二維矢量動畫技術在尿結石病教學中的應用反思

呂建林，唐慶來，柳發德

南京醫科大學附屬江寧醫院，南京 211100

尿結石病是泌尿外科疾病中重要的一章。關于尿結石病的成因及其病理生理的教學比較抽象和難以理解，而且臨床理論和實踐教學學時數又少，因此難以在短時間內激發學生的學習興趣，達到很好的教學效果。我們結合教學大綱要求，精選教學內容，應用二維矢量動畫模擬方法，制作了生動活潑的矢量動畫，把一些抽象、難以理解，又微觀、口頭不易表達清楚的尿結石病的教學內容，通過二維矢量動畫課件的演示生動具體、簡單明了地展示給學生，激發了學生對課程的興趣和理解，使教學過程更具有科學性，提高了課堂的教學效率。

1 應用原則

1.1 貫通教學原則，優化教學內容

動畫技術是多媒體教學中的重要技術之一，它是現代教育不可缺少的教學手段。教學的原則在于把握學科的性質，通過具體的方法來落實學科的知識技能目標。教學原則的貫通需要始終明白“知識技能”教學的重要性，需對教學目標了然于胸，這樣有利于解決教學過程中的疑難問題，提高學生的分析及記憶能力，有利于課堂的教學組織［1-2］。

二維矢量動畫技術在尿結石病教學中的應用目的就是在貫通教學原則的基礎上，使教學內容最優化，達到教學系統最佳效果。遵循適度原則，“度”是指學生的接受能力，“適度”是指適合學生的接受能力。依據學生的接受能力進行教學的設計，絕不能追求信息量而忽略了學生的接受能力。動畫技術的應用是一種很好的教學形式，但必須與尿結石病的教學內容很好地結合起來，讓新穎的二維矢量動畫形式蘊藏著豐富的教學內容。動畫所設計的圖形、模擬動畫要符合科學性，切不可為求生動、簡潔、美觀而不顧科學性。使用的文本要規范、大小要適中、色彩搭配要合理、布局要整齊，圖形圖像要適合主題、吻合內容、處理恰當;聲音要真實生動、自然流暢;視頻畫面要貼切、表達、深化主題，符合影視語言的規律［3-4］。

動畫的設置要能體現尿結石病教學的原則，反映出教師的教學設計思想。使屏幕上的信息呈現與教學主題、教學進程密切配合。點、線、詞、模擬圖像什么時候出現，運動方式、位置、方向等都要和教學內容、講授風格以及學生的理解能力緊緊相連，而不能隨意設置，或者玩弄技巧。要使尿結石病教學內容優化，還要充分利用二維矢量動畫形象表達能力和交互功能強的特點，使教學內容更具有科學性和重點性，提高教學的效率和教學的效果。

1.2 把握應用原則，落實教學目標

二維矢量動畫模擬方法在表現知識和思維的整體性、開放性和復雜性等方面，具有顯著的優勢，有利于醫學生從“人的整體”層面把握醫學知識，提高其發現、分析和解決問題的能力。二維矢量動畫技術的表達涉及師生的活動過程，由教師、學生、教學內容、教學媒體與方法等眾多因素組成的一個復雜系統，要取得良好的教學效果，必須把握尿結石病教學的應用原則，綜合考慮各個因素，落實教學目標。

在把握二維矢量動畫模擬教學方法應用原則時，要突出教學重點、主次分明，爭取用最好的形式表達、說明、闡釋內容，并盡可能地調動學生的主動性，使學生最大限度地介入學習過程。在尿結石病教學動畫設計中，使用的動畫要實事求是，應為主題而動畫，而不是為動畫而動畫，不要生搬硬套動畫技術。在教學中需不斷創新動畫的教學形式，遵照客觀事實，按照教育性、科學性、技術性、藝術性等原則進行評價，不斷調整和修改，使自己的設計更趨于完善，使動畫技術在教學中的應用更加科學合理。

2 具體應用

2.1 二維矢量動畫課件的構建

矢量動畫可進行多類型元件設計，可以使復雜元器件的變化過程更加細膩、自然，體現變化細節，使教學充滿創造性和藝術性。動畫創作的整體框架包括以下幾個模塊:教學目標、教學計劃、重點難點、典型案例等［2］。教學目標模塊主要為引導，可以開門見山，直指尿結石課程學習，實現三項目標:即了解結石的成因，熟悉結石患者的代謝評估，掌握結石的診治;教學計劃模塊主要為駕馭、指導學生有計劃性、分步驟地進入學習，先復習相關物理與化學知識，再描述尿液的形成過程，并關聯宏觀大海的液體組成與微觀尿液的組成關系，最后應用矢量動畫來描述尿飽和時，液相向固相轉變，以及結晶、結石的形成;重點難點模塊主要為輔助，說明“尿飽和度與結晶抑制因子之間的平衡”，應用二維矢量動畫技術對其微觀過程進行矢量動畫的演示，將抽象的知識逐層剖析;典型案例模塊主要為興趣，是將B超和X線的經典影像利用二維技術進行整合，如電影般進行展示。

二維矢量動畫制作包括:總體設計、腳本設計、素材準備以及系統合成、測試修改、使用評估等。通常，使用二維矢量動畫創作的各個內容單元稱為應用程序，即使它們可能只是很簡單的動畫，也可以通過添加圖片、聲音、視頻和特殊效果，構建包含豐富媒體的二維矢量動畫應用程序［3］。腳本設計、素材準備以及系統合成主要以二維矢量動畫的交互為主，并以按鈕交互為特殊效果，而且可以把按鈕交互置于動畫之中，同時也可以在按鈕上設計動畫，這樣使得其交互功能具有變化多端的特點。

2.2 設計尿結晶在動態尿液中的孕育、生長過程

將二維矢量動畫技術應用于尿結石病的理論課教學過程，可以使一些普通條件下無法實現或無法觀察到的成石過程和結晶孕育現象生動而形象地顯示出來，增強學生對抽象事物和成石過程的理解與感受。尿結晶在動態尿液中的孕育、生長過程較為復雜，需要講解腎的構造、尿液的形成、結石形成的物理和化學過程。

在講授腎的外形及內部構造時，可以利用二維動畫生動、形象地模擬腎的外形及構造，以使學生對腎的構造有個立體的、系統的概念，而這正是以往教學中的難點。講授尿液形成時，可以用計算機多媒體技術演示尿液在腎小管中的流動情況以及尿液在集合管、腎盂、輸尿管中的流動情況，使學生對泌尿系統有直觀而形象的認識;結石的形成是物理和化學過程，單純的語言很難說得清這樣的復雜過程，但我們應用二維矢量動畫技術創作課件，設計了流動的尿液，在尿液中，顯示個體結晶是如何孕育、聚集、生長、成石的過程，這個動畫形象生動，學生學習后就會明白成石的過程。

2.3 設計尿結晶聚集的示意動畫

尿石的成因教學過程中，有許多醫學化學原理和規律無法用真實的演示實驗復現，對這些不易觀察或不能從外部直接觀察腎小管內部狀態的現象，學生往往因缺乏形象的感性認識而產生思維障礙。而應用Flash技術進行現象模擬演示，使學生能直觀地領會和理解相關內容和實時處理結果，有助于化抽象思維為形象思維，更好地理解概念、發現規律，并促使他們積極思考、分析、探索，提高分析問題和解決問題的能力。圖1是結晶聚集的Flash動畫的一副截圖，生動形象地顯示了腎小管中晶核或結晶借助化學或電學的驅動力相互聚合成較大的晶體顆粒簇的過程，在PPT中應用二維矢量動畫技術可以模擬結晶聚集，可以化抽象思維為形象思維。

圖1 結晶聚集示意截圖

2.4 尿酸結晶分子類型識別動畫設計

尿液是一個非常復雜的物理化學體系，尿路結石的形成自然也是一個復雜的理化過程。結石的形成取決于液相與固相之間的化學勢差，當尿飽和時，液相趨于向固相轉變。過飽和往往需要有其他因素的共同參與，才會形成結石，尤其要取決于尿飽和度與結晶抑制因子之間的平衡。我們應用Flash技術對上述化學過程進行了微觀演示，演示尿酸在尿液中液相與固相之間的化學勢差，將抽象的知識逐層剖析，讓學生有比較充裕的時間進行觀察和分析，整個過程生動、形象、直觀地揭示尿石的成因，從而突破教學難點，對學習掌握尿酸結晶分子類型識別示意具有積極的作用(如圖2所示)。

圖2 尿酸結晶分子類型識別示意截圖

3 二維矢量動畫制作的注意事項

3.1 媒體形式需與教學內容相符

圖3 尿石成因學說示意截圖

在教學中，教學內容一定要與媒體形式相匹配，并不是所有內容都適合于Flash動畫教學。只有比較抽象，文字和圖片難以表達的教學內容，使用二維矢量動畫才能明顯提高教學效果。比如將尿石成因的腎鈣斑學說、過飽和結晶學說、基質學說、移植物缺乏學說、游離顆粒和固定顆粒學說、取向附生學說和免疫損傷學說等通過二維矢量動畫的仿真、演示作用，就能逼真地描述成石的過程和機制，體現結石成因的時空關系(如圖3所示)。制作的成石動畫本身必須按照真實的背景構思進行設計，最大限度地體現尿石成因特征，描繪出有具體細節的形象化造型，盡量接近真實的背景。在尿結石病的Powerpoint教學中，制作二維矢量動畫不可能一蹴而就，需要對教學素材的積累，要能及時捕捉住思維中的創新點和精彩要素，恰當地運用到二維動畫創作中去。另外，對于臨床醫師來講，要在較短的時間內把二維矢量動畫學得精通比較困難，必要時可以請相關技術人員輔助制作，才能制作出滿足教學需要的高質量的動畫課件。

二維矢量動畫所表達的內容和教材中的文字對比僅僅是粗線條的，有些精細的環節，動畫并不能表現出來。二維矢量動畫也是一種示意類動畫，這類動畫只需把對象的形狀大致構造出來，不需要構建具體細節，這類動畫在一定程度上類似于示意圖，而理解示意類動畫需要學生有一定的相應知識基礎。例如:學習“草酸鈣結石在細胞內的始動情況”的動畫，需要有膜磷脂、脂類信號分子等知識基礎，否則只能是觀看動態畫面，而不理解其中的內涵。

3.2 根據學生的理解程度，控制動畫播放速度

從動畫的角度看，二維矢量動畫在客觀、真實地表現特征的同時還表現出它本身構圖特征的時限性，即動畫的畫面一般都停留時間較短，一些畫面一瞬即逝。而從學生的角度講，這種動畫的時限性往往讓學生應接不暇，當他們的頭腦還沒有反應過來的時候，畫面已經閃過。所以，有相當一部分學生認為動畫的播放速度過快會影響課件的觀看效果。

因此，在教學中也可將一些過程處理成“慢鏡頭”。另外，還可以運用“暫停”、“快退”等課件按鈕設計，根據實際需要來調整播放速度，控制播放過程，從而避免動畫速度過快帶來的負面影響。還有一些動畫對知識具有概括性設計，也比較簡單，更適宜在復習總結時播放，能進一步加深記憶。由于大量的形象化的東西限制學生思維，有些動畫可以暫時不播放，留給學生一點想象的空間，當學生的抽象思維和形象思維達不到理解知識的高度時再播放動畫，這樣有“雪中送炭”之功效［5-6］。

3.3 靈活應用示意與描繪方式來展示不同的矢量動畫知識點

二維矢量醫學動畫作為PPT教學中的重要設計，其突出特點是鮮明的視覺形象、合理的動態過程、可信的虛擬場景，應用時首要的是確定教學目的，確定兩大問題:①是否需要運用動畫?比如:尿結石的沖擊波碎石過程可用攝像機記錄真實治療場景就能夠說明清楚，若使用動畫來表現，不僅容易使設計點偏離主題，達不到應有的教學效果，反而讓學生覺得虛假。②如何運用好動畫?目前不少醫學動畫存在表意欠缺的問題，或是缺少細節描述，或是缺少結果闡明，從而使學生產生疑惑或歧義。

有些動畫過于追求逼真，未能揭示事物本質;還有些醫學動畫對于要表現的事物，為了追求較高的逼真度，盡可能地把事物的各個方面，哪怕是細枝末節，都面面俱到地表現出來，這樣做往往不能取得預期的教學效果［7-8］。例如:要表現結晶在腎小管中的運行過程和原理，分別用兩種方式來表示:一種是示意動畫方式。直接表達結晶在腎小管中的運行過程信息;另一種是復雜的描繪方式，動畫中包含與傳遞信息沒有直接關系但較為真實的細節信息:有進出腎小球血管、直小血管、腎乳頭、腎盞的構造等。對于初次接觸這一概念的學生來說，一幅過于逼真的視覺材料中的大量無關的細部，可能會造成意想不到的混亂，增加學習的困難，而示意動畫方式是初次接觸該知識的學生容易理解知識點的最佳選擇。

總之，在二維矢量動畫設計中，要組織好各種視、聽覺表現因素，明確主次，強調主要因素，避免無關干擾，妥善處理靜態與動態、主體與陪體、聲音與畫面等的關系，力求在一定時間內保持學生注意力的集中［9-10］。計算機多媒體技術集聲音、畫面、文字于一體，能展示微觀世界，微縮宏觀世界，模擬醫學生理病理現象，打破學生認知中的時空界限，使學生能真正自主地參與教學活動，激發了學生的學習興趣，使教學過程符合學生的思維習慣。隨著科學技術的發展，把現代教育技術與媒體技術相結合必將豐富教育的內涵、增強教育的功能，發揮媒體技術在教學中的作用。

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