3D動畫在兒科呼吸系統疾病教學中的應用

摘 要 目的：探討3D動畫在兒科呼吸系統疾病教學中的應用效果。方法：選取廣西醫科大學兒科學2022級19班的50名學生作為研究對象，隨機分為觀察組和對照組，每組25人，對照組采用傳統培訓方式，觀察組在對照組基礎上采用3D動畫培訓模式。比較兩組學生的理論知識水平、考試完成時間和教學滿意度。結果：觀察組的各項理論知識成績均高于對照組，各項考試完成時間低于對照組，教學滿意度高于對照組（ <0.05）。結論：3D動畫培訓模式能提高學生相關理論及操作技能水平，提高教學滿意度。

關鍵詞 3D動畫技術；教學；兒科；呼吸系統疾病；解剖

中圖分類號：G424 文獻標識碼：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

兒童呼吸系統疾病是兒科學必修的專業課程之一，其疾病表現復雜多樣，理論知識抽象枯燥。兒科教育面臨著獨特的挑戰，尤其是在教授涉及復雜生理結構和功能的呼吸系統疾病時。傳統的教學方式通常只能呈現呼吸系統解剖平面結構，缺少維度和真實性，無法使學生建立清晰的三維空間結構概念，導致學生難以直觀地理解疾病的發病機制和治療方法。隨著計算機技術和其他新興學科逐漸涌入醫學領域，3D動畫技術已被廣泛應用于醫學教育中，特別是在復雜概念和過程的教學中顯示出其獨特的優勢[1]。本文探討了3D動畫技術在兒科呼吸系統疾病教學中的應用，通過具體案例分析該技術的有效性和實施策略，旨在提高學習者的理解力和記憶力。

1 對象與方法

1.1 培訓對象

選擇2022級兒科學的臨床班級50人。分組：觀察組采用3D動畫模式（25人），對照組采用傳統非3D動畫模式（25人）。

1.2 培訓師資

由具有豐富臨床經驗及教學經驗的臨床教師進行培訓。

1.3 研究方法

1.3.1 教學內容與過程

①教學內容的選擇：參照教學大綱和教學任務，以兒科學第9版教材為基礎，由教研室集體備課，選擇確立需要引入3D動畫和3D CT影像的章節和內容，選擇兒科呼吸系統疾病中的典型病例，如肺炎、哮喘等作為教學內容。②教學材料準備：收集不同兒童呼吸系統疾病患者的CT影像數據，并對數據進行質量驗證和預處理。根據預處理的CT影像數據，構建三維呼吸系統的模型，進行3D立體渲染，展示不同疾病狀態下呼吸系統的形態結構、血液循環、通氣情況等。觀察組使用3D動畫技術制作的呼吸系統疾病教學課件，對照組使用傳統的教學課件（PPT、圖片等）。③教學過程：觀察組和對照組均由同一位教師進行授課，確保教學質量的一致性。觀察組學生觀看3D動畫課件，了解疾病的發病機制和治療方法；對照組學生觀看傳統課件，通過文字和圖片了解疾病知識。教師集體審閱后修改和完善預講，開展課堂授課并對教學效果進行對比和評估。

1.3.2 教學效果考核

①理論知識考核。設計50道選擇題（每題最高2分，最低0分），包括單選題和多選題，涵蓋兒科呼吸系統疾病的病因、病理生理、臨床表現、診斷和治療等方面的知識，分別考查學生對典型病例的臨床表現和處理，以及常見疾病的特點和鑒別等內容的掌握程度，以考試成績來比較教學效果差異。②記錄考試完成時間。③教學滿意度采用學生問卷調查形式，授課結束后發放調查問卷，了解學生對于不同教學方法的評價。問卷包括提高興趣程度、學習動機、參與度、學習目標認同度、職業發展幫助程度等5項內容，每項最高分20分，最低分0分，采用不記名打分。共發放問卷50份，回收50份。

1.3.3 數據分析

比較兩組學生的理論知識水平、考試完成時間和教學滿意度。實驗所有數據使用 SPSS 21.0統計軟件進行分析，采用配對檢驗方法。

2 結果

觀察組的各項理論知識成績均高于對照組，各項考試完成時間均低于對照組，教學滿意度高于對照組（<0.05）。（見表1）。

3 討論

隨著技術的不斷進步，醫學教育領域正在經歷一系列創新和變革。教學不再局限于文本材料或PPT演示，而是轉向以問題為基礎（PBL）和以案例為基礎（CBL）的教學模式。利用視覺元素，如圖表、圖片和動畫，可以增強學生的理解和記憶，使抽象概念更具體、更易于理解。然而，平面圖像無法直觀地展現立體結構，這導致學生難以理解復雜的結構；而通過靜態圖像或圖片交替來講解醫學動態演變的過程，會造成連續性的缺失，教師難以深入解釋，學生也很難完整把握整個過程，傳統的二維動畫形式已經不能滿足教學需求[2]。如果PPT內容單一或設計不吸引人，可能導致學生注意力分散，減少學習動力，影響了教學效果。

3D動畫是一種基于計算機技術的制作技術，近年來迅速發展。它通過控制圖像在三個方向上的運動來產生動畫效果，具有精確、真實和可操控的特點。這種技術適用于需要模擬現實三維立體狀態的情況，在各個領域都有廣泛的應用。

研究結果顯示，觀察組采用3D動畫模式的兒科學生在教學效果、考試完成時間和教學滿意度方面均表現出明顯優勢。首先，在教學效果方面，觀察組的平均分為90.2€？.7，顯著高于對照組的81.6€？.9，說明3D動畫模式對學生的學習效果產生了積極影響。其次，在考試完成時間方面，觀察組的平均時間為23.0€？.8，明顯低于對照組，這表明3D動畫模式有助于提高學生學習效率和信息吸收速度。此外，觀察組的教學滿意度也明顯高于對照組，分別為92.7€？.8和83.1€？.1，進一步表明學生對3D動畫模式的認可度較高。

這些結果說明了3D動畫模式在兒科學生教學中具有明顯的優勢，可能源于其更直觀、生動的教學方式，能夠幫助學生更好地理解和記憶知識點。此外，通過3D技術呈現的圖像和場景可以激發學生的學習興趣，提高他們的注意力和參與度，從而促進了學習效果的提升。然而，也需要注意到研究存在的局限性，比如樣本量較小，只在一個班級進行了觀察，因此結果的普適性有待更大范圍的驗證。3D授課模式在兒科學生教學中表現出了較好的效果，但仍需要進一步的研究和實踐來驗證其在大范圍應用中的可行性和效果。這些發現為未來教學模式的選擇和課程設計提供了有益的參考，也為引入更多先進教學技術和手段提供了借鑒。

在醫學教學領域中，3D動畫能提高學生對解剖學和生理學的理解。與傳統的多媒體技術相比，3D動畫能夠以三維空間形式觀察人體結構，有助于學生更好地理解解剖學和生理學的復雜內容。通過3D動畫，學生可以看到身體內部的各個層面，包括難以通過傳統學習方法觀察到的細節，如內部器官的功能和相互作用[3]。3D動畫可以用來模擬各種醫療程序，包括外科手術和診斷過程。這種模擬不僅有助于學生在實際操作前了解和練習復雜的技術步驟，還能降低實際操作中的錯誤風險[4]。此外，3D動畫還具有二維顯示無法比擬的優勢，學習者可以通過拖動改變視角，自由地觀察不同角度的空間結構和層次。在課堂上，教師可以根據學生的需求調整3D作品的視角，或者讓學生參與操作，從而增加教學的趣味性和互動性，激發學生的學習興趣，提升醫學教學質量。3D動畫可以跨越語言障礙，因為它通過視覺而非文字傳達信息。這使得醫學教育內容能夠更廣泛地傳播給不同語言和文化背景的學生。尤其在全球范圍內，3D動畫支持了遠程醫學教育的實施。學生無需身處實驗室或教室，也能通過網絡平臺接觸到高質量的教育資源，這對于地理位置偏遠的學生尤其有價值。3D動畫技術可以提供跨學科綜合教學，將多個學科融合在一起，呈現出更全面、綜合的知識。例如，在組織生物學教學中，通過3D動畫可以同時展示生物結構、生態關系和生理過程，幫助學生更好地理解各個方面的知識[5]。

當下的CT新技術“醫學影像后處理系統”能夠以逼真的方式展現人體各器官的三維結構。這一突破性進展對醫學教學演示、醫學影像診斷、手術方案制訂以及醫患病情交流等領域帶來了巨大的改變，為醫學影像技術的應用開辟了全新的時代。在呼吸系統疾病的診療過程中，CT影像扮演著舉足輕重的角色。通過將3D動畫技術與CT影像相結合，我們能夠更清晰地展示病灶的具體部位，從而幫助學生更好地理解疾病的發生和發展。這種結合對于提升臨床教學效果具有重要意義。

如金黃色葡萄球菌肺炎的胸部CT矢狀位圖僅顯示了普通胸部CT下的畫面，而3D圖像展示了患者肺臟的真實形態結構。若采用3D圖像和教具進行教學，相信學生對三維平面結構的記憶會更加深刻。在兒科教學中，3D可視化圖像將傳統的二維平面肺部平片變得“立體”， 以多角度、多層次的方式給學生帶來感官沖擊，使其結構深深地印刻在學生的記憶中。

4 面臨的挑戰

盡管3D動畫在教學中具有明顯優勢，但在實際應用中也存在一些挑戰。技術和資源的限制是主要障礙之一。高質量的3D動畫制作不僅成本高昂，而且需要專業的技術支持。此外，教師的技術適應能力也是一個不容忽視的問題。雖然大多數年輕教師能夠迅速掌握新技術，但一些資深教師可能對于從傳統教學方法轉變到使用高科技教學工具感到不適應。因此，進行教師培訓和提供持續的技術支持是推廣3D動畫的關鍵。

5 未來發展方向

展望未來，3D動畫在兒科呼吸系統疾病教學中的應用會更加深入和廣泛。此外，為了克服技術適應性的問題，可以開發更為用戶友好的動畫軟件，降低操作的復雜性，使教師和學生都能更容易地利用這些工具。同時，與虛擬現實（VR）和增強現實（AR）技術的結合將開啟新的教學模式。有證據表明，與傳統教育或其他類型的數字教育（如在線或離線數字教育）相比，VR可以改善衛生專業人員臨床實踐能力[6]。例如，通過VR設備，學生可以進入一個完全模擬的3D呼吸系統，進行更加生動的學習體驗。這種沉浸式學習環境能夠極大地提升學生學習的動力。

綜上所述，通過結合3D動畫和CT新技術的“醫學影像后處理系統”，建立起3D數字化教學資源庫，提供更直觀、更有效的醫學教育資源，能夠幫助學生更好地掌握知識。這種技術的運用不僅提升了兒科學專業課程的教學效果，也為醫學教育領域帶來了新的可能性。

*通信作者：單慶文

基金項目：2021年度廣西醫科大學教育教學改革立項項目“基于3D動畫技術結合CT影像在兒科呼吸系統疾病教學中的應用”（2021XJGB61）。

參考文獻

[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] 張群鋒，黃余良，劉玨.3D動畫在婦產科多媒體教學中的應用初探[J].大學教育，2014（18）：163-164.

[3] 朱振東，張林，任銘新.3D動畫技術在人體解剖學實驗教學中的應用探索[J].中國高等醫學教育，2014（9）：120-121.

[4] 周偉.3D動畫演示用于神經外科手術過程設計研究[J].電子世界，2020（5）：149-150.

[5] 李躍萍，齊亞靈，鐘南田，等.3D可視化教學資源在組織胚胎學教學中的應用[J].中國教育技術裝備，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.