數字醫學多元化教學方式的探討及思考

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(上海交通大學生物醫學工程學院；上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院)

經過十余年的發展，數字醫學在我國逐漸發展成一門新學科，當前我國數字醫學的教育尚處于起步階段，存在教學系統不完善、教學模式不明確等問題。對于數字醫學的教學方式，應明確數字醫學教育的目的是培養一系列高素質綜合人才，能利用工程技術提高臨床醫學診療水平，即數字醫學學科是以理論為基礎、以實際應用為目標，具有多學科交叉、多層面融合的特點。本研究基于面向醫學生的教學實踐，分析并探討數字醫學多元化教學方式的優勢和應用方法。

傳統的教學方式主要是以課堂授課為主，往往缺乏互動性。一方面，教師容易忽視學生的接收程度，僅一味地傳授新知識而無相關舉措引導學生思考問題、培養學習思維等；另一方面，學生也常因為預習不足，對課堂內容感到陌生而不能很好地在課上掌握知識。數字醫學作為一門交叉學科，涵蓋了計算機科學、傳感器技術、圖像處理等理工學科，對于學生來說，這些領域既陌生也有較高的學習門檻，如果沒有合適的教學方式，容易使學生失去學習興趣。

在數字醫學課程教學中，應根據學生具體的專業背景對授課目標進行定位。2017年秋季，筆者團隊在上海交通大學醫學院主講《數字醫學中的3D打印技術》課程，共有98位臨床專業的研一學生選修該課，學生專業背景多樣，涵蓋了眼科、骨科、心內科等研究方向，故定位該門課程以概況簡介、培養學生興趣作為授課目標，主講內容包括了個性化內植物的數字化設計和制造技術、增強現實在手術導航中的應用、機器人技術在外科手術中的應用、數字化手術規劃、人體關節的3D生物力學評估、智能康復等，并邀請了各個領域的專家為學生講授課堂內容，教學隊伍包括了1名院士、8名教授、1名副教授和3名工程師，課時為32學時。其中，高級職稱教師承擔的教學任務不少于70%，并可以各種形式承擔教學工作，包括理論課、科創項目帶教、教學管理和教材編寫等。

在數字醫學課程內容設置方面，考慮以介紹數字醫學各領域概況、進展為主，不對課程設計的工學原理、數學公式等做過于詳細的講解和要求。在授課過程中，教師通過視頻、圖片的形式向學生展示數字醫學的發展前沿，通過對實際案例進行生動的講解從而使學生產生學習興趣。如涉及虛擬現實與數字技術在康復機器人領域的研究內容時，主講教師向學生展示了大量的康復機器人操作視頻和國際前沿手術機器人的產品展示幻燈，讓學生身臨其境，直觀地了解康復機器人的工作原理和用途，以及對新技術的應用現狀和發展趨勢有直觀認知。在主講3D打印技術在顱頜面畸形治療中的應用時，主講教師根據自己多年的整形修復臨床經驗，使用以案例為基礎的教學(case-based learning，CBL)模式，向學生展示了許多真實且前沿的病例，并簡明扼要地結合各個病例，對手術治療方案當中運用到3D打印技術進行講解，向學生展示3D打印成品，生動地闡述了數字醫學技術在臨床應用方面的優點。

在數字醫學課程授課前后，應提供足夠的閱讀材料供學生參考。數字醫學的涉及面廣，不同的學生熟悉的領域不一樣，授課前應讓學生進行課程內容的預習。在課程開始前，推薦學生觀看國內外相關的公開課和書籍，使學生自主了解在數字化時代里醫療領域面臨的挑戰和機遇，激發學生對新技術新應用的學習興趣和思考，同時從讓學生思考新技術的發展對醫患關系的影響等，以培養醫學生的人文素養。課程培養目標主要是讓學生了解相關的醫療新興技術，并批判性地看待和分析當代的數字醫學。在每次課程結束后，應及時告知學生下次課程的主講內容。課堂外可定期組織文獻報告會(journal club)。文獻報告會是由各個小組成員定期針對專業領域中的最新文獻進行討論，分享各自的觀點，以指導臨床實踐，根據Deenadayalan等人提出的方法制定文獻報告會教學效果評價指標體系。每周一次安排教師或學生主講數字醫學領域里新發表的代表性高的論文，并把論文提前發給參與者以供預先學習思考、凝練問題，會上主講者結合自己的科研、臨床工作對該論文進行解讀，與會者可以隨時打斷演講提出問題，所有人共同參與討論，以從中收獲新知識和新思路。

在數字醫學課程授課過程中，教師可使用建構主義引導學生尋找問題、發現問題，倡導教學相長的學習氛圍。建構主義(constructivism)教學是指導學生基于原有的知識經驗建構意義與理解的過程，圍繞課堂內容進行主動性探索。這一過程通常是在社會文化互動中完成的，所以主講教師設計的教學情境應能輔助學生完成這一過程，使學生對課程內容所涉及的原理、規律、內在聯系等達到較為深刻的理解。教學中應遵循引導與學生自覺性結合的原則，激發學生的求知欲。當學生對部分內容存在疑惑時，應及時鼓勵學生提問，教師在授課過程中應關注學生動態，可以采取簡單提問的方式引導學生進行思考。問題式學習(problem-based learning)模式是一種以問題為基礎的學習模式。它讓學生在思考問題的解決方案中掌握知識、培養技能，進而建立良好的思維模式，并激發學習興趣。如在主講移動數字醫療與運動生物力學相關內容時，教師先播放了一位患者步態視頻，并讓學生嘗試回答該患者患有哪種疾病，對學生的錯誤答案進行鼓勵并指明答題方向，在學生答對后對該疾病的臨床表現和治療方法進行講解，從而引出了移動醫療的話題。教學中應采取多種教學手段有效提高學生的獨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生就課堂知識進行提問，促進和學生的交流，也可根據學生需求提供工作郵箱、辦公地址等用以課后解答學生的疑惑。教師在言傳身教中提升學生的學習素養和道德情懷，鼓勵學生和老師一起相互激勵，共同超越。另外借助新媒體也能為教學出力，課程專設交流群，學生可以在群里提問、獲得教學資源，除了課件，還提供參考文獻和網站鏈接等，供學有余力的學生深入鉆研，為學生的自主學習提供便利。授課過程中容易忽視培養學生質疑和思辨能力，如使學生做到“學有所思”是教學的重點和目的。

在數字醫學教學中，還應根據學生的實際需求安排操作實踐課程和參觀見習等。數字醫學的教學應關注學生的切身需求，除了理論教學建設，還可視具體情況安排一定比例的實踐教學，且理論教學團隊應與實踐教學團隊建立互通交流，構建知識、科研、技術相容的教學模式，使課程具有合理的理論結構和實踐結構。部分選修該門課程的學生在科研中需要學習部分軟件，課程安排了常見的二維制圖、三維建模軟件操作課程，并組織學生參觀教育部數字醫學臨床轉化工程研究中心，參與如步態分析等實驗室課題，有利于調動學生參與的積極性，鍛煉學生的動手能力。同時，課程依托于上海九院3D打印平臺，為學生提供了見習機會，該中心整合骨科、康復科、影像科等多科室臨床資源，致力于推進3D打印的技術研究與臨床應用，實現個體植入器械、康復輔具的個性化設計與快速制造。組織學生參觀了與課程內容相關的部分企業，為學生如在課程內容涉及到生物3D打印技術后，組織學生實地考察了國際頂尖的生物3D打印機制造商的中國辦事處，提供醫學生與業內工程師交流的平臺。這種與見習、實踐有機結合的教學方式充分調動了學生對課程學習的積極性，同時為學生提供拓展視野、開拓思維的學習平臺，提高了學生的自主學習能力和科研創新能力。

對于數字醫學課程的考核方式不應該過于單一，需建立科學的過程評價體系。此次課程的考核方式是讓選修該課程的醫學生結合自己的專業和研究方向，以及本課程所學知識撰寫綜述并制作課題設計幻燈，內容建議包括國內外研究背景、目標、創新性、意義、技術路線、關鍵技術、研究內容、前期研究基礎、研究瓶頸、預期結果等。在主題方面，提供了供學生參考的研究方向，如3D打印技術(含生物3D打印、臨床醫療應用、康復輔具、內植入物等)、機器人(康復機器人、醫療機器人、外骨骼機器人、手術機器人、手術導航)、康復醫學技術與器械(肌骨康復、神經康復、心肺康復、兒童康復、精神心理康復、老年康復、疼痛康復、言語康復、視聽覺康復等)、智能設備(云時代大數據與移動網絡、虛擬現實、增強現實、移動數字醫療、新型假肢與矯形器技術、可穿戴設備等)、理論研究(圖像處理、心血管介入手術、生物力學與步態分析、運動檢測與分析、假體松動等)，強調以上主題僅供參考，可以結合實際情況自由發揮。在評分方面，包括了學生自評、互評和教師評價。

由于數字醫學是一門新興學科，其教學的發展離不開來自學校層面的支持。筆者主講的課程得到了學校諸多支持，首先，上海交通大學醫學院配備設施完善的多媒體教室和專業的管理人員，能從很大程度上滿足現代課程以新媒體為知識載體的要求，特別是數字醫學課程新理論、新技術涉及面廣，更需要通過多元的生動的教學方式降低學習的門檻，培養學生的興趣。其次，依托于上海交通大學醫學院各個附屬醫院和研究平臺，可以給學生提供更多的見習和操作機會。多個數字醫學應用研究中心配備了專職工程研發技術人員和先進的醫用金屬、高分子和生物3D打印設備，可為學生提供醫學圖像三維建模、個體化治療手術規劃、個體化植入物設計和快速制造的學習平臺等。最后，學校對課程和任課教師的大力支持減少了數字醫學教育推廣的許多阻礙。任課教師在教學之外，還需肩負科研任務，特別是臨床教師，還要承擔繁重的臨床工作。上海交通大學醫學院于2014年正式啟動了交大醫學院骨干教師激勵計劃試點工作，改計劃的施行回歸了大學“教書育人”的本位理念，從教學經費和職稱晉升兩方面對教師予以保障。