病原感染与免疫教学AI视频动画的制作与思考

夏丹丹,郭 萍,刘伯玉,张俊玲,张林杰,,王林定,王明丽,△

(1安徽医科大学临床医学院基础医学部病原生物学与免疫学教研室, 合肥 230031; 2安徽医科大学临床医学院临床医学系; 3安徽医科大学基础医学院微生物学教研室; △通讯作者)

学科的发展与相关知识理论在不断更新,病原微生物引发的侵害为教育教学带来了新挑战的同时也反映出相应课程的重要性[1]。近年来,大规模在线教育有力地推动了高等医学教育领域教育公平和整体质量提升、实践变革和数字技术的有效应用[2,3]。且在新医科的大背景下,为适应学科发展并助力新型临床适用人才培养目标的实现,医学课程教学内容与形式的变革势在必行[4]。互联网背景下,病原感染与免疫的教学受到了更大的挑战,由原本晦涩难懂的线下授课模式转变为线上授课,这就为必须掌握基本理论、基本知识和基础技术(下面简称“三基”)才能更好地学习临床课程的医学生带来诸多学习和实践的困难。

病原感染与免疫课程包括医学微生物学、人体寄生虫学与医学免疫学三门医学生必修的专业基础课,主要研究病原微生物与人体寄生虫感染引发疾病后的诊断与防治方法,课程涉及知识面广泛深入,与临床实践联系紧密[5-7]。学生必须通过对病原感染与免疫课程的学习,才能为临床课程的学习与掌握打下坚实基础。课程内容相互之间虽关系密切,但学生若缺乏指导和实践,会因内容繁杂,难以记忆且再加上免疫学较为抽象、逻辑性较强等特点,消化或接受程度降低,达不到教学对人才培养的目的要求[8]。

在这样的大环境下,我校率先开展线上教育资源的拓展,以病原感染与免疫课程教学AI视频动画制作为强有力的抓手,开展了高质量教学研究,为高等医学线上教育教学添砖加瓦。病原感染与免疫课程系列教学AI视频动画的制作目标就是为搭建紧密连接基础医学与临床医学的重要桥梁课程,针对医学微生物学、人体寄生虫学和医学免疫学三门课程中的基本理论、基本知识和基本技术(“三基”)的核心内容,整理出40个教学难点/重点,撰写脚本并制作出30个教学AI视频动画,为学生进一步学习临床知识奠定了理论基础。在校园评估结果显示,该教学AI视频动画成功建立起该三门课程之间的桥梁,对学生的学习起到明显促进作用,能够充分激发学生内在的学习动力。全体参加该教学动画制作的学生掌握了多种软件的使用并显著提升专业技能与理论联系实际的能力。教师在教学过程使用该视频动画可以提高教学效率。

1 教学AI视频动画的设计与制作

1.1 教学AI视频动画的设计

教学AI视频动画的设计以问题为导向组织知识点,以知识点进行资源建设,注重以学生为中心建立教与学新型关系,注重学生批判性思维、合作能力、解决复杂问题能力的培育。教师首先根据教学大纲整理出教学知识点,挑选参与教学AI视频动画制作的成员,依据教学知识点进行脚本撰写,在团队成员的努力下完成动画制作,最后经过反复校对得到最终的教学动画。《病原感染与免疫》教学动画制作的完成是对该课程教学资源的一种拓展,以激发学生学习兴趣,提升学生综合能力。

针对医学微生物学、人体寄生虫学和医学免疫学三门课程中的“三基”的核心内容,教师根据教学大纲整理出40个教学难点与重点。团队成员选自我校大二临床医学专业和大一护理学专业学生。指导教师根据学生的知识基础和擅长的技能,将整个项目团队分为三个小组。文案组成员根据筛选出的重难点构思案例或场景;绘画组成员将涉及的人物、背景等依照文案并辅以自己的理解与思考,用软件完成AI视频动画的制作;动画组成员负责动画的添加和视频的剪辑,同时负责校对和后续完善工作。

为补充成员的专业知识,指导教师为每位成员提供了电子版的专业知识书籍和纸质版书籍。动画的制作不仅需要知识的储备,更需要软件技能的熟练使用。为此,指导教师邀请了动画专业教师对成员进行集中培训,确保每位成员掌握基本的软件使用能力,并对制作过程中所遇到的硬件和软件问题及时解惑,以保证学生的想法能够落地。教师完善硬件系统,如电脑设备、录音设备;选取合适的制作软件,包括Procreate、Microsoft PowerPoint、Adobe Premiere和剪映等。

1.2 教学动画制作

根据整理出的重、难点制作30个动画,文案组成员收到分配的任务后,针对知识点设计不同的情景。所有情景设计都是学生自由构思,经过多次商讨合理性,与指导教师反复沟通后确定的最终情景,完成动画脚本的撰写。

绘画组收到文案后,结合文案组要求和对知识点理解设计人物,运用Procreate进行素材的创作。绘画组的重要职责是将学生的构思表现出来,针对每一个情景细节之处进行再次补充使情景可视化。动画组接收文案,经仔细研读后与其他两组成员沟通提出修改和补充要求,修改后按照文案的情节,使用PowerPoint、Adobe Premiere和剪映等软件制作动画。

动画组成员在添加动画之前对文案进行研读,核对文案中专有名词的准确性,人物间对话内容的逻辑性,人物素材是否与实际生物学特征相符。指导教师是把控教学AI视频动画科学性、合理性、可使用性的关键所在。因学生所学专业知识有限,对书本之间内在的逻辑关系理解不够深入,指导教师是校对的核心人物。指导教师审阅文案中的用词是否得当、动画创作中是否新颖或有所缺陷、涉及免疫过程是否有误等。在教师和学生的多次校对下,得到最终的教学AI视频动画。

2 教学AI视频动画效果及评价

2.1 教学AI视频动画内容

教学AI视频动画制作全程由学生构思并制作,指导教师不干涉创作,仅对涉及知识难点的科学性和应用场景进行评估并对动画最终效果的呈现提出修改意见,以充分调动学生的主观能动性,发掘学生的思维逻辑性和动手潜力。动画内容兼具虚拟与现实,情景丰富且直观不失逻辑,将病原感染与免疫课程内容充分联系起来,搭建知识桥梁将基础专业知识和临床知识直观展现,帮助学生加深学习印象。

以非特异性抵抗力:“炎症”为例,AI视频动画背景设定为炎症反应后细胞间的功能状态,被拟人化的细胞包括巨噬细胞、红细胞、中性粒细胞和成纤维细胞等。动画以细菌污染的钉子刺伤皮肤组织为起点,炎症反应中各细胞的参与情况以分享对话形式展开故事情节。教学目标为炎症反应的概念、炎症的原因、炎症细胞的种类、炎症的发生与发展过程及其机制、炎症的局部表现和全身反应等。动画开始的钉子刺破皮肤环节人物介绍,可使得观看者在进入局部受伤情形的同时学习炎症的起因。动画整体为细胞间的问答,如巨噬细胞提问“还看到了红、肿、热、痛的表现,这是怎么回事?”引起观看者思考炎症的局部表现,随后红细胞和中性粒细胞回答“红是因为邻近皮肤表面的血管扩张所导致的,肿是因为血浆或血液中的液体进入细胞间隙所导致的。热是由于动脉性充血及代谢增强所致,痛是因为疼痛受体刺激性化学物质释放所导致的。”具体而生动地展示了炎症局部表现的起因(图1)。整个动画过程通过问答形式将炎症原因清晰描述,为解决反应中抽象名词如血管活性物质和瘢痕组织不易理解的问题,在动画人物的对话过程中同步对应名词的图像用以辅助记忆。

注:A细胞为巨噬细胞,B细胞为中性粒细胞,C细胞为红细胞。

炎症是医学微生物学、人体寄生虫学和医学免疫学这三门课程中的共同教学重点。微生物和寄生虫等病原体均可引起炎性反应。在非特异性抵抗力:炎症这一教学AI视频动画内,动画开头即以细菌污染的钉子刺伤皮肤组织为起点,介绍了导致炎症的原因,动画中的巨噬细胞、中性粒细胞等为免疫学的主要内容,立足于讲解炎性细胞。教学AI视频动画将三门课程重难点内容有机融合在一起,找出了各独立课程中的相关知识点之间的相互联系,从而提升学生整体认知的能力,学会全面看问题。教学AI视频动画制作的过程中一直注重发现独立课程之间的联系,将知识点串联起来,真正搭建起不同课程之间的桥梁。学生能够建立知识网络,将晦涩难懂的知识串联,印象深刻,激发学习内生动力。

2.2 教学效果

2.2.1 激发学生学习兴趣 在这一教学活动中,教师以学生为中心,引导其自主学习,学生通过完成教学AI视频动画观看的任务,教师后续进行答疑。通过对动画的观察,学生能够有深刻印象,对于抽象名词的理解更直观易懂,并且建立了课程之间的联系。教师在授课过程中增加了趣味性,同时学生能够更好地掌握知识点,极大提升了学生对知识点的理解和学习自信心。教师坚持以学生为中心的理念,更注重对学生的启发性,真正激发学生学习兴趣。该动画公益分享到不同平台,使更多的人能够利用该动画进行学习,对不同教学环境和教学条件的学生来说,有了相同起点,能够更好地促进教育公平,同时也让更多的教师在教学上有了可选择的新工具,积极推动高等医学教育方式的多样化。

为了获得更为直观的教学效果,教师对我校2023级护理学专业及2023级助产学专业学生开展问卷调查,以了解学生课上使用教学AI视频动画后学生的学习兴趣。共计收回152份有效问卷。使用本教学AI视频动画后对知识记忆提升的结果显示,有68.42%的学生认为能够一般加深印象,30.92%的学生认为观看动画后对知识点印象深刻,即99%的学生都认为教学动画能够加深对知识的记忆,仅0.66%的学生认为对知识记忆无明显帮助。其中关于该教学动画的趣味性评价表明,71.71%的学生认为课上使用的动画非常有趣,26.97%的学生认为有趣。以上这两点调查结果表明教学AI视频动画趣味性十足且能够有效帮助学生记忆知识,对学习起到促进作用。调查结果还表明,99%的学生愿意推荐他人观看教学AI视频动画。

本项目是我校积极探索线上教育和数字化教育的一个新起点,也为其他学科探索数字化教育和线上教育提供新思路,用一个个小的剧场展示病原微生物的生物学性状、致病性、免疫性以及预防和治疗原则等。根据40个重点难点,我们制作出30个AI视频动画。该教学动画搭建起三门课程间的知识桥梁。学生将抽象难以理解的内容变为具体贴近现实生活的动画形象,更直观地了解微生物与人体细胞和分子之间的相互作用过程,显著提高了学习效率。在观看本项目线上的教学AI视频动画可以突破物理空间和时间的限制,同时运用了视与听,可大幅度地提高对动画内容的理解和记忆,有助于提高学习成绩。

2.2.2 提升学生综合能力 对于参与教学AI视频动画制作的学生来说,各个小组成员的职能均不同,但对医学微生物、寄生虫和免疫的医学知识与常识的掌握程度都大幅度提高。多数绘画组的成员系统学习过绘画,具有较高的审美与塑美能力,制作出来的素材精美且直观形象。成员的团队协作能力和人际交往能力大幅提升。整个项目制作完全使用电脑软件,各个成员负责不同软件的使用。随着制作的进行,不同组的成果交付所需时间逐步缩短,表明各小组软件的使用熟练度明显提高。

使用教学AI视频动画的学生,一方面加强了知识记忆,另一方面,提高了临床思维能力,整个动画包括疾病的感染、传播、防治,系统将知识点串联起来,逻辑思维能力有效提升。由于整个动画将会投放于网络平台,学生需要自行搜索关键词进而获取动画视频,在观看动画时如遇到感兴趣的知识点,也可以通过网络或书籍查找正式的理论内容。这有助于学生信息搜索能力得以提高。

2.2.3 丰富教学资源 除了传统的板书式与演示文稿式教学,动画使教师在教学方式上有了更多的选择[9]。国内医学教育也广泛使用医学动画,除了使用教材配套动画,也从网络下载公开的动画作品。但网络下载动画存在几个方面问题:缺乏严谨性和科学性;设计内容不能全面反映教学要点;内容过于分散,难以系统反映教学内容的前后联系;不具有自主知识产权等问题[10]。此次制作的教学动画严格把控科学性,突出教学重难点,将知识点系统关联起来,能够有效丰富病原生物与免疫课程教学资源,为教师教学提供有力的新工具。据研究统计数据,动画教学在提高学习兴趣、理解抽象概念等方面获得了学生广泛认同。多数学生认为应当继续实施动画教学方式,可以更快掌握知识,从而提高教学效率[7]。教学动画与如PBL、CBL等教学法相结合使用,可以弥补不同教学法需要花费大量的时间,导致教学课时不足的问题。经学者实践,综合的教育方法取得了较好的效果,这也为病原生物与免疫课程教学提供新思路[11]。

2.3 教学AI视频动画评价

2.3.1 教学AI视频动画成果 目前已有两名参与该教学动画制作的学生作为第一作者撰写了相关研究论文,并且已见刊一篇,有效地提升了文献阅读能力、科学写作能力,熟悉学术出版流程,对日后的个人发展与未来规划都有积极意义[12]。六名学生参加了学校创新性大赛并取得好成绩。而非医学专业的人员可以通过关联想象将晦涩的理论知识转变为生活中的体验场景,增加人们不同领域的知识储备。

受现实因素影响,不同地区在众多领域均存在极大的差距,教育资源集聚引起的虹吸效应使得区域发展水平差距拉大、贫富分化。项目动画涵盖微生物、寄生虫和免疫的重点知识,全部在线上投放。学生可以通过网络搜索获得全部资源、免费观看,助力于缩小教育鸿沟,促进教育资源配置公平。项目动画可用于完善在线学习环境,使用动画作为课前预习材料,课堂上使用动画增强学生的学习兴趣,课下使用动画用于复习巩固,从而应对突发公共卫生事件采取的在线学习方案,也为日后应对突发问题提供教学资源。

2.3.2 教学AI视频动画的改进 受时间和资金等多种限制,该教学AI视频动画制作使用软件均为成员自行购买或免费获取。受技术水平限制,制作出的成果较2D/3D动画技术落后,动画整体不够立体流畅。且团队成员均为在校学生,紧迫的制作时间导致动画在部分制作上不够尽善尽美,仍有画面等方面的问题需要进一步修改完善。

关于教学动画的调查问卷结果也反映了这些问题,学生对该动画的建议主要集中在人物形象、故事情景及动画流畅度,如34.21%的学生认为人物形象不足;32.89%的学生认为故事情景不够生动形象;21.71%的学生建议动画流畅度应进一步提升;11.18%的学生建议在配音等其他方面应该更加细致处理。我们后续将进一步修改,完善上述不足之处,以得到更好的教学动画,提供优质的教学资源投放于公益网络平台。

3 总结与展望

在新医科建设的大背景下,突破病原生物与免疫课程教学中的难点和痛点问题,特别是在加强学生掌握AI技术,培养创新科学思维上要下真功夫。病原感染与免疫课程的教学AI视频动画具有完整风趣的情节、专业的理论知识支持等优点,搭建起课程之间的知识桥梁,挖掘出各个知识点之间的联系,通过教学动画展示出来,让观看者能直观准确地接受并掌握“三基”教育。教学动画公益投放使用后对学生、教师等使用者有较多益处,还可以促进教育公平。如今的网络线上教育处于迅速发展的阶段,这已然成为高等教育改革的新契机,推动线上教育发展的同时完善高等医学教育的数字化资源,动画辅助传统教学也将成为教学中普遍使用的技术手段[2]。在今后,我们将对病原感染与免疫课程积极探索的经验应用于其他学科,帮助其他学科构建知识点之间的联系。后续将关注病原感染与免疫专业知识和临床实例的紧密结合,让学生将病症和病因能够紧密联系,努力推动高等医学教育的数字化发展。