“新医科”背景下3D模型工作坊在基础医学形态学实验教学中心的建设和实践

赵文婧，罗 彬，张庆梅，赵 婷，苏 钰，陈维平*

(广西医科大学 1.基础医学院 组织学与胚胎学教研室; 2.人文社会科学学院， 广西 南宁 530021)

2019年4月，教育部、中央政法委、科技部等部门联合启动“六卓越一拔尖”计划2.0，全面推进新工科、新医科、新农科、新文科建设。“新医科”提出从治疗为主到兼具预防、康养的生命健康全周期医学的新理念，努力将传统医学与机器人、人工智能、大数据等融为一体。从“生物医学科学为主要支撑的医学教育模式”向“医文、医工、医理、医X交叉学科支撑的医学教育新模式”转变，培养能够以人工智能、能够运用交叉学科知识解决医学领域前沿问题的高层次医学创新人才。在此趋势下，越来越多的高校从教育理念、专业结构、人才培养模式、教学质量以及教育体系等多方面进行“新医科”内涵建

设，探索多学科交叉融合的“新医科”人才培养体系。

在多学科和跨学科的融合下培养医学生创新意识和动手能力是“新医科”人才培养体系的重要组成部分。医学形态学的学习目标是让医学生通过实物标本，掌握人类器官、组织结构、细胞的正常和异常情况。但仅通过显微镜观察器官或者组织切片，没有实践动手操作构建器官或结构，缺少从二维平面到三维空间思维这个循序渐进、逐步提升的过程，学生的视知觉思考能力和“在图像中发现意义的能力[1]”非常薄弱。目前，三维(three-dimensional，3D)打印模型在国内外部分院校的骨科[2-3]、口腔科[4]等临床学科领域得到广泛应用，但是在医学形态学课程中的应用[8-9]较少，手工制作3D模型更为少见。

在形态学实验教学过程中，如何为学生提供开展设计、构建、创造、实现等自主探究活动的“创客空间[5]”，一直是基于新医科背景下开展教学改革的难点。专业的3D打印设备较为昂贵，难以普及到广大本科生使用。如何将“虚实结合”“做中学、做中教、做中求进步”的科学精神与医学本科生形态学实践教学结合，探索适合众多医学院校开展、运行，能够在大多数医学生中普及、适用的教学新模式，是基础医学形态学实践教学中心建设和实践“3D模型”工作坊的重要目标和意义所在。

1 医学形态学实践教学中开展3D模型制作的意义

3D模型制作能够更加真实、完整地呈现特定实物，并让学生获得直观、直接认知体验。通过3D模型制作，学生可以对器官、组织的内部结构或者胚胎发育重要事件形成连续的、动态的、多维的认知。这种认知与传统教学中观察切片和立体模型差异巨大。医学生通过“做”的方式开展学习(learning by making)[6-7]，带给学生的认知体验具有震撼性、丰富性、深刻性，而且赋予情感，能将学生融入情景体验。3D 模型制作是创新性的学习方式，学生在设计中将具体的医学形态学知识与构图、技术相结合，带动跨学科、多学科的知识运用，并将设计理念变成现实会非常有成就感，这也是3D模型制作最具魅力之处。3D模型制作是问题解决式的、可视化的、合作式的学习。借助3D模型制作，让学生提高学习兴趣和积极主动性，并在此过程中培养学生们的科学观。问题解决过程中也形成学习共同体，加强情感交流，培养沟通交流能力，锻炼团队合作能力。

2 3D模型工作坊的建设与运行管理

2.1 工作坊的建设

在基础医学形态学实验教学中心建设3D模型制作工作坊，占地面积117 m2，配备哈克尼斯圆桌可以兼顾以授课为主和以小组讨论为主的多种教学模式。工作坊可容纳30人同步制作模型，除了简易3D打印笔，还有多种材质的原料，如各色黏土、彩纸、陶土。3D打印笔基于3D打印，能挤出热熔的塑料，然后迅速冷却，冷却后形成稳定的状态，无需电脑或软件支持，可以在任何表面“书写”，出料顺畅，操作简单。同时，鼓励医学生充分利用各种废旧回收材料、小工具。

2.2 工作坊的运行管理

工作坊建立了一整套严格的规章制度，包括工作坊管理规定，值班规定、事故追溯机制、安全应急预案等。详细规范制作模型需要遵守的个人行为准则、对耗材和设备的使用登记管理制度和工作坊开放、值班规定。规章制度以展板形式公布在实验室醒目位置，是实验室高效、安全运行的制度保障。工作坊的视频监控系统可实时在线监控实验室，方便指导教师远程了解实验室及学生的实验情况。如果有人在非开放时段进入实验室，指导教师手机能够接收信息提醒，系统也将自动存储实验室的视频，实现问题追踪。工作坊还注重更新教育管理观念，在老师的指导下，由组长牵头、与组员沟通协调实验室开放时间以及排班表，充分发挥学生的主观能动性进行自我管理，做到覆盖面广、时间灵活。学生通过网络预约，自主选择实验时间，从而既能使实验室能得到最优化和最大化的利用，又能在指导教师、实验室管理者的有效监督和管理下运行。

2.3 工作坊的准入

3D模型制作是基础医学形态学课程混合式教学的重要组成部分之一，具体流程(图1)：课前，提前一周通过清华大学研发的智慧教学工具“雨课堂”发送预习版课件；课中，指导教师“雨课堂”随机对学生进行分组，每个小组3～5人，要求每个小组对当堂课所授知识点选取1～2个进行绘图。由于形态学课程主要学习人类器官、组织、细胞的正常、异常的形态与结构，或是胚胎发育过程中的重要事件和原基，学生可以通过二维平面的绘图展示器官、组织、细胞平面和立体的关系；课后，老师通过“雨课堂”推送学生的绘图作品，由学生和老师共同评分选出优秀作品。优秀作品评分>85分才可进入工作坊制作模型。2018级麻醉学、儿科学、精神医学、临床医学共212名学生随机分为47组参加绘图评比，收到绘图作品141幅，有20个小组进入工作坊，制作模型件数20个。完成模型制作后小组成员可获得相应的奖品和证书。

图1 “3D模型”制作在基础医学形态学课程 混合式教学中的应用框架Fig 1 The schematic diagram of the teaching processes of3D model for medical students based on blendedlearning

3 “新医科”背景下3D模型工作坊的实践和调查

在医学院校建立3D模型工作坊，是培养医学生科学素养与人文艺术素养结合的新模式。该模式基于“新医科”背景在教学理念、人才培养模式中的内涵建设。3D模型制作的学习过程(图2)涵盖基本的医学形态学知识，小组成员挑选感兴趣的知识点，对器官、组织、细胞、发育过程互相提问、解答，形成成熟的原型设计方案后在二维平面绘制图形。随后通过想象、推理、计算和预测建构3D模型，使用多种材料完成3D模型制作。学生们既将创意变成现实，又比较立体模型与二维平面绘图的差异，分析不足，评估完成效果，分享心得体会。从知识点的选取-绘图-制作3D模型是在学习中激发创新思维，推动创新能力发展，不断循环迭代的过程。学生在工作坊中尝试使用最适宜的技术、方法解决构建复杂的、立体的、层次丰富的模型内部结构(部分作品见图3)，提高基于创造的学习素养。特别是多种色彩运用构建模型的时候，每种色彩都代表不同组织结构，可以有效地开展科学和艺术、人文学科“亲自动手”的体验学习。

图3 部分学生的3D模型作品Fig 3 Some students’ 3D model works

图2 基于3D模型制作的学习过程Fig 2 Learning process based on 3D model

为评估建设3D模型工作坊的实践效果，课题组利用问卷星发放问卷调查45份。通过拉动矩阵滑动条评价3D模型工作坊的形式、满意度、提高学习兴趣的力度，是否促进对知识点的理解，是否需要继续开办工作坊、是否希望在其他课程推广3D模型制作进行评分，得分81～100分为非常希望，61～80分为希望，41～60分为一般，21～40分为不希望，0～21分为非常不希望，统计结果如图4。结果显示，绝大部分同学非常赞同“3D”工作坊的形式和管理，认为在工作坊制作模型不仅有助于知识点的理解，还可提高学习兴趣，并且所有的同学认为工作坊需要继续开办，95.5%的同学希望3D模型制作在其他课程推广，工作坊得到学生的认可，未来在医学其他课程有推广的可能性。

图4 3D模型工作坊问卷调查Fig 4 3D model workshop questionnaires

4 3D模型工作坊成为开展思政、人文教育、美育的第二课堂

在制作3D模型过程中，融入思政、人文、美育元素，结合人文关怀精神[8]和生命观培养，使得医学生的素质教育不再是讲大道理、喊口号，透过由小组成员合作完成的、栩栩如生的立体模型，深度挖掘正常人体结构组成、胚胎发生发育过程中的哲理[9]。

它的有效开展预示可以从人文关怀的出发点，对医学生开展认识生命、感悟生命、欣赏生命、敬畏生命、热爱生命的医学人文教育，潜移默化的在医学专业课中渗透思政、人文内容，不再单纯局限于简单、空洞的说教，使医学生在未来的道路上能够真正成为一名技术过硬、医德高尚的好医生。同时，工作坊搭建美育实践活动平台，将美育纳入第二课堂，学生手工制作将不同颜色的耗材组成各种各样的立体结构，审美修养会逐渐产生，体验到创造美的乐趣、感悟美的真谛，感受生命科学世界的学术之美。

综上所述，3D模型工作坊有力提升学生教学参与度，极大激发学生的学习热情和兴趣，对于改善基础医学形态学教学效果有积极的促进作用。由于工作坊建立时间较短，硬件配备不足、受众面不够广，开展的教学活动还不够丰富，如何优化管理让不同专业、年级的学生都可进入工作坊进行创作，推动更多的医学生积极参与到工作坊的项目是今后努力的方向。