Использование трехмерной графики при обучении студентов – медиков

В последние годы трехмерная графика активно используется в медицине. Существует несколько направлений использования 3D технологий.

Прежде всего, это направленность трехмерной графики на процесс обучения студентов. Преподаватели медицинских учебных заведений могут использовать 3D моделирование в наглядных методах обучения для демонстрации медицинских приборов, технических установок, а также всевозможных физиологических процессов, таких, как движение крови по сосудам, формирование холестериновых бляшек, размножение вирусов, процесс рождения ребенка и т.д. Все это позволяет создавать красочные, интересные и наиболее запоминающиеся занятия. Таким образом, обучающиеся могут в динамике увидеть многие процессы, которые раньше могли усваивать по статическим изображениям в учебниках.[2] 

На сегодняшний день в Интернете можно найти большое число 3D моделей. Многие модели продаются с высококачественными текстурами, созданными на основе цифровых фотографий настоящих органов.

На рисунках 1, 2  изображены трехмерные модели органов человека – сердце и почка.

Рис.1. Трехмерная модель сердца человека.	Рис. 2. Трехмерная модель почки человека.

Широкое распространение получили трехмерные обучающие атласы. На рисунке 3 изображена трехмерная модель человека (из трехмерного мультимедийного атласа Glasklar Human).

Рис. 3. Трехмерная модель человека.

Используя трехмерные атласы, можно визуально просматривать в трехмерной проекции и вращать 3D объекты органов, костей, зубов и т.д. в реальном масштабе времени на PC. Такой материал может быть полезен всем: стоматологам, пластическим хирургам, косметологам, студентам медицинских учебных заведений. 

Анимационный ролик может представлять собой простое схематическое отображение процессов или это может быть фотореалистическая картина, демонстрирующая такие детали, которые нельзя увидеть никаким другим способом, даже под микроскопом. 3D графика и анимация, изначально придуманные для развлечения, способны также сымитировать любые явления - от сокращения сердечной мышцы до размножения живых клеток. [3]

В последние годы в ведущих медицинских клиниках мира появилось правило - демонстрировать принцип проведения операций при помощи технологий 3D графики и анимации. Подобные видео ролики создают для того, чтобы объяснить человеку с поверхностным представлением о медицине, как пройдет операция, убедить его в том, что она безопасна для жизни и здоровья. Современные технологии 3D графики и анимации способны наглядно и условно (без изображения крови и других моментов, вызывающих у большинства людей неприязнь) показать пациенту процесс лечения. [1]

Мы провели исследование с целью определить влияние 3D графики на процесс обучения и результаты успеваемости студентов Канского медицинского техникума.

Задачи исследования: определить влияние 3D графики на процессы: понимания, запоминания, мотивации, интереса и внимания студентов на занятиях. Проанализировать полученные результаты. Продемонстрировать медицинский новостной портал.

Гипотеза: Мы предполагаем, что использование трехмерной анимации на занятиях позволит студентам лучше понимать изучаемый материал, запоминать его; у студентов будет выше мотивация, интерес и внимание на занятии.

Исследование проводилось с сентября 2014 года по март 2015 года. Мы проводили исследование на дисциплине «Микробиология».

Всего в исследовании приняли участие 27 студентов 104 гр. В данной группе были выделены 2 подгруппы «контрольная» и «3D подгруппа». Этим подгруппам давались одинаковые задания, но «3D подгруппа» часть материалов получала в трёхмерном формате в качестве небольшого дополнения к традиционным занятиям. Что же получилось в результате этого эксперимента?

Студенты стали лучше понимать

По мнению преподавателя, наглядность 3D позволяет студентам вникнуть в принцип действия. Увидев нечто целиком, они лучше понимают назначение каждой части. Результаты исследования показали, что студенты отдают предпочтение визуальному и кинестетическому обучению: 85% из них предпочли бы видеть и делать, и лишь 15% — слушать.

В частности, благодаря 3D-анимации студенты могли быстро переходить от целостного вида к рассмотрению различных частей структуры, в том числе на микроскопическом и клеточном уровне. Этот процесс подачи материала особенно хорошо способствует пониманию.

Стали лучше запоминать

Исследование продемонстрировало заметный положительный эффект, который трёхмерная анимация оказывает на обучение, вспоминание пройденного материала. Рост успеваемости у каждого отдельного студента также был намного выше в подгруппе, где использовалось 3D графика. Индивидуальные результаты в 3D-подгруппе повысились в среднем на 17%, в то время как в «контрольной» — на 8%.

Указанное улучшение результатов подтверждалось и качественными данными. Преподаватель дисциплины «Микробиология» Канского медицинского техникума согласился с утверждением, что 3D-анимация на учебных занятиях помогала студентам лучше понимать материал.

В заданиях на запоминаемость студенты из 3D-подгруппы лучше вспоминали подробности и последовательность процессов, чем студенты «контрольной» подгруппы. Как студенты, так и преподаватель отметили, что 3D делает обучение более «настоящим» и что "настоящие" примеры позволяют лучше понимать материал и повышают успеваемость.

Преподавателю было поручено через месяц проверить, что студенты успели забыть, и описать как количественные, так и качественные различия в запоминании студентами двух подгрупп. Но самое важное, что студенты из 3D-подгруппы через месяц смогли вспомнить больше, чем студенты из «контрольной» подгруппы. Различия наблюдались не только в количестве запомненного материала: студенты из 3D-подгруппы излагали знания более связно, системно, подробнее отвечали на открытые вопросы.

Выше мотивация, интерес, внимание

Преподаватель отметил, что вниманием студентов в 3D-подгруппе было проще завладеть, они оказались более мотивированны и больше вовлечены в процесс.

Результаты, полученные от преподавателя, перекликались с результатами, полученными от студентов: студенты из 3D-подгруппы были более уверены в своих знаниях, чем студенты контрольной подгруппы. 84% студентов выразили согласие с утверждением, что 3D позволяет им лучше учиться.

Как отметил преподаватель студенты с нарушением внимания, как правило, показывали самый большой положительный сдвиг в уровне внимания и коммуникации.

Из результатов исследования стало понятно, что анимированные трёхмерные модели могли бы стать самым удобным способом подачи информации в форме, пригодной для обучения и восприятия.

В завершении хотелось бы продемонстрировать медицинский новостной портал о здоровье и медицине. Где все видео представлены трёхмерной анимацией, этот ресурс может стать отличным помощником, как для студентов, так и для преподавателей. Вот его адрес: http://www.youtube.com/channel/UCC83oQ3Mx-8zy-NtD--t6Zg/videos.

Список литературы

1. Иванов В.П., Батраков А.С. Трёхмерная компьютерная графика / Под ред. Г.М. Полищука. — М., 2011. — 224 с.
2. Медицинская трехмерная анимация [Электронный ресурс]. 2012 г. URL: http://www.medicine3d.com.
3. Медицинский новостной портал о здоровье и медицине MEDdoc [Электронный ресурс] URL: http://www.youtube.com/channel/UCC83oQ3Mx-8zy-NtD--t6Zg/videos.