二维矢量动画技术在尿结石病教学中的应用反思

吕建林，唐庆来，柳发德

南京医科大学附属江宁医院，南京 211100

尿结石病是泌尿外科疾病中重要的一章。关于尿结石病的成因及其病理生理的教学比较抽象和难以理解，而且临床理论和实践教学学时数又少，因此难以在短时间内激发学生的学习兴趣，达到很好的教学效果。我们结合教学大纲要求，精选教学内容，应用二维矢量动画模拟方法，制作了生动活泼的矢量动画，把一些抽象、难以理解，又微观、口头不易表达清楚的尿结石病的教学内容，通过二维矢量动画课件的演示生动具体、简单明了地展示给学生，激发了学生对课程的兴趣和理解，使教学过程更具有科学性，提高了课堂的教学效率。

1 应用原则

1.1 贯通教学原则，优化教学内容

动画技术是多媒体教学中的重要技术之一，它是现代教育不可缺少的教学手段。教学的原则在于把握学科的性质，通过具体的方法来落实学科的知识技能目标。教学原则的贯通需要始终明白“知识技能”教学的重要性，需对教学目标了然于胸，这样有利于解决教学过程中的疑难问题，提高学生的分析及记忆能力，有利于课堂的教学组织［1-2］。

二维矢量动画技术在尿结石病教学中的应用目的就是在贯通教学原则的基础上，使教学内容最优化，达到教学系统最佳效果。遵循适度原则，“度”是指学生的接受能力，“适度”是指适合学生的接受能力。依据学生的接受能力进行教学的设计，绝不能追求信息量而忽略了学生的接受能力。动画技术的应用是一种很好的教学形式，但必须与尿结石病的教学内容很好地结合起来，让新颖的二维矢量动画形式蕴藏着丰富的教学内容。动画所设计的图形、模拟动画要符合科学性，切不可为求生动、简洁、美观而不顾科学性。使用的文本要规范、大小要适中、色彩搭配要合理、布局要整齐，图形图像要适合主题、吻合内容、处理恰当;声音要真实生动、自然流畅;视频画面要贴切、表达、深化主题，符合影视语言的规律［3-4］。

动画的设置要能体现尿结石病教学的原则，反映出教师的教学设计思想。使屏幕上的信息呈现与教学主题、教学进程密切配合。点、线、词、模拟图像什么时候出现，运动方式、位置、方向等都要和教学内容、讲授风格以及学生的理解能力紧紧相连，而不能随意设置，或者玩弄技巧。要使尿结石病教学内容优化，还要充分利用二维矢量动画形象表达能力和交互功能强的特点，使教学内容更具有科学性和重点性，提高教学的效率和教学的效果。

1.2 把握应用原则，落实教学目标

二维矢量动画模拟方法在表现知识和思维的整体性、开放性和复杂性等方面，具有显著的优势，有利于医学生从“人的整体”层面把握医学知识，提高其发现、分析和解决问题的能力。二维矢量动画技术的表达涉及师生的活动过程，由教师、学生、教学内容、教学媒体与方法等众多因素组成的一个复杂系统，要取得良好的教学效果，必须把握尿结石病教学的应用原则，综合考虑各个因素，落实教学目标。

在把握二维矢量动画模拟教学方法应用原则时，要突出教学重点、主次分明，争取用最好的形式表达、说明、阐释内容，并尽可能地调动学生的主动性，使学生最大限度地介入学习过程。在尿结石病教学动画设计中，使用的动画要实事求是，应为主题而动画，而不是为动画而动画，不要生搬硬套动画技术。在教学中需不断创新动画的教学形式，遵照客观事实，按照教育性、科学性、技术性、艺术性等原则进行评价，不断调整和修改，使自己的设计更趋于完善，使动画技术在教学中的应用更加科学合理。

2 具体应用

2.1 二维矢量动画课件的构建

矢量动画可进行多类型元件设计，可以使复杂元器件的变化过程更加细腻、自然，体现变化细节，使教学充满创造性和艺术性。动画创作的整体框架包括以下几个模块:教学目标、教学计划、重点难点、典型案例等［2］。教学目标模块主要为引导，可以开门见山，直指尿结石课程学习，实现三项目标:即了解结石的成因，熟悉结石患者的代谢评估，掌握结石的诊治;教学计划模块主要为驾驭、指导学生有计划性、分步骤地进入学习，先复习相关物理与化学知识，再描述尿液的形成过程，并关联宏观大海的液体组成与微观尿液的组成关系，最后应用矢量动画来描述尿饱和时，液相向固相转变，以及结晶、结石的形成;重点难点模块主要为辅助，说明“尿饱和度与结晶抑制因子之间的平衡”，应用二维矢量动画技术对其微观过程进行矢量动画的演示，将抽象的知识逐层剖析;典型案例模块主要为兴趣，是将B超和X线的经典影像利用二维技术进行整合，如电影般进行展示。

二维矢量动画制作包括:总体设计、脚本设计、素材准备以及系统合成、测试修改、使用评估等。通常，使用二维矢量动画创作的各个内容单元称为应用程序，即使它们可能只是很简单的动画，也可以通过添加图片、声音、视频和特殊效果，构建包含丰富媒体的二维矢量动画应用程序［3］。脚本设计、素材准备以及系统合成主要以二维矢量动画的交互为主，并以按钮交互为特殊效果，而且可以把按钮交互置于动画之中，同时也可以在按钮上设计动画，这样使得其交互功能具有变化多端的特点。

2.2 设计尿结晶在动态尿液中的孕育、生长过程

将二维矢量动画技术应用于尿结石病的理论课教学过程，可以使一些普通条件下无法实现或无法观察到的成石过程和结晶孕育现象生动而形象地显示出来，增强学生对抽象事物和成石过程的理解与感受。尿结晶在动态尿液中的孕育、生长过程较为复杂，需要讲解肾的构造、尿液的形成、结石形成的物理和化学过程。

在讲授肾的外形及内部构造时，可以利用二维动画生动、形象地模拟肾的外形及构造，以使学生对肾的构造有个立体的、系统的概念，而这正是以往教学中的难点。讲授尿液形成时，可以用计算机多媒体技术演示尿液在肾小管中的流动情况以及尿液在集合管、肾盂、输尿管中的流动情况，使学生对泌尿系统有直观而形象的认识;结石的形成是物理和化学过程，单纯的语言很难说得清这样的复杂过程，但我们应用二维矢量动画技术创作课件，设计了流动的尿液，在尿液中，显示个体结晶是如何孕育、聚集、生长、成石的过程，这个动画形象生动，学生学习后就会明白成石的过程。

2.3 设计尿结晶聚集的示意动画

尿石的成因教学过程中，有许多医学化学原理和规律无法用真实的演示实验复现，对这些不易观察或不能从外部直接观察肾小管内部状态的现象，学生往往因缺乏形象的感性认识而产生思维障碍。而应用Flash技术进行现象模拟演示，使学生能直观地领会和理解相关内容和实时处理结果，有助于化抽象思维为形象思维，更好地理解概念、发现规律，并促使他们积极思考、分析、探索，提高分析问题和解决问题的能力。图1是结晶聚集的Flash动画的一副截图，生动形象地显示了肾小管中晶核或结晶借助化学或电学的驱动力相互聚合成较大的晶体颗粒簇的过程，在PPT中应用二维矢量动画技术可以模拟结晶聚集，可以化抽象思维为形象思维。

图1 结晶聚集示意截图

2.4 尿酸结晶分子类型识别动画设计

尿液是一个非常复杂的物理化学体系，尿路结石的形成自然也是一个复杂的理化过程。结石的形成取决于液相与固相之间的化学势差，当尿饱和时，液相趋于向固相转变。过饱和往往需要有其他因素的共同参与，才会形成结石，尤其要取决于尿饱和度与结晶抑制因子之间的平衡。我们应用Flash技术对上述化学过程进行了微观演示，演示尿酸在尿液中液相与固相之间的化学势差，将抽象的知识逐层剖析，让学生有比较充裕的时间进行观察和分析，整个过程生动、形象、直观地揭示尿石的成因，从而突破教学难点，对学习掌握尿酸结晶分子类型识别示意具有积极的作用(如图2所示)。

图2 尿酸结晶分子类型识别示意截图

3 二维矢量动画制作的注意事项

3.1 媒体形式需与教学内容相符

图3 尿石成因学说示意截图

在教学中，教学内容一定要与媒体形式相匹配，并不是所有内容都适合于Flash动画教学。只有比较抽象，文字和图片难以表达的教学内容，使用二维矢量动画才能明显提高教学效果。比如将尿石成因的肾钙斑学说、过饱和结晶学说、基质学说、移植物缺乏学说、游离颗粒和固定颗粒学说、取向附生学说和免疫损伤学说等通过二维矢量动画的仿真、演示作用，就能逼真地描述成石的过程和机制，体现结石成因的时空关系(如图3所示)。制作的成石动画本身必须按照真实的背景构思进行设计，最大限度地体现尿石成因特征，描绘出有具体细节的形象化造型，尽量接近真实的背景。在尿结石病的Powerpoint教学中，制作二维矢量动画不可能一蹴而就，需要对教学素材的积累，要能及时捕捉住思维中的创新点和精彩要素，恰当地运用到二维动画创作中去。另外，对于临床医师来讲，要在较短的时间内把二维矢量动画学得精通比较困难，必要时可以请相关技术人员辅助制作，才能制作出满足教学需要的高质量的动画课件。

二维矢量动画所表达的内容和教材中的文字对比仅仅是粗线条的，有些精细的环节，动画并不能表现出来。二维矢量动画也是一种示意类动画，这类动画只需把对象的形状大致构造出来，不需要构建具体细节，这类动画在一定程度上类似于示意图，而理解示意类动画需要学生有一定的相应知识基础。例如:学习“草酸钙结石在细胞内的始动情况”的动画，需要有膜磷脂、脂类信号分子等知识基础，否则只能是观看动态画面，而不理解其中的内涵。

3.2 根据学生的理解程度，控制动画播放速度

从动画的角度看，二维矢量动画在客观、真实地表现特征的同时还表现出它本身构图特征的时限性，即动画的画面一般都停留时间较短，一些画面一瞬即逝。而从学生的角度讲，这种动画的时限性往往让学生应接不暇，当他们的头脑还没有反应过来的时候，画面已经闪过。所以，有相当一部分学生认为动画的播放速度过快会影响课件的观看效果。

因此，在教学中也可将一些过程处理成“慢镜头”。另外，还可以运用“暂停”、“快退”等课件按钮设计，根据实际需要来调整播放速度，控制播放过程，从而避免动画速度过快带来的负面影响。还有一些动画对知识具有概括性设计，也比较简单，更适宜在复习总结时播放，能进一步加深记忆。由于大量的形象化的东西限制学生思维，有些动画可以暂时不播放，留给学生一点想象的空间，当学生的抽象思维和形象思维达不到理解知识的高度时再播放动画，这样有“雪中送炭”之功效［5-6］。

3.3 灵活应用示意与描绘方式来展示不同的矢量动画知识点

二维矢量医学动画作为PPT教学中的重要设计，其突出特点是鲜明的视觉形象、合理的动态过程、可信的虚拟场景，应用时首要的是确定教学目的，确定两大问题:①是否需要运用动画?比如:尿结石的冲击波碎石过程可用摄像机记录真实治疗场景就能够说明清楚，若使用动画来表现，不仅容易使设计点偏离主题，达不到应有的教学效果，反而让学生觉得虚假。②如何运用好动画?目前不少医学动画存在表意欠缺的问题，或是缺少细节描述，或是缺少结果阐明，从而使学生产生疑惑或歧义。

有些动画过于追求逼真，未能揭示事物本质;还有些医学动画对于要表现的事物，为了追求较高的逼真度，尽可能地把事物的各个方面，哪怕是细枝末节，都面面俱到地表现出来，这样做往往不能取得预期的教学效果［7-8］。例如:要表现结晶在肾小管中的运行过程和原理，分别用两种方式来表示:一种是示意动画方式。直接表达结晶在肾小管中的运行过程信息;另一种是复杂的描绘方式，动画中包含与传递信息没有直接关系但较为真实的细节信息:有进出肾小球血管、直小血管、肾乳头、肾盏的构造等。对于初次接触这一概念的学生来说，一幅过于逼真的视觉材料中的大量无关的细部，可能会造成意想不到的混乱，增加学习的困难，而示意动画方式是初次接触该知识的学生容易理解知识点的最佳选择。

总之，在二维矢量动画设计中，要组织好各种视、听觉表现因素，明确主次，强调主要因素，避免无关干扰，妥善处理静态与动态、主体与陪体、声音与画面等的关系，力求在一定时间内保持学生注意力的集中［9-10］。计算机多媒体技术集声音、画面、文字于一体，能展示微观世界，微缩宏观世界，模拟医学生理病理现象，打破学生认知中的时空界限，使学生能真正自主地参与教学活动，激发了学生的学习兴趣，使教学过程符合学生的思维习惯。随着科学技术的发展，把现代教育技术与媒体技术相结合必将丰富教育的内涵、增强教育的功能，发挥媒体技术在教学中的作用。

［1］冉华全，曾照芳.用Flash开发制作医学网络课程的研究［J］.西北医学教育，2006，14(4):396-397

［2］周敏，马莉，马红亮.关于网络课程中核心技能培养模块的建设现状分析［J］.中国医学教育技术，2011，25(1):9-12

［3］黎加厚.提高教师设计教学演示文稿PPT的艺术与技巧［EB/OL］.http://www.jeast.net/teacher/jiahou/archives/2008/5631.html

［4］贾飞云.利用Flash软件仿真模拟有机化学实验仪器的顺序组装［J］.中国医学教育技术，2010，24(2):168-170

［5］李光仲，刘俊英，秦丹，等.Flash技术在医学电子学多媒体教学中的应用研究［J］.中国医学教育技术，2009，23(5):458-460

［6］王阳.从动画层面分析多媒体教学的优化［J］.中国医学教育技术，2010，24(2):120-123

［7］张培山，罗晋华，魏晓燕，等.基于组件的Flash多媒体课件开发模式的实现［J］.中国医学教育技术，2009，23(5):474-477

［8］刘俊英，李光仲，薛海波，等.交互式DVD视频光盘的制作及其在医学教学中的应用［J］.中国医学教育技术，2011，25(3):260-262

［9］胡晓芳，黄稳稳.课件制作的首选-Flash［J］.济宁学院学报，2008，29(3):53-55

［10］夏仁康，雷伟.医学多媒体课件制作与应用探秘［J］.中国医学教育技术，2006，20(3):263