3D动画在儿科呼吸系统疾病教学中的应用

摘 要 目的：探讨3D动画在儿科呼吸系统疾病教学中的应用效果。方法：选取广西医科大学儿科学2022级19班的50名学生作为研究对象，随机分为观察组和对照组，每组25人，对照组采用传统培训方式，观察组在对照组基础上采用3D动画培训模式。比较两组学生的理论知识水平、考试完成时间和教学满意度。结果：观察组的各项理论知识成绩均高于对照组，各项考试完成时间低于对照组，教学满意度高于对照组（ <0.05）。结论：3D动画培训模式能提高学生相关理论及操作技能水平，提高教学满意度。

关键词 3D动画技术；教学；儿科；呼吸系统疾病；解剖

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.27.049

Application of 3D Animation in the Teaching of

Pediatric Respiratory Diseases

LI Yan， HUANG Fuling， SHAN Qingwen

（The First Affiliated Hospital of Guangxi Medical University， Nanning， Guangxi 530021）

Abstract Objective：To explore the application effect of 3D animation in the teaching of pediatric respiratory diseases. Methods： Fifty students from Class 19 of the 2022 level of the Pediatrics Department of Guangxi Medical University were selected as the research subjects and randomly divided into an observation group and a control group， with 25 students in each group. The control group adopted traditional training methods， while the observation group utilized the 3D animation training mode on the basis of the control group. The theoretical knowledge level， exam completion time， and teaching satisfaction of the two groups of students were compared. Results： The scores of various theoretical knowledge in the observation group were higher than those in the control group， the exam completion time was lower than that in the control group， and the teaching satisfaction was higher than that in the control group （all <0.05）. Conclusion： The 3D animation training mode can improve students' relevant theoretical and operational skill levels and enhance teaching satisfaction.

Keywords 3D animation technology; teaching; pediatrics; respiratory system diseases; anatomy

儿童呼吸系统疾病是儿科学必修的专业课程之一，其疾病表现复杂多样，理论知识抽象枯燥。儿科教育面临着独特的挑战，尤其是在教授涉及复杂生理结构和功能的呼吸系统疾病时。传统的教学方式通常只能呈现呼吸系统解剖平面结构，缺少维度和真实性，无法使学生建立清晰的三维空间结构概念，导致学生难以直观地理解疾病的发病机制和治疗方法。随着计算机技术和其他新兴学科逐渐涌入医学领域，3D动画技术已被广泛应用于医学教育中，特别是在复杂概念和过程的教学中显示出其独特的优势[1]。本文探讨了3D动画技术在儿科呼吸系统疾病教学中的应用，通过具体案例分析该技术的有效性和实施策略，旨在提高学习者的理解力和记忆力。

1 对象与方法

1.1 培训对象

选择2022级儿科学的临床班级50人。分组：观察组采用3D动画模式（25人），对照组采用传统非3D动画模式（25人）。

1.2 培训师资

由具有丰富临床经验及教学经验的临床教师进行培训。

1.3 研究方法

1.3.1 教学内容与过程

①教学内容的选择：参照教学大纲和教学任务，以儿科学第9版教材为基础，由教研室集体备课，选择确立需要引入3D动画和3D CT影像的章节和内容，选择儿科呼吸系统疾病中的典型病例，如肺炎、哮喘等作为教学内容。②教学材料准备：收集不同儿童呼吸系统疾病患者的CT影像数据，并对数据进行质量验证和预处理。根据预处理的CT影像数据，构建三维呼吸系统的模型，进行3D立体渲染，展示不同疾病状态下呼吸系统的形态结构、血液循环、通气情况等。观察组使用3D动画技术制作的呼吸系统疾病教学课件，对照组使用传统的教学课件（PPT、图片等）。③教学过程：观察组和对照组均由同一位教师进行授课，确保教学质量的一致性。观察组学生观看3D动画课件，了解疾病的发病机制和治疗方法；对照组学生观看传统课件，通过文字和图片了解疾病知识。教师集体审阅后修改和完善预讲，开展课堂授课并对教学效果进行对比和评估。

1.3.2 教学效果考核

①理论知识考核。设计50道选择题（每题最高2分，最低0分），包括单选题和多选题，涵盖儿科呼吸系统疾病的病因、病理生理、临床表现、诊断和治疗等方面的知识，分别考查学生对典型病例的临床表现和处理，以及常见疾病的特点和鉴别等内容的掌握程度，以考试成绩来比较教学效果差异。②记录考试完成时间。③教学满意度采用学生问卷调查形式，授课结束后发放调查问卷，了解学生对于不同教学方法的评价。问卷包括提高兴趣程度、学习动机、参与度、学习目标认同度、职业发展帮助程度等5项内容，每项最高分20分，最低分0分，采用不记名打分。共发放问卷50份，回收50份。

1.3.3 数据分析

比较两组学生的理论知识水平、考试完成时间和教学满意度。实验所有数据使用 SPSS 21.0统计软件进行分析，采用配对检验方法。

2 结果

观察组的各项理论知识成绩均高于对照组，各项考试完成时间均低于对照组，教学满意度高于对照组（<0.05）。（见表1）。

3 讨论

随着技术的不断进步，医学教育领域正在经历一系列创新和变革。教学不再局限于文本材料或PPT演示，而是转向以问题为基础（PBL）和以案例为基础（CBL）的教学模式。利用视觉元素，如图表、图片和动画，可以增强学生的理解和记忆，使抽象概念更具体、更易于理解。然而，平面图像无法直观地展现立体结构，这导致学生难以理解复杂的结构；而通过静态图像或图片交替来讲解医学动态演变的过程，会造成连续性的缺失，教师难以深入解释，学生也很难完整把握整个过程，传统的二维动画形式已经不能满足教学需求[2]。如果PPT内容单一或设计不吸引人，可能导致学生注意力分散，减少学习动力，影响了教学效果。

3D动画是一种基于计算机技术的制作技术，近年来迅速发展。它通过控制图像在三个方向上的运动来产生动画效果，具有精确、真实和可操控的特点。这种技术适用于需要模拟现实三维立体状态的情况，在各个领域都有广泛的应用。

研究结果显示，观察组采用3D动画模式的儿科学生在教学效果、考试完成时间和教学满意度方面均表现出明显优势。首先，在教学效果方面，观察组的平均分为90.2€？.7，显著高于对照组的81.6€？.9，说明3D动画模式对学生的学习效果产生了积极影响。其次，在考试完成时间方面，观察组的平均时间为23.0€？.8，明显低于对照组，这表明3D动画模式有助于提高学生学习效率和信息吸收速度。此外，观察组的教学满意度也明显高于对照组，分别为92.7€？.8和83.1€？.1，进一步表明学生对3D动画模式的认可度较高。

这些结果说明了3D动画模式在儿科学生教学中具有明显的优势，可能源于其更直观、生动的教学方式，能够帮助学生更好地理解和记忆知识点。此外，通过3D技术呈现的图像和场景可以激发学生的学习兴趣，提高他们的注意力和参与度，从而促进了学习效果的提升。然而，也需要注意到研究存在的局限性，比如样本量较小，只在一个班级进行了观察，因此结果的普适性有待更大范围的验证。3D授课模式在儿科学生教学中表现出了较好的效果，但仍需要进一步的研究和实践来验证其在大范围应用中的可行性和效果。这些发现为未来教学模式的选择和课程设计提供了有益的参考，也为引入更多先进教学技术和手段提供了借鉴。

在医学教学领域中，3D动画能提高学生对解剖学和生理学的理解。与传统的多媒体技术相比，3D动画能够以三维空间形式观察人体结构，有助于学生更好地理解解剖学和生理学的复杂内容。通过3D动画，学生可以看到身体内部的各个层面，包括难以通过传统学习方法观察到的细节，如内部器官的功能和相互作用[3]。3D动画可以用来模拟各种医疗程序，包括外科手术和诊断过程。这种模拟不仅有助于学生在实际操作前了解和练习复杂的技术步骤，还能降低实际操作中的错误风险[4]。此外，3D动画还具有二维显示无法比拟的优势，学习者可以通过拖动改变视角，自由地观察不同角度的空间结构和层次。在课堂上，教师可以根据学生的需求调整3D作品的视角，或者让学生参与操作，从而增加教学的趣味性和互动性，激发学生的学习兴趣，提升医学教学质量。3D动画可以跨越语言障碍，因为它通过视觉而非文字传达信息。这使得医学教育内容能够更广泛地传播给不同语言和文化背景的学生。尤其在全球范围内，3D动画支持了远程医学教育的实施。学生无需身处实验室或教室，也能通过网络平台接触到高质量的教育资源，这对于地理位置偏远的学生尤其有价值。3D动画技术可以提供跨学科综合教学，将多个学科融合在一起，呈现出更全面、综合的知识。例如，在组织生物学教学中，通过3D动画可以同时展示生物结构、生态关系和生理过程，帮助学生更好地理解各个方面的知识[5]。

当下的CT新技术“医学影像后处理系统”能够以逼真的方式展现人体各器官的三维结构。这一突破性进展对医学教学演示、医学影像诊断、手术方案制订以及医患病情交流等领域带来了巨大的改变，为医学影像技术的应用开辟了全新的时代。在呼吸系统疾病的诊疗过程中，CT影像扮演着举足轻重的角色。通过将3D动画技术与CT影像相结合，我们能够更清晰地展示病灶的具体部位，从而帮助学生更好地理解疾病的发生和发展。这种结合对于提升临床教学效果具有重要意义。

如金黄色葡萄球菌肺炎的胸部CT矢状位图仅显示了普通胸部CT下的画面，而3D图像展示了患者肺脏的真实形态结构。若采用3D图像和教具进行教学，相信学生对三维平面结构的记忆会更加深刻。在儿科教学中，3D可视化图像将传统的二维平面肺部平片变得“立体”， 以多角度、多层次的方式给学生带来感官冲击，使其结构深深地印刻在学生的记忆中。

4 面临的挑战

尽管3D动画在教学中具有明显优势，但在实际应用中也存在一些挑战。技术和资源的限制是主要障碍之一。高质量的3D动画制作不仅成本高昂，而且需要专业的技术支持。此外，教师的技术适应能力也是一个不容忽视的问题。虽然大多数年轻教师能够迅速掌握新技术，但一些资深教师可能对于从传统教学方法转变到使用高科技教学工具感到不适应。因此，进行教师培训和提供持续的技术支持是推广3D动画的关键。

5 未来发展方向

展望未来，3D动画在儿科呼吸系统疾病教学中的应用会更加深入和广泛。此外，为了克服技术适应性的问题，可以开发更为用户友好的动画软件，降低操作的复杂性，使教师和学生都能更容易地利用这些工具。同时，与虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术的结合将开启新的教学模式。有证据表明，与传统教育或其他类型的数字教育（如在线或离线数字教育）相比，VR可以改善卫生专业人员临床实践能力[6]。例如，通过VR设备，学生可以进入一个完全模拟的3D呼吸系统，进行更加生动的学习体验。这种沉浸式学习环境能够极大地提升学生学习的动力。

综上所述，通过结合3D动画和CT新技术的“医学影像后处理系统”，建立起3D数字化教学资源库，提供更直观、更有效的医学教育资源，能够帮助学生更好地掌握知识。这种技术的运用不仅提升了儿科学专业课程的教学效果，也为医学教育领域带来了新的可能性。

*通信作者：单庆文

基金项目：2021年度广西医科大学教育教学改革立项项目“基于3D动画技术结合CT影像在儿科呼吸系统疾病教学中的应用”（2021XJGB61）。

参考文献

[1] WU C-F，CHIANG M-C.Effectiveness of applying 2D static depictions and 3D animations to orthographic views learning in graphical course[J].Computers & Education，2013（63）：28-42.

[2] 张群锋，黄余良，刘珏.3D动画在妇产科多媒体教学中的应用初探[J].大学教育，2014（18）：163-164.

[3] 朱振东，张林，任铭新.3D动画技术在人体解剖学实验教学中的应用探索[J].中国高等医学教育，2014（9）：120-121.

[4] 周伟.3D动画演示用于神经外科手术过程设计研究[J].电子世界，2020（5）：149-150.

[5] 李跃萍，齐亚灵，钟南田，等.3D可视化教学资源在组织胚胎学教学中的应用[J].中国教育技术装备，2017（20）：60-61.

[6] KYAW B M，SAXENA N.Virtual Reality for Health Professions Education：Systematic Review and Meta-Analysis by the Digital Health Education Collaboration[J].Journal of Medical Internet Research，2019，21（1）：e12959.