动画技术在心电图教学中的应用

杨兴艳 李成燕 向敏 叶颖 张旭 李智东 彭玲丽 何远杰

近年来，计算机领域融入了高等医学教学工作的方方面面，促进传统的教学方法发生变革，运用多媒体技术进行理论与实践教学成为当下教学主流方向。计算机动画技术因其具有图像直观，图文并茂，将图形，视频，声音有机融合一起，将信息立体输送给学生，增加学生记忆，理解，学生易于接受这种教学方式[1]。诊断学是临床医学专业的主干课程之一，在临床医学专业学生知识结构中处于关键节点，在诊断教学过程中，学生普遍反映心电图部分内容抽象，晦涩难懂[2]，特别是心律失常部分，涉及到心脏电生理机制与心电图之间关系更是理解困难[3]。针对这个问题，我们在实际理论教学及实验教学过程中，使用1～2 个动画，直观的解释部分心电图机制，课后学生反映良好。文章介绍心电图动画应用于课件中，进行实际教学效果，并进行评价。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2018 年9—12 月选择遵义医科大学临床医学系314名学生作为观察对象，纳入标准：全部完成理论课及实验课所有课程者，排除标准：未完成作业，退学，旷课，转学等。学生均知晓所在班级授课模式并得到教研室批准实施教学方案。所有学生均按规定完成课程，314名按班级顺序分两组，1～4 班为对照组157 名，年龄（20.0±0.3）岁，男生92 名，女生65 名，使用平时传统多媒体教学模式；7～10 班为动画教学组157 名，年龄（19.0±0.5）岁，男生81 名，女生76 名。两组一般资料差异无统计学意义（P＞0.05），可对比。

1.2 方法

1.2.1 心电图动画的制作方法

使用PowerPoint 软件，制作PPT。本文以心电图教学中的正常心电图及房性早搏为例，介绍心电图课件动画制作过程。首先在PPT 中文字介绍正常心电图激动产生传导顺序：首先引入心电向量概念，综合心电向量指向的导联出现向上波，心电向量背离的导联出现向下波。比如，心房除极向量由右心房指向左心房，那么在左心房方向的导联P 波正向（向上），在右心房方向的导联P 波负向（向下）。

1.2.2 正常窦律激动顺序

心脏激动从窦房结发出，依次除极右心房，左心房，产生P 波，2.激动经房室结传导，速度变慢，3.激动到达希氏束，开始除极心室，4.激动到达左、右束支，分别同时除极左右心室浦肯野纤维，产生QRS 波之后，心室开始复极，出现ST-T 波。

1.2.3 房性早搏（异位激动）产生、传导过程

假设异位激动从左心房发出，其除极心房顺序为左心房-右心房（除极方向与窦性激动除极心房方向相反），激动缓慢通过房室结，经过希氏束，同时除极左右心室浦肯野纤维，产生QRS 波，随后，心室开始复极，产生ST-T 波。

1.2.4 心电激动动画制作

图1 正常窦律与房性早搏动画示意图

图2 房性早搏心电图

构建简易心脏传导系统模型，标注心脏解剖（左右心房，左右心室，房室结）主要传导系统名称（窦房结，结间束，左右心房，房室结，希氏束，左右心室，浦肯野纤维网）。动作制作：设计一个点，以一定频率从窦房结发出（频率60～100 次/分），激动除极右心房跨越房间隔到达左心房，激动经过的部分设颜色发生改变，同时出现一个长箭头表示向量方向由右心房指向左心房，我们在右心房上方标注avR 导联，在左心房下方的左室高侧壁标注I，avL 导联，随着右心房到左心房除极完成，在avR 导联动画展现倒置P 波，在I，avL 导联展现直立P 波。激动经过房室结，速度变慢（除极过程中，房室结颜色逐渐变色，旁注房室结传导生理性延搁，PR≥0.12S）。激动经希氏束，快速经左右束支浦肯野纤维网除极心室（颜色随之改变），动画产生QRS 波群，随后，心室颜色缓慢变回原来颜色（心室复极），心电图出现ST-T 波。上述动画播放2 次心搏后，随后第三次心搏为异位激动从左心房提前发出冲动，其除极心房顺序为左心房-右心房（除极方向与窦性激动除极心房方向相反），此时出现心房除极向量由左至右，在avR导联动画展现直立P 波，在I，avL 导联展现倒置P 波。激动缓慢通过房室结，经过希氏束，同时除极左右心室浦肯野纤维，产生QRS 波，之后，心室开始复极，产生ST-T 波。房性早搏图形出现后出现一次长间歇，为代偿间歇，如图所示，第三次窦性激动落在房性心搏的ST段上。第4 次窦性心搏间期较早搏之前间期短，为不完全代偿间歇。

1.2.5 教学设计

图3 房性早搏未下传心电图示意图

教学核心知识点为除极向量与心电图图形形态密切相关。设计一个或多个问题，检验教学效果，播放动画，激动从左心房发出，其除极心房顺序为左心房-右心房（除极方向与窦性激动除极心房方向相反），此时出现心房除极向量由左至右，在avR 导联动画展现直立P 波，在I，avL导联展现倒置P波。激动缓慢到达并终止于房室结，无心室除极动画。向学生提出问题：“这样的情形心电图会有那些表现?”激发学生的思考，为整节课教学内容的展开设置悬念。通过课堂提问，课堂及课后心电图判读了解学生学习情况，通过心电图实例讲解图形机制。

1.3 观察指标

将授课班级（临床医学）分为两组，1～4班为对照组，使用平时传统的多媒体教学模式，7～10 班为动画教学组。具体对比指标有：理论作业，实验作业，理论课堂，实验课堂，正常心电图（正常心电），房性早搏（房早），房早未下传。主要测试心律失常部分理论成绩及实验课成绩，课堂参与讨论人数，作业，心电图图片判读。

1.4 统计学方法

采用SPSS 19.0 统计学软件对数据进行分析。计数资料用n（%）表示，采用χ2检验；计量资料用（）表示，采用t检验，P＜0.05 表示差异有统计学意义。

2 结果

动画组理论及实验成绩均明显优于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。动画教学组阅图技能成绩及上课参与度较对照组明显提高，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表1 动画组与对照组理论成绩及实验成绩（分，）

表1 动画组与对照组理论成绩及实验成绩（分，）

表2 对照组和动画组在完成作业，参与讨论及心电图判读能力比较[名（%）]

3 讨论

3.1 动画将抽象的心电图概念直观地呈现

诊断学是临床医学的一门主干课程，心电图诊断是诊断学中一种重要的物理检查，在临床医学教学中占据重要位置[4-8]。随着计算机技术普及，大量文献报道，动画技术近年来逐渐运用于医学教育中，并取得较好的教学效果[9-10]。以往教学活动中，教师为了讲清楚房性早搏图形特征及其意义时，往往要花费很长的时间和很繁琐的语言来阐述其详细机制，部分教师甚至放弃图形具体机制讲解而仅仅进行文字描述，学生不理解其机制，只能靠简单识记来应付考试[11-12]。学生学习吃力，听后也非常容易混淆，对心电图产生畏惧心理，课堂到课率不高，即使到了教室，学习兴趣不高[13]，针对实际教学中这个问题，我们设计动画+图形的展示，学生可以对房性异位激动产生，传导途径一目了然。教师仅用很短的时间和很精练的语言略加描述，就能够让学生融会贯通的教学效果。

3.2 动画将散乱无章知识点串联起来形成一个完整的故事

适当提问同学，了解学生是否真正理解心电图各波形的意义。在授课结束的时候，教师再结合授课内容将答案告诉学生。设计这样的动画，包含正常心电图内容，并且把心电图知识点串联起来[14]，方便学生推导，理顺其思维习惯。这样的动画场景配合其串联效果容易让学生形成深刻的记忆[15]，也使得比较散乱的教学内容系统性更强[16]。三维动画技术容易使得比较枯燥的授课内容活泼生动起来，课堂活跃度明显提高，通过现场心电图判读，学生学习的参与度，获得感，成就感明显增高。通过课后作业，我们发现学生不仅掌握了课堂授课知识，部分学习优秀的学生甚至可以通过心电图向量知识点推理出室性早搏，交界性早搏图形产生机制，达到触类旁通，举一反三的学习效果。

3.3 通过动画展示将理论知识与实际心电图图形相结合

心律失常是心电图课程中重点教学内容，也是难点内容，教师大量的语言描述往往比不上一个直观生动的操作演示。有时候即使使用教具，但在课堂上受到教室空间不足，学生距离远，教师的操作演示往往很难让每个学生都看得清楚，更无法直观地了解具体情形[17]。动画模拟仿真效果，具有可操作性性强，可重复重现相关情景，使学生真正理解房性异位激动产生，传导、不同部位心肌除极、复极顺序的一系列过程，使复杂问题简单化，可视化[18]，大幅提高学生学习积极性。我们通过精心设计三个心律失常图形，用于检测学生是否真正理解并掌握心电向量在心律失常分析中的核心地位，从检测结果中我们可以看到，学生理解能力普遍提高，从而解决学生理论课及实验课中普遍存在的理论强，实践弱的问题。当然，动画与心电向量结合的教学模式是否在其他专业，不同层次学生教学中同样收到良好的效果，有待我们后期更多不同层次学生参与该教学改革。

3.4 问题与不足

正常窦律与房性早搏是心电图诊断教学中的重要内容，我们通过设计这两个关键知识点的动画，向学生展示心电图激动传导过程，结合声音、图像，动画，立体传送知识点给学生，学生兴趣明显增加，更容易的理解其基本机制。同时，也存在一些问题与不足，如心脏传导系统是在一个立体的空间结构中传导，其向量具有时间及空间不断变化的特性，我们设计的动画目前仅仅以二维图形展示，部分空间的元素缺失，造成部分同学理解向量存在困难。另外，播放动画时虽然心电图激动顺序的动画很形象的呈现出来，但是动画过程较为粗糙，不够细腻，文字说明较少，使得部分习惯记笔记的同学无所适从，课后反映，上课的时候，特别是老师播放动画时能正确的理解，但是，课后自己根据心电向量推理图形时存在困难，其主要原因是课堂上没有记笔记。我们以后将会在现有动画基础上，逐步将平面动画改进为立体动画，更直观展示心电激动在心脏传导系统过程。

3.5 结论

在心电图教学中使用动画技术，可明显提高学生在教学过程中的参与度，提升其学习兴趣，提高其学习成绩，同时可辅助记忆相关知识，特别是大幅度提高学生对心电图激动产生，传导等过程的理解。通过举一反三，引导学生主动学习心电图相互关联的教学内容，寓教于乐，使课堂更生动，学生乐于接受。总之，动画技术应用于心电图教学具有上述众多难以替代的优点，是未来诊断教学发展的必然趋势。结合心电诊断特点，使用动画教学这种教学模式，适当结合传统教学方法，必将取得良好教学效果。