新医科背景下AI化创作病原生物学系列视频探索

汪一诺,刘伯玉,王明丽,,夏丹丹,沈际佳,,张林杰,,张俊玲

(1.安徽医科大学临床医学院,安徽 合肥 230031;2.安徽医科大学微生物学教研室,安徽 合肥 230032)

“新医科”是习近平新时代中国特色社会主义思想在医学教育领域的实践,是适应新时代教育模式发展,以期培养未来多元化、创新型卓越人才[1]。为推动新医科快速适应新技术革命的变化,必须在保证学生扎实学习基础知识的基础上,将教学模式向医X交叉学科为支撑的医学模式转变。《病原生物学》是所有医学生们必修的一门重要的专业基础课,是联系基础医学与临床医学的桥梁课程,在医学教育中占有重要地位。在现实课堂教学中,因发展的阶段性局限,多数课程还是按照传统的教学方式,由教师依照教学大纲参照教科书进行课堂授课,然这类学科多涉及微生物的形态特征和虫体生活史,讲解起来枯燥乏味,不能激发大多数学生的兴趣,对《医学微生物学》的掌握可能学过就忘,印象不深刻。

为构建以学生为主体以专业教师为指导,整合医学微生物学和人体寄生虫学知识,融合人文精神的“学生主观能动性培养”多元化教学模式,满足学生个性化学习的需求,我们的研究团队观察发现,科学技术高速发展的时代改变了人们的阅读习惯,运用智能手机获取知识和资源,将手机和AI辅助教学联系起来在一定程度上拓展了AI 辅助教学的功能平台,学生能够在高效智能化的场所中进行学习思考。鉴于短视频的方便、快捷和AI系统辅助教学的智能化等易于项目开展的特点,本项目组根据教学大纲对专业理论、基本知识和基本技术的要求,设计并实施由本科生动手制作AI化病原生物学系列专业重点内容的知识点视频。试用效果显示,该视频能够有机地结合课堂理论与实践教学重点内容,具有沉浸性和逼真性,并适用人群广泛且收视时间、地点不受限制,有助于减轻学生的学习负担,激发学生在课前或课后对于课本知识的学习兴趣。现将研究结果报告如下。

1 《病原生物学》教学难点与痛点

《病原生物学》由原《医学微生物学》和《人体寄生虫学》两门临床医学本科生必修的基础性课程构成,与临床各个学科联系紧密,对医学生未来的能力提升与发展具有极其重要的作用。其中《医学微生物学》学科前沿发展迅速,与交叉学科联系缜密,尤其是近年来,新发或突发的急性病毒感染性疾病如新冠病毒感染的造成的全球新冠肺炎大流行等,对人类健康带来很大危害。如何加强这些重大疫病的防治?亟须培养临床医学生的科学创新思维[2]。但由于病原生物种类繁多,其个体的生物学特征、致病性和免疫性较复杂,不易掌握。在教学过程中存在着一定的教学痛点问题,如课程内容多学科交叉,学生学不透;基本专业技术种类多,学生学不深;缺乏学习内驱力,学生不爱学。

中国的自主学习思想可以从先秦时期孟子开始算起,孟子认为,君子深造之以道,欲其自得之也,一个人想要在学习中达到高深的造诣,其关键在于“自得”就是需要学生自身具有主动性[3],而学生对于学科的主动性大多来源对于这门学科的兴趣。近年来,随着网络技术的飞速发展,教育改革进入深水区。针对现有的这种教学模式发生着深刻变化,如“网络互动结合PBL(problem-based learning)教学”的模式已在我们国家各大高校实施,由于学生能够运用网络互动的方式接触一些实际案例或病例,使得学生能够大胆提出问题和探索知识,并在探索中设置一些问题,让学生深入思考或回答。这是一种行之有效的改革方式,但是这种方式仍有待完善之处,例如由于在地方普通高校的某些专业师资力量不足,PBL实施具有一定的局限性,要想达到预想效果只能在一定的学生中进行,难以普及。增加学生的学习负担,医学生本身的学习压力就很大,而这种方式要想达到效果就会花费更多的课外时间。如何在激发学生学习兴趣的同时不增加学习负担,让学生从“要我学”到“我要学”的思想转变,实现从根本上增加学生学习的动机是教师要思考的问题,也是促进新医科背景下教育改革更进一步的关键。

2 新医科AI化创作视频的探索

在《医学微生物学》这门课程中,仅就微生物的形态特征等就多种多样,难以记忆的,故在讲授过程中未免有些乏味;同样,在《人体寄生虫学》这门课程中,讲述虫体生活史、致病性和实验室诊断时,传统教学的讲解缺乏直观性和交互性,学生感觉枯燥且有时也不易理解。利用多媒体教学模式可将文字、视频、动画和图片等多种形式结合起来,使教学内容不再抽象,使得教学过程及结果都能够得到优化[4]。因此,本项目由本科生利用动画软件把重要知识点转化为富有情节和人物的专业视频,再将视频上传至固定平台,同时指导教师上传视频相关延伸知识和习题,在学生进行观看和做题的同时AI系统会记录他们的观看主题、时长和错题率,并进行信息整合后,制作出特性学习规划和信息推送,这种AI化视频学习不但可以让观看者在短时间内了解相关知识,增加对知识的主动探究,还可以根据不同学生的大数据特性制定专属的学习规划从而提高学习效率;制作者们在制作过程中对于知识的掌握和软件的利用有着更深的见解,为适应以人工智能为代表的新一代技术革命打下坚实基础。

2.1 视频的创作

视频的制作分为五个环节,分别是:主题的选择、故事的编绘、场景及人物的绘画、动画的制作、视频剪辑及人物配音。视频制作的成员均是正在学习《医学微生物学》和《人体寄生虫学》的本科生,能够较深切理解自身在学习过程中遇到的问题,创意切题,制作出来的作品也更容易被学生接受。

2.1.1 主题的选择

由教学主讲教师和项目组主要成员借助国内外主流最新相关教科书并参考教学文献,以这两门课程中重要的基础知识、基础理论和基本技术为线索,选择最容易从图画中学习理解的专题内容30个。

2.1.2 故事的汇编

运用WORD、WPS等软件,以专业知识为背景,用生动有趣的思维方式围绕知识点进行故事展开。创作形式有小说、对话、情景等。

2.1.3 场景及人物的绘画

运用画世界Pro等软件进行制作,包括:①打型(包含透视和结构);②细化线稿(线条层次区分内外轮廓);③上固有色(配色理论);④整体氛围+细化(材质刻画)。

2.1.4 动画的制作

运用Powerpoint和Adobe Animate等软件进行制作,包括①绘画场景,人物和导入图片;②对于故事中的人物设计动作,增加动态感;③添加帧数,使动作连贯;④设计场景的拉近和推远;⑤修改成品使作品具有逻辑性。

2.1.5 视频剪辑及人物配音

运用剪映等软件,先导入视频再添加音频和音效等,此外一些视频也是小组成员对于人物的配音。

这五个方面组合完成了一个科学理论与知识相结合的学习视频,相较于其他视频软件上的娱乐视频,更具有科学性和专业性,每一篇都是基于原有教科书上的专业知识,不会在学生观看时引起误导;相较于其他视频软件上的学习视频,更具有趣味性和易接受性,更能激发学生的学习兴趣。通过对于教科书知识的形象化、拟人化使一些晦涩难懂的知识变得相对简单,也更加便于记忆和加深、理解知识点,充分调动学生的多种感官能动性,使学生在较短的时间内接受并记忆更多的知识。

2.2 建立AI化网络平台

在视频制作完成后,在AI化的网络平台进行发布视频,并对本视频内容进行概述和补充,大家可以在视频下方发表自己的看法,相互交流和沟通。同时,专业教师也会在网络平台对于学生的疑问进行解答。通过这种互动方式,可以增加学生对于学习的兴趣,使学生和教师之间的联系不局限于课堂。

2.3 选择实施对象

本研究招募本校大一、大二临床医学专业和大二医学检验技术的学生为实践对象。根据调查发现,在大一时本科生常为对专业兴趣“不确定”的群体;大二学年是他们专业兴趣发生改变的重要转折点[5]。故分别选择临床专业大一的学生是考虑有益于他们大一学期的课外知识扩展,而大二的和医学检验技术的学生则是因为他们正在主修这两门课程。这样既可为这两门的课程学习激发兴趣和压力,又有利于促进“医文、医工、医理、医 X 交叉发展模式”的 “新医科”建设,培养出既有着扎实的医学知识又精通科学技术应用的卓越人才。例如:在《医学微生物学》课本的细菌学中,分别介绍了球菌、各类型的杆菌、弧菌属、厌氧性细菌等,不同细菌致病机制不一样,在学习的过程中很容易将它们的致病特点和机制混淆。具有针对性的设计如《疾病的形成——三菌历险记》这个视频中,以葡萄球菌、链球菌、梭菌去人体的皮肤层探险为开头,分别在它们的交流与对话中引出葡萄球菌和链球菌各自在皮肤层的致病特点,再引出梭菌中的破伤风梭菌和产气荚膜梭菌,以它们不同的形象和作用于机体的方式不同形成对比,在短短的3分钟内既可以了解到它们各自的致病特点,也可以进行对比记忆。此外相应情景的展示更能加深学生的印象,比如提到血管便有血管的图片,提到上皮细胞便出现形象画面等。在视频最后的科普小知识拓展了专业范围,做到来源于课本而又不拘泥于课本。这种方式相对于课本上一排排单一的文字要有趣得多,有助于扩大学生们的视野。

2.4 组织实施过程

在网络平台发布制作完成的视频,并配置视频的主题介绍、扩展内容和思考题,例如:《病毒的传播》(见附件1)该视频主要介绍了新型冠状病毒、狂犬病病毒的传播方式、致病机制及相应的防治措施。对于视频中提到但是未做详细介绍的SARS(severe acute respiratory syndrome coronavirus,SARS)冠状病毒知识的补充。新型冠状病毒感染可能会对机体有哪些危害?在被狗咬到后第一时间要怎么做?等等。

学生或读者可以根据视频的目录及主题介绍了解视频的主要知识点,从而选取自己想要观看的视频进行自由自主的观看,在观看的同时后台会根据读者的搜索框或视频收藏的大数据来制定出专属学习方案。在视频下方的评论区大家可以发表自己的想法或疑问,这些问题将会同步发送给教师,使问题得到回复,且师生关系不再局限于课堂。

2.5 动画视频教学效果和思考

本次初步实践招募了本学校大一、大二临床医学专业和大二医学检验技术的学生参加本项目设计及研究过程,并对他们观看后进行问卷调查。共收集52份有效调查问卷。经分析后发现,年级、专业分布较为平均,且反映网络视频对激发学习兴趣的问题较为详细,能够反映出部分学生对于网络视频教学的态度,证明本次调查问卷具有一定的科学性和可靠性。其中学生对于趣味视频综合效果评价结果显示认为,视频较为有趣和非常有趣的共占80.77%;对使用该趣味动画视频学习知识记忆的结果显示认为,一般加深和印象深刻的共占73.08%;对趣味视频不足之处的反馈意见或建议显示认为,视频缺少互动感的占80.77%,认为视频流畅度有待提高的占94.23%。具体详见下图2(A、B)和图3。

A.使用效果一般性评价;B.使用效果趣味性评价

图3 动画视频实际运用效果反馈

2.5.1 增强互动感

目前大多数的学生认为该动画视频教学讲授的知识有趣且知识点突出,尤其是在前几次观看的时候,但是这种新鲜感的维持在看多了同类型的视频后就会有一些疲倦感,虽然在视频中采用了有趣的故事情节引出知识点,但是学生一直是处于被动接收者的角色,没有故事悬念及互动感。针对此种现象,拟进一步改进并完善视频内容,尤其是拟增加一些互动参与内容,例如:在观看视频地过程中设置一些简单问答题弹出,例如在细菌培养的视频中,立克次体出现前设置这样的问题“立克次体常用什么方法进行培养?A.营养肉汤培养基B.营养琼脂培养基C.鸡胚培养D.厌氧培养基”等这样的最佳单选题,效仿竞猜模式,激发学生的兴趣和持续参与的新鲜感。

2.5.2 提高视频质量

由于本项目创作的视频主要由在校本科生自学动画软件创作完成的,对于视频制作的技术不够熟悉,各视频质量参差不齐。一方面是给观看者的视觉冲击不够,另一方面是视频中画面不流畅。针对这个问题,拟在实践应用中进一步改进完善,即在专业教师的指导和示教下,由本科生各自负责对主题的提炼、打磨及精细有趣化;其次对于视频的空间维度将进一步提升,即由2D转向3D。3D 技术是医学教学的重要工具,具有很高的教学价值。教师利用 3D 技术提高课堂的趣味性,形象化呈现专业知识,从而更好地开展医学教学,提升教学质量。学生利用 3D 技术以新的视角学习专业知识,根据学习需求进行自主学习,也可以突破空间和时间的限制,随时随地观看、重看三维视频,更好地实现学习目标[6]。拟请技术人员指导下修改完善人体寄生虫3D形态视图教学动画视频,例如一个简短的3D动画:日本血吸虫是如何钻进人体?疟原虫的生活史等,这些教师在课堂上描述不够形象或不充分的场景将通过这种直观的方式,有利于加深学生对该知识点的理解。针对微生物的特点,制作出一款与动画视频相辅的小游戏,如:模拟细菌实验室环境,让学生去按照步骤培养相应的细菌,如果在此过程中设置的培养条件不对,则不能生长繁殖出相应的细菌。

3 结语

由于新医科建设需要以及网络技术、移动设备和智能手机的迅猛发展,高等医学院校必须不断深化教育教学改革、变革教学模式[7]。本实践的新医科AI化创作病原生物学系列视频通过扩展AI辅助教学平台、增加学生兴趣的同时还具有易接受性、灵活性;一方面对于参与制作的学生,不但加深了他们对于知识的理解还学会对于软件的运用,还为今后人工智能化医疗服务做铺垫,响应了新医科人才培养的需求;另一方面对于观看视频的学生,既可以增加他们对于学科的兴趣和探索还可以利用AI系统,制定切合自身学习的规划。根据专业视频的趣味情况调查问卷的数据,整体来看,不论是大一还是大二的同学多数都认为以这种富有趣味的专业视频的方式来了解课本知识能够提高对于课本知识学习的兴趣,并且能够带着思考、问题走入课程学习中。此外,我们通过这次实践积累了激发学生学习兴趣的经验,也培养了学生对于软件应用的创新实践能力,同时发现了在实践过程中出现的问题,这些问题的解决将为进一步实现教育改革奠定坚实基础。