醫(yī)學(xué)教育計算機和傳統(tǒng)教育資源效果分析

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【摘要】目的基于計算機或虛擬現(xiàn)實的醫(yī)學(xué)教育（尤其是解剖課程）的比重在逐年增加。然而，目前仍缺乏對基于計算機和傳統(tǒng)教學(xué)方式有效性的比較。本研究重點關(guān)注了3種解剖學(xué)授課方式的有效性：1）虛擬現(xiàn)實模型組；2）靜態(tài)圖像組；3）三維實體模型組。方法本對照研究總共納入45名本科生（每組n=15），通過10分鐘的講授和學(xué)習(xí)，考察學(xué)生學(xué)習(xí)20個不同骨盆解剖結(jié)構(gòu)的效果。學(xué)習(xí)效果考核指標(biāo)主要基于尸體骨盆并由25個簡答題構(gòu)成（15個名詞解釋，10個功能問題）。所有受試者均接受一項簡單的空間能力測試（mentalrotationstest，MRT），作為后續(xù)數(shù)據(jù)分析的協(xié)變量。采用重復(fù)檢驗方差分析法進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。結(jié)果在名詞解釋問題方面，三維實體模型組的教學(xué)效果（73%）顯著優(yōu)于靜態(tài)圖像組（52%）和虛擬現(xiàn)實組（55%）（P＜0.001）。在功能問題方面，3組之間無顯著統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05）。結(jié)論相比于傳統(tǒng)教學(xué)資源，基于虛擬現(xiàn)實的醫(yī)學(xué)教育沒有顯著優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實；解剖學(xué)；教育資源；醫(yī)學(xué)教育；計算機資源；傳統(tǒng)資源

臨床醫(yī)學(xué)教育尤其是解剖學(xué)課程主要依賴尸體標(biāo)本[1]。然而，許多教育機構(gòu)正在將基于計算機的模式納入其課程?；谟嬎銠C的教育資源（computer-basedresources，CBR）不需要像尸體標(biāo)本一樣需要大量的金錢和空間來維護(hù)，而且可以在任何時間或地點進(jìn)行自學(xué)。盡管CBR越來越流行，但分配給解剖的時間卻在緩慢減少。一些機構(gòu)已經(jīng)將尸體標(biāo)本操作完全從課程中刪除。這一決定部分是基于計算機教學(xué)工具的可用性和便利性。《AnatomicalSciencesEducation》雜志上的一項研究指出[2]，解剖學(xué)教學(xué)的未來必須更多地依靠解剖室外的可視化輔助手段，因為訪問基于網(wǎng)絡(luò)的計算機輔助教學(xué)資源的學(xué)生在考試中的得分明顯高于那些從未訪問過在線內(nèi)容的學(xué)生。有廣泛證據(jù)表明，系統(tǒng)的干預(yù)（無論是哪種媒介）總會比不干預(yù)具有好的學(xué)習(xí)效果[3]。然而，與其他干預(yù)措施相比，CBR提供同等或更好的學(xué)習(xí)能力的證據(jù)還不足。鑒于支持CBR證據(jù)存在缺陷，有解剖學(xué)家質(zhì)疑計算機課程的有效性，認(rèn)為“傳統(tǒng)”的解剖學(xué)教學(xué)方法是必不可少。目前關(guān)于解剖學(xué)教育和課程結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要決定，更多的是基于本能和傳統(tǒng)，而不是基于證據(jù)[4]?；诖耍菊撐难芯苛擞嬎銠C虛擬現(xiàn)實解剖學(xué)學(xué)習(xí)與靜態(tài)圖像學(xué)習(xí)相比，是否具有真正的學(xué)習(xí)優(yōu)勢。更重要的是，我們還比較了基于計算機與基于實體三維塑料模型學(xué)習(xí)模式的效果。為控制研究的偏倚，本研究采用尸體標(biāo)本進(jìn)行學(xué)習(xí)效果測試。

1資料與方法

1.1資料本研究

通過校園網(wǎng)站、海報和社交網(wǎng)絡(luò)媒體招募，納入45名（男22名，女23名）在高中和大學(xué)都沒有解剖學(xué)課程的學(xué)生。受試者首先接受標(biāo)準(zhǔn)化心理旋轉(zhuǎn)測試（mentalrotationstest，MRT）。該測試由四組五個圖形（原始方塊圖形、兩個正確旋轉(zhuǎn)和兩個錯誤旋轉(zhuǎn)）組成，作為視覺空間能力的測量。受試者被隨機分為3組學(xué)習(xí)骨盆解剖學(xué)：1）虛擬現(xiàn)實模型組；2）靜態(tài)圖像組；3）三維實體模型組。所有受試者都有一個學(xué)習(xí)開始階段的準(zhǔn)備期，以便學(xué)生能夠熟悉格式和軟件。

1.2方法

三維實體模型組（n=15）基于骨盆的塑料模型（帶韌帶的女性骨盆，marcussommermodellegmbh，Coburg，德國）學(xué)習(xí)。受試者可根據(jù)需要舉起和旋轉(zhuǎn)模型。靜態(tài)圖像組（n=15）由六張在幻燈演示文稿中繪制的塑料模型視圖組成。受試者可以自行循環(huán)瀏覽視圖。虛擬現(xiàn)實組（n=15）由CT掃描重建骨盆三維彩色圖像。受試者可以通過鼠標(biāo)點擊和拖動在水平和垂直平面上旋轉(zhuǎn)三維圖像。對于上述三種模型，都有字母標(biāo)簽顯著標(biāo)識在模型對應(yīng)解剖結(jié)構(gòu)上。受試者可通過紙質(zhì)版的目錄查詢這些字母標(biāo)簽的含義。受試者有10分鐘的時間研究20個骨盆解剖特征的位置。這一時間限制是為受試者提供一個緊張的學(xué)習(xí)環(huán)境，更好地闡明不同學(xué)習(xí)模式之間的差異。如果不限定時間，學(xué)習(xí)者可能會在所有模式的學(xué)習(xí)中都表現(xiàn)良好，因此降低本研究的總體效應(yīng)。

1.3評價標(biāo)準(zhǔn)

完成學(xué)習(xí)階段后，受試者接受在尸體骨盆標(biāo)本上的25項測試。測試包括15個名詞解釋題和10個功能題。名詞解釋要求受試者說出尸體骨盆上的標(biāo)簽所代表的解剖結(jié)構(gòu)。功能問題需要從結(jié)構(gòu)的位置和形式以及對空間關(guān)系的認(rèn)識來解釋功能。功能性問題中常見的主題包括骨骼和韌帶的受力方式以及結(jié)構(gòu)活動對外力的反應(yīng)。在測試階段沒有時間限制，以減少對較難的功能性問題的偏倚。

1.4統(tǒng)計學(xué)分析

采用重復(fù)測量方差分析法ANOVA進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，將名詞解釋與功能問題百分比得分作為重復(fù)測量，以檢驗組間差異。使用ANCOVA分別檢驗組間在名詞解釋和功能問題上的差異，以及空間能力和性別因素對差異的作用效應(yīng)。

2結(jié)果

受試者的人口學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計見（表1）。盡管與其他兩組相比，靜態(tài)圖像組中女性更多，但總體而言，受試者男性和女性比例基本相當(dāng)。大多數(shù)學(xué)生（80%）都是理工科專業(yè)的學(xué)生。以名詞解釋和功能問題的得分作為重復(fù)測量變量，MRT為協(xié)變量的初步統(tǒng)計分析顯示，學(xué)習(xí)形式對學(xué)習(xí)效果有顯著的影響（F=8.32，P＜0.01）。學(xué)習(xí)模式和學(xué)習(xí)效果之間具有顯著關(guān)聯(lián)性（F=9.85，P＜0.001）。為了進(jìn)一步探討這種相互關(guān)聯(lián)性，我們分別研究了學(xué)習(xí)模式對名詞解釋問題得分和功能問題得分的影響。三維實體塑料模型組在名詞解釋問題上的得分（平均分為73%）明顯高于靜態(tài)圖像組（52%）和虛擬現(xiàn)實組（55%），F(xiàn)=8.84，P＜0.001。我們發(fā)現(xiàn)三組在功能問題上的得分沒有統(tǒng)計學(xué)差異（F=1.35，P=0.31）。見（圖1）。男性在空間能力測試上的平均得分為（11.9±3.82）分，略高于女性的（9.58±4.65）分，但這一差異并不顯著（P＞0.05）。為了驗證性別對學(xué)習(xí)效果的影響，我們進(jìn)行了包括空間能力和性別的分析。對于名詞解釋問題，空間能力的影響非常顯著（F=17.2，P＜0.001），而性別和性別×空間能力對學(xué)習(xí)效果的影響不顯著。男性比女性在靜態(tài)圖像模式學(xué)習(xí)下表現(xiàn)相對較好，而在虛擬模式下表現(xiàn)則大致相同。女性比男性在三維實體塑料模型學(xué)習(xí)下表現(xiàn)較好。

3討論

我們的研究結(jié)果表明，對比3種學(xué)習(xí)模型對骨盆解剖學(xué)學(xué)習(xí)效果的影響，三維實體模式比計算機模式更有效?；谌S實體模型學(xué)習(xí)模式的優(yōu)勢在統(tǒng)計學(xué)和教育學(xué)上都是顯著的。相比之下，靜態(tài)圖像組和虛擬現(xiàn)實組之間沒有差異。這說明基于二維圖片和基于虛擬現(xiàn)實計算機模型的學(xué)習(xí)效果相當(dāng)。本研究結(jié)果與之前的研究結(jié)果一致[5]。然而，與這些研究不同，本研究使用了在受試者控制下完全可操作的虛擬現(xiàn)實模型。此外，另一項研究也表明，使用三維塑料物理模型學(xué)習(xí)的學(xué)生相比于無論使用虛擬現(xiàn)實計算機模型還是使用教科書的學(xué)生，都表現(xiàn)得更好（分別為86%對63%和64%）[6-7]。基于虛擬現(xiàn)實模式的學(xué)習(xí)模式?jīng)]有顯示出優(yōu)于教科書的優(yōu)勢。本研究結(jié)果可以用認(rèn)知負(fù)荷理論來解釋。認(rèn)知負(fù)荷理論認(rèn)為人類只有有限的工作記憶可用于新的學(xué)習(xí)任務(wù)[8]。學(xué)習(xí)方式本身固有的外來負(fù)荷可能是導(dǎo)致我們學(xué)習(xí)成績差異的原因。靜態(tài)圖像組的受試者必須投入認(rèn)知資源，從提供的二維圖片推斷骨盆的三維結(jié)構(gòu)。虛擬現(xiàn)實組的受試者盡管能夠像實體模型一樣旋轉(zhuǎn)骨盆圖像，但仍在從電腦屏幕上的一系列二維圖片中學(xué)習(xí)。雖然三維圖像提供了旋轉(zhuǎn)和陰影產(chǎn)生的深度錯覺，但它仍然缺乏立體感的空間來構(gòu)建一個實體骨盆[9]。因此，基于三維實體模式的教學(xué)比基于計算機的模式更為有效。此外，本研究發(fā)現(xiàn)在名詞解釋問題上，空間能力和最終的學(xué)習(xí)效果之間有很強的相關(guān)性。本研究結(jié)果同目前文獻(xiàn)報道一致[10]。在這些研究中提到，空間能力不僅是測試得分的一個強有力的預(yù)測因子，而且還是影響醫(yī)學(xué)院解剖學(xué)課程長期表現(xiàn)的重要因素。本研究還發(fā)現(xiàn)，女性在三維實體模型組中表現(xiàn)更好，而在靜態(tài)圖像組中表現(xiàn)更差。這是一個值得關(guān)注的問題。一種解釋是，從三維實體模型學(xué)習(xí)中不涉及任何“心理”旋轉(zhuǎn)，因為模型可以物理旋轉(zhuǎn)。相反，靜態(tài)圖像組對空間能力的依賴性最大，而女性的空間能力表現(xiàn)較男性略差。

4結(jié)論

基于三維實體解剖學(xué)模型的解剖學(xué)學(xué)習(xí)模式優(yōu)于計算機模型。我們的發(fā)現(xiàn)與公眾普遍的認(rèn)識相矛盾，即基于計算機模式的更大的控制性和互動性應(yīng)該促成更好的學(xué)習(xí)效果。盡管基于計算機的學(xué)習(xí)模式可以對學(xué)習(xí)結(jié)果產(chǎn)生積極的影響，但與物理模型相比，它們似乎有很大的局限性，特別是對于空間能力較低的學(xué)生。

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作者：聶涌 單位：四川大學(xué)華西醫(yī)院骨科