫科大學臨床醫學院基礎醫學部病原生物學與免疫學教研室, 合肥 230031; 2安徽醫科大學臨床醫學院臨床醫學系; 3安徽醫科大學基礎醫學院微生物學教研室; △通訊作者)

學科的發展與相關知識理論在不斷更新,病原微生物引發的侵害為教育教學帶來了新挑戰的同時也反映出相應課程的重要性[1]。近年來,大規模在線教育有力地推動了高等醫學教育領域教育公平和整體質量提升、實踐變革和數字技術的有效應用[2,3]。且在新醫科的大背景下,為適應學科發展并助力新型臨床適用人才培養目標的實現,醫學課程教學內容與形式的變革勢在必行[4]?；ヂ摼W背景下,病原感染與免疫的教學受到了更大的挑戰,由原本晦澀難懂的線下授課模式轉變為線上授課,這就為必須掌握基本理論、基本知識和基礎技術(下面簡稱“三基”)才能更好地學習臨床課程的醫學生帶來諸多學習和實踐的困難。

病原感染與免疫課程包括醫學微生物學、人體寄生蟲學與醫學免疫學三門醫學生必修的專業基礎課,主要研究病原微生物與人體寄生蟲感染引發疾病后的診斷與防治方法,課程涉及知識面廣泛深入,與臨床實踐聯系緊密[5-7]。學生必須通過對病原感染與免疫課程的學習,才能為臨床課程的學習與掌握打下堅實基礎。課程內容相互之間雖關系密切,但學生若缺乏指導和實踐,會因內容繁雜,難以記憶且再加上免疫學較為抽象、邏輯性較強等特點,消化或接受程度降低,達不到教學對人才培養的目的要求[8]。

在這樣的大環境下,我校率先開展線上教育資源的拓展,以病原感染與免疫課程教學AI視頻動畫制作為強有力的抓手,開展了高質量教學研究,為高等醫學線上教育教學添磚加瓦。病原感染與免疫課程系列教學AI視頻動畫的制作目標就是為搭建緊密連接基礎醫學與臨床醫學的重要橋梁課程,針對醫學微生物學、人體寄生蟲學和醫學免疫學三門課程中的基本理論、基本知識和基本技術(“三基”)的核心內容,整理出40個教學難點/重點,撰寫腳本并制作出30個教學AI視頻動畫,為學生進一步學習臨床知識奠定了理論基礎。在校園評估結果顯示,該教學AI視頻動畫成功建立起該三門課程之間的橋梁,對學生的學習起到明顯促進作用,能夠充分激發學生內在的學習動力。全體參加該教學動畫制作的學生掌握了多種軟件的使用并顯著提升專業技能與理論聯系實際的能力。教師在教學過程使用該視頻動畫可以提高教學效率。

1 教學AI視頻動畫的設計與制作

1.1 教學AI視頻動畫的設計

教學AI視頻動畫的設計以問題為導向組織知識點,以知識點進行資源建設,注重以學生為中心建立教與學新型關系,注重學生批判性思維、合作能力、解決復雜問題能力的培育。教師首先根據教學大綱整理出教學知識點,挑選參與教學AI視頻動畫制作的成員,依據教學知識點進行腳本撰寫,在團隊成員的努力下完成動畫制作,最后經過反復校對得到最終的教學動畫?！恫≡腥九c免疫》教學動畫制作的完成是對該課程教學資源的一種拓展,以激發學生學習興趣,提升學生綜合能力。

針對醫學微生物學、人體寄生蟲學和醫學免疫學三門課程中的“三基”的核心內容,教師根據教學大綱整理出40個教學難點與重點。團隊成員選自我校大二臨床醫學專業和大一護理學專業學生。指導教師根據學生的知識基礎和擅長的技能,將整個項目團隊分為三個小組。文案組成員根據篩選出的重難點構思案例或場景;繪畫組成員將涉及的人物、背景等依照文案并輔以自己的理解與思考,用軟件完成AI視頻動畫的制作;動畫組成員負責動畫的添加和視頻的剪輯,同時負責校對和后續完善工作。

為補充成員的專業知識,指導教師為每位成員提供了電子版的專業知識書籍和紙質版書籍。動畫的制作不僅需要知識的儲備,更需要軟件技能的熟練使用。為此,指導教師邀請了動畫專業教師對成員進行集中培訓,確保每位成員掌握基本的軟件使用能力,并對制作過程中所遇到的硬件和軟件問題及時解惑,以保證學生的想法能夠落地。教師完善硬件系統,如電腦設備、錄音設備;選取合適的制作軟件,包括Procreate、Microsoft PowerPoint、Adobe Premiere和剪映等。

1.2 教學動畫制作

根據整理出的重、難點制作30個動畫,文案組成員收到分配的任務后,針對知識點設計不同的情景。所有情景設計都是學生自由構思,經過多次商討合理性,與指導教師反復溝通后確定的最終情景,完成動畫腳本的撰寫。

繪畫組收到文案后,結合文案組要求和對知識點理解設計人物,運用Procreate進行素材的創作。繪畫組的重要職責是將學生的構思表現出來,針對每一個情景細節之處進行再次補充使情景可視化。動畫組接收文案,經仔細研讀后與其他兩組成員溝通提出修改和補充要求,修改后按照文案的情節,使用PowerPoint、Adobe Premiere和剪映等軟件制作動畫。

動畫組成員在添加動畫之前對文案進行研讀,核對文案中專有名詞的準確性,人物間對話內容的邏輯性,人物素材是否與實際生物學特征相符。指導教師是把控教學AI視頻動畫科學性、合理性、可使用性的關鍵所在。因學生所學專業知識有限,對書本之間內在的邏輯關系理解不夠深入,指導教師是校對的核心人物。指導教師審閱文案中的用詞是否得當、動畫創作中是否新穎或有所缺陷、涉及免疫過程是否有誤等。在教師和學生的多次校對下,得到最終的教學AI視頻動畫。

2 教學AI視頻動畫效果及評價

2.1 教學AI視頻動畫內容

教學AI視頻動畫制作全程由學生構思并制作,指導教師不干涉創作,僅對涉及知識難點的科學性和應用場景進行評估并對動畫最終效果的呈現提出修改意見,以充分調動學生的主觀能動性,發掘學生的思維邏輯性和動手潛力。動畫內容兼具虛擬與現實,情景豐富且直觀不失邏輯,將病原感染與免疫課程內容充分聯系起來,搭建知識橋梁將基礎專業知識和臨床知識直觀展現,幫助學生加深學習印象。

以非特異性抵抗力:“炎癥”為例,AI視頻動畫背景設定為炎癥反應后細胞間的功能狀態,被擬人化的細胞包括巨噬細胞、紅細胞、中性粒細胞和成纖維細胞等。動畫以細菌污染的釘子刺傷皮膚組織為起點,炎癥反應中各細胞的參與情況以分享對話形式展開故事情節。教學目標為炎癥反應的概念、炎癥的原因、炎癥細胞的種類、炎癥的發生與發展過程及其機制、炎癥的局部表現和全身反應等。動畫開始的釘子刺破皮膚環節人物介紹,可使得觀看者在進入局部受傷情形的同時學習炎癥的起因。動畫整體為細胞間的問答,如巨噬細胞提問“還看到了紅、腫、熱、痛的表現,這是怎么回事?”引起觀看者思考炎癥的局部表現,隨后紅細胞和中性粒細胞回答“紅是因為鄰近皮膚表面的血管擴張所導致的,腫是因為血漿或血液中的液體進入細胞間隙所導致的。熱是由于動脈性充血及代謝增強所致,痛是因為疼痛受體刺激性化學物質釋放所導致的?！本唧w而生動地展示了炎癥局部表現的起因(圖1)。整個動畫過程通過問答形式將炎癥原因清晰描述,為解決反應中抽象名詞如血管活性物質和瘢痕組織不易理解的問題,在動畫人物的對話過程中同步對應名詞的圖像用以輔助記憶。

注:A細胞為巨噬細胞,B細胞為中性粒細胞,C細胞為紅細胞。

炎癥是醫學微生物學、人體寄生蟲學和醫學免疫學這三門課程中的共同教學重點。微生物和寄生蟲等病原體均可引起炎性反應。在非特異性抵抗力:炎癥這一教學AI視頻動畫內,動畫開頭即以細菌污染的釘子刺傷皮膚組織為起點,介紹了導致炎癥的原因,動畫中的巨噬細胞、中性粒細胞等為免疫學的主要內容,立足于講解炎性細胞。教學AI視頻動畫將三門課程重難點內容有機融合在一起,找出了各獨立課程中的相關知識點之間的相互聯系,從而提升學生整體認知的能力,學會全面看問題。教學AI視頻動畫制作的過程中一直注重發現獨立課程之間的聯系,將知識點串聯起來,真正搭建起不同課程之間的橋梁。學生能夠建立知識網絡,將晦澀難懂的知識串聯,印象深刻,激發學習內生動力。

2.2 教學效果

2.2.1 激發學生學習興趣 在這一教學活動中,教師以學生為中心,引導其自主學習,學生通過完成教學AI視頻動畫觀看的任務,教師后續進行答疑。通過對動畫的觀察,學生能夠有深刻印象,對于抽象名詞的理解更直觀易懂,并且建立了課程之間的聯系。教師在授課過程中增加了趣味性,同時學生能夠更好地掌握知識點,極大提升了學生對知識點的理解和學習自信心。教師堅持以學生為中心的理念,更注重對學生的啟發性,真正激發學生學習興趣。該動畫公益分享到不同平臺,使更多的人能夠利用該動畫進行學習,對不同教學環境和教學條件的學生來說,有了相同起點,能夠更好地促進教育公平,同時也讓更多的教師在教學上有了可選擇的新工具,積極推動高等醫學教育方式的多樣化。

為了獲得更為直觀的教學效果,教師對我校2023級護理學專業及2023級助產學專業學生開展問卷調查,以了解學生課上使用教學AI視頻動畫后學生的學習興趣。共計收回152份有效問卷。使用本教學AI視頻動畫后對知識記憶提升的結果顯示,有68.42%的學生認為能夠一般加深印象,30.92%的學生認為觀看動畫后對知識點印象深刻,即99%的學生都認為教學動畫能夠加深對知識的記憶,僅0.66%的學生認為對知識記憶無明顯幫助。其中關于該教學動畫的趣味性評價表明,71.71%的學生認為課上使用的動畫非常有趣,26.97%的學生認為有趣。以上這兩點調查結果表明教學AI視頻動畫趣味性十足且能夠有效幫助學生記憶知識,對學習起到促進作用。調查結果還表明,99%的學生愿意推薦他人觀看教學AI視頻動畫。

本項目是我校積極探索線上教育和數字化教育的一個新起點,也為其他學科探索數字化教育和線上教育提供新思路,用一個個小的劇場展示病原微生物的生物學性狀、致病性、免疫性以及預防和治療原則等。根據40個重點難點,我們制作出30個AI視頻動畫。該教學動畫搭建起三門課程間的知識橋梁。學生將抽象難以理解的內容變為具體貼近現實生活的動畫形象,更直觀地了解微生物與人體細胞和分子之間的相互作用過程,顯著提高了學習效率。在觀看本項目線上的教學AI視頻動畫可以突破物理空間和時間的限制,同時運用了視與聽,可大幅度地提高對動畫內容的理解和記憶,有助于提高學習成績。

2.2.2 提升學生綜合能力 對于參與教學AI視頻動畫制作的學生來說,各個小組成員的職能均不同,但對醫學微生物、寄生蟲和免疫的醫學知識與常識的掌握程度都大幅度提高。多數繪畫組的成員系統學習過繪畫,具有較高的審美與塑美能力,制作出來的素材精美且直觀形象。成員的團隊協作能力和人際交往能力大幅提升。整個項目制作完全使用電腦軟件,各個成員負責不同軟件的使用。隨著制作的進行,不同組的成果交付所需時間逐步縮短,表明各小組軟件的使用熟練度明顯提高。

使用教學AI視頻動畫的學生,一方面加強了知識記憶,另一方面,提高了臨床思維能力,整個動畫包括疾病的感染、傳播、防治,系統將知識點串聯起來,邏輯思維能力有效提升。由于整個動畫將會投放于網絡平臺,學生需要自行搜索關鍵詞進而獲取動畫視頻,在觀看動畫時如遇到感興趣的知識點,也可以通過網絡或書籍查找正式的理論內容。這有助于學生信息搜索能力得以提高。

2.2.3 豐富教學資源 除了傳統的板書式與演示文稿式教學,動畫使教師在教學方式上有了更多的選擇[9]。國內醫學教育也廣泛使用醫學動畫,除了使用教材配套動畫,也從網絡下載公開的動畫作品。但網絡下載動畫存在幾個方面問題:缺乏嚴謹性和科學性;設計內容不能全面反映教學要點;內容過于分散,難以系統反映教學內容的前后聯系;不具有自主知識產權等問題[10]。此次制作的教學動畫嚴格把控科學性,突出教學重難點,將知識點系統關聯起來,能夠有效豐富病原生物與免疫課程教學資源,為教師教學提供有力的新工具。據研究統計數據,動畫教學在提高學習興趣、理解抽象概念等方面獲得了學生廣泛認同。多數學生認為應當繼續實施動畫教學方式,可以更快掌握知識,從而提高教學效率[7]。教學動畫與如PBL、CBL等教學法相結合使用,可以彌補不同教學法需要花費大量的時間,導致教學課時不足的問題。經學者實踐,綜合的教育方法取得了較好的效果,這也為病原生物與免疫課程教學提供新思路[11]。

2.3 教學AI視頻動畫評價

2.3.1 教學AI視頻動畫成果 目前已有兩名參與該教學動畫制作的學生作為第一作者撰寫了相關研究論文,并且已見刊一篇,有效地提升了文獻閱讀能力、科學寫作能力,熟悉學術出版流程,對日后的個人發展與未來規劃都有積極意義[12]。六名學生參加了學校創新性大賽并取得好成績。而非醫學專業的人員可以通過關聯想象將晦澀的理論知識轉變為生活中的體驗場景,增加人們不同領域的知識儲備。

受現實因素影響,不同地區在眾多領域均存在極大的差距,教育資源集聚引起的虹吸效應使得區域發展水平差距拉大、貧富分化。項目動畫涵蓋微生物、寄生蟲和免疫的重點知識,全部在線上投放。學生可以通過網絡搜索獲得全部資源、免費觀看,助力于縮小教育鴻溝,促進教育資源配置公平。項目動畫可用于完善在線學習環境,使用動畫作為課前預習材料,課堂上使用動畫增強學生的學習興趣,課下使用動畫用于復習鞏固,從而應對突發公共衛生事件采取的在線學習方案,也為日后應對突發問題提供教學資源。

2.3.2 教學AI視頻動畫的改進 受時間和資金等多種限制,該教學AI視頻動畫制作使用軟件均為成員自行購買或免費獲取。受技術水平限制,制作出的成果較2D/3D動畫技術落后,動畫整體不夠立體流暢。且團隊成員均為在校學生,緊迫的制作時間導致動畫在部分制作上不夠盡善盡美,仍有畫面等方面的問題需要進一步修改完善。

關于教學動畫的調查問卷結果也反映了這些問題,學生對該動畫的建議主要集中在人物形象、故事情景及動畫流暢度,如34.21%的學生認為人物形象不足;32.89%的學生認為故事情景不夠生動形象;21.71%的學生建議動畫流暢度應進一步提升;11.18%的學生建議在配音等其他方面應該更加細致處理。我們后續將進一步修改,完善上述不足之處,以得到更好的教學動畫,提供優質的教學資源投放于公益網絡平臺。

3 總結與展望

在新醫科建設的大背景下,突破病原生物與免疫課程教學中的難點和痛點問題,特別是在加強學生掌握AI技術,培養創新科學思維上要下真功夫。病原感染與免疫課程的教學AI視頻動畫具有完整風趣的情節、專業的理論知識支持等優點,搭建起課程之間的知識橋梁,挖掘出各個知識點之間的聯系,通過教學動畫展示出來,讓觀看者能直觀準確地接受并掌握“三基”教育。教學動畫公益投放使用后對學生、教師等使用者有較多益處,還可以促進教育公平。如今的網絡線上教育處于迅速發展的階段,這已然成為高等教育改革的新契機,推動線上教育發展的同時完善高等醫學教育的數字化資源,動畫輔助傳統教學也將成為教學中普遍使用的技術手段[2]。在今后,我們將對病原感染與免疫課程積極探索的經驗應用于其他學科,幫助其他學科構建知識點之間的聯系。后續將關注病原感染與免疫專業知識和臨床實例的緊密結合,讓學生將病癥和病因能夠緊密聯系,努力推動高等醫學教育的數字化發展。