Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Последние годы наблюдается стремительная цифровая трансформация общества. Её правовые основы закреплены в Постановлении Правительства РФ от 16 ноября 2020 г. № 1836 «О государственной информационной системе «Современная цифровая образовательная среда»; Указе Президента Российской Федерации от 21 июля 2021 г. № 474 «О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года»; Распоряжении Правительства РФ от 21 декабря 2021 г. № 3759-р «Об утверждении стратегического направления в области цифровой трансформации науки и высшего образования» [1-3].
Современные информационные технологии все чаще используются в системе здравоохранения. Во многих медицинских исследованиях невозможно обойтись без компьютера и специального программного обеспечения, знаний и навыков в сфере информационных и «сквозных» технологий, востребованных на рынке труда и необходимых в будущей профессиональной деятельности. Этот процесс сопровождается существенными изменениями в медицинской теории и практике, связанными с внесением корректив на этапе подготовки медицинских кадров [4].
Актуальность цифровой трансформации преподавания травматологии и ортопедии определяется следующими тремя факторами: внедрением в отрасль цифровых технологий, изменяющих и формирующих новые способы и тактики лечения; доминированием в молодежной среде цифрового формата общения; медленной адаптацией преподавателей высшей школы и еще более медленным внедрением в образовательный процесс эффективных цифровых форматов, инструментов и методов. Конкурентоспособными и востребованными будут те медицинские университеты, которые смогут обеспечить подготовку врачей – травматологов-ортопедов, обладающих надпредметными цифровыми компетенциями. В соответствии с этим перед кафедрами травматологии и ортопедии появляется новая задача – способствовать формированию знаний, умений и навыков в области информационных технологий, необходимых врачу – травматологу-ортопеду в профессиональной деятельности для разработки баз данных, работы с системами поддержки принятия врачебных решений (СППВР), медицинскими информационными системами.
Цель исследования – выявить наиболее эффективные практики преподавания с использованием информационно-коммуникационных технологий для повышения качества преподавания травматологии и ортопедии.
Материал и методы исследования
Нами обобщен 16-летний опыт кафедры травматологии и ортопедии Саратовского ГМУ им В.И. Разумовского Минздрава России по применению цифровых технологий в процессе преподавания дисциплины «Травматология и ортопедия» для студентов 5-6 курсов лечебного, педиатрического и медико-профилактического факультетов, а также клинических ординаторов и аспирантов.
Результаты исследования и их обсуждение
Эволюция внедрения цифровых технологий на кафедре травматологии и ортопедии СГМУ включала три этапа.
Рассматривая первый (подготовительный) этап, следует отметить, что в учебном процессе широко использовались изготовленные на кафедре электрифицированные стенды, макеты, тренажеры, муляжи, комплекты фотографических альбомов, рентгенограмм, таблиц и наборы слайдов по всем темам практических занятий и лекционных курсов. На данном, эмпирическом, этапе делались первые попытки составления баз данных и работы с большими данными.
Перелом в мышлении профессорско-преподавательского состава кафедры наступил в начале 2000-х годов. На втором (начальном) этапе был успешно реализован следующий принцип: в основе преподавания специальности «Травматология и ортопедия» в сложившихся современных условиях должно лежать гармоничное сочетание традиционных и инновационных технологий [5]. Одной из таких новаций стал локальный Центр симуляционного обучения, заработавший в сентябре 2006 г. при методологической поддержке кафедры травматологии и ортопедии в СГМУ им. В.И. Разумовского. На базе Центра студенты отрабатывали необходимые в клинической практике навыки, которые в дальнейшем применяли при работе с больными. Для обеспечения этого процесса Центр был оборудован специальными наглядными пособиями и симуляторами с современным программным обеспечением.
Другой новацией явился научно-образовательный центр (НОЦ) в области травматологии и ортопедии, созданный несколькими годами позже на базе Саратовского ГМУ и Саратовского научно-исследовательского института травматологии и ортопедии (СарНИИТО) [6]. В рамках НОЦ начались первые проекты по внедрению информационных технологий в процесс преподавания дисциплины «Травматология и ортопедия». Так, была создана информационная система (совместная база данных травматологических больных СГМУ им В.И. Разумовского и СарНИИТО), которая использовалась специалистами в области травматологии для объективной оценки и сравнительного анализа информации, полученной в результате применения различных методов лечения пациентов с травмами опорно-двигательной системы. На основании анализа данных генерировались основные положения, формулировались выводы и практические рекомендации, которые в последующем были интегрированы в учебный процесс и позволяли обучающимся выстроить эффективную клинико-диагностическую и лечебную модель.
Уже на втором этапе сотрудники кафедры пришли к пониманию, что эффективность инноваций в значительной степени зависит от уровня и качества информационной поддержки и сопровождения процесса. Был разработан ряд программных продуктов целевого назначения для использования в научно-исследовательской и образовательной деятельности. В 2009-2012 гг. кафедра совместно с СарНИИТО и СГУ им. Н.Г. Чернышевского выполнила научно-исследовательскую работу по теме «Разработка вычислительно-информационных технологий компьютерного моделирования на параллельных вычислительных комплексах травматологических и операционных процессов для оперативной выработки диагностических и лечебных рекомендаций». По тематике выполняемого научного исследования была подготовлена и защищена кандидатская диссертация [7]. В целом второй этап характеризуется инициативным точечным внедрением цифровых технологий в преподавание травматологии и ортопедии.
Третий, современный, этап ведет отсчет с 2010 года. На данном этапе началась реализация модели «Виртуальная кафедра 2.0». Основной акцент в ней делался на формировании базовых цифровых компетенций врача – травматолога-ортопеда. Преподаватели стали использовать новые возможности цифровых технологий для обеспечения эффективности процессов обучения травматологии и ортопедии в современных условиях. Так как компетентностная модель выпускника должна учитывать стремительное развитие цифровых и сквозных технологий, она расширена знанием основ работы с облачными сервисами, принципами и алгоритмами поиска информации в сети Интернет, современного программного обеспечения и функционального оборудования для травматологии и ортопедии; умением различать и применять основные виды цифровых медицинских ресурсов, системы поддержки принятия решений; владением навыком использования актуальных специализированных программ и функционального оборудования для лечения больных травматолого-ортопедического профиля. Это неизбежно влечет за собой необходимость формирования у самого преподавателя дисциплины «Травматология и ортопедия» таких цифровых компетенций, как использование онлайн-инструментов, умение визуализировать материалы по курсу с использованием цифровых технологий и создавать виртуальные площадки для студенческой группы, использовать возможности социальных сетей для целей преподавания и т.д. Третий этап характеризуется осознанием профессорско-преподавательским составом кафедры необходимости активного использования в обучении информационных технологий и цифровых инструментов.
Сегодня, когда цифровая среда для студента является привычной, комфортной и кажется безопасной, коммуникация с обучающимися, помимо традиционных устоявшихся форм, может осуществляться в форматах вебинаров, онлайн-лекций, онлайн-консультаций и видеоконференций, организации удаленной работы в случае необходимости c использованием ресурсов образовательного портала Саратовского ГМУ им В.И. Разумовского, платформ «Вебинар» и Moodle.
В качестве обязательного компонента модель виртуальной кафедры включает в себя применение симуляционных видео, которые показали высокую эффективность в изучении курса «Травматология и ортопедия», поэтому важным направлением в деятельности кафедры последних лет стало создание по инициативе заведующего кафедрой травматологии и ортопедии д.м.н., профессора И.А. Норкина учебно-методических фильмов и их размещение в электронной образовательной среде вуза. Данные фильмы были созданы для обучения студентов и врачей-ординаторов различным современным методикам остеосинтеза (рис. 1).
Рис. 1. Обложки учебно-методических фильмов, созданных на кафедре травматологии и ортопедии Саратовского ГМУ им В.И. Разумовского
В учебно-методическом фильме «Методика накостного остеосинтеза при переломах дистального отдела бедренной кости» на симуляционной модели бедренной кости и интраоперационно показаны особенности хирургического доступа, выполнения оперативных приемов, а также минимальная комплектация набора хирургических инструментов и компоненты металлоконструкции [8]. В фильме «Блокируемый интрамедуллярный остеосинтез при переломах диафиза бедренной кости» показаны особенности выполнения операции, начиная от хирургического доступа и заканчивая ушиванием раны [9]. В видеопособии «Остеосинтез аппаратом внешней фиксации осложненных переломов костей голени» демонстрируется методика внеочагового остеосинтеза, комплектация аппаратов внешней фиксации, точки проведения спиц и стержней, наложения колец и монтирования системы [10]. Обучение с использованием фильмов субъективно воспринимается студентами лучше, чем обучение по 2D-изображениям.
Внедрение модели «Виртуальная кафедра 2.0» потребовало пересмотра фонда оценочных средств. Сотрудниками кафедры была разработана программа ЭВМ «Программа оценки результативности подготовки студентов» [11]. Она реализует алгоритм, позволяющий оценить уровень сформированности компетенций и трудовых функций студентов в целом, а также в отдельных кластерах по специальности «Травматология и ортопедия». В результате тестирования программа выдает рекомендации по повышению качества образования. С использованием цифровых технологий были перестроены сами модули оценки «Знать – уметь – владеть». Для оценки компонента «Знать» используется онлайн-тестирование на базе образовательного портала СГМУ им В.И. Разумовского. Также по желанию преподавателя тестирование качества «обучение» может осуществляться и с помощью сервиса Online Test Pad (https://www.onlinetestpad.com/). В компоненте «Уметь» ставится задача активнее использовать цифровые ресурсы для построения индивидуальных траекторий освоения дисциплины. Для персональных траекторий обучения преподавателями кафедры используются сервисы Zoom, Yandex, ВКонтактe https://vk.com/. Развивая компонент «Владеть», преподаватели кафедры разработали кейс заданий согласно содержанию рабочих программ с размещением на образовательном портале. На базе указанного портала с целью оптимизации процесса написания клинической истории болезни размещено учебно-методическое пособие, определяющее последовательность исследования больного методами опроса, осмотра, пальпации, перкуссии, сравнительных измерений. Обучаемые с большим интересом участвуют в проведении клинических разборов уникальных случаев в виде презентаций типа «История одной травмы», во время которой они анализируют уже выполненные лечебные мероприятия и предлагают различные варианты своих, анализируя и обосновывая их, разбирая возможные ошибки и осложнения в процессе лечения пациентов.
В формировании клинического мышления обучающихся одной из основных компонент является применение в образовательном процессе СППВР. Это позволяет не только «погрузиться» в цифровой мир травматолого-ортопедического будущего, но и ознакомить студентов с различными вариациями клинико-диагностических и лечебных мероприятий при патологиях опорно-двигательного аппарата, а также проводить «беспристрастный» контроль полученных знаний. На базе Научно-исследовательского института травматологии, ортопедии и нейрохирургии Саратовского ГМУ им. В.И. Разумовского и кафедры травматологии и ортопедии Саратовского ГМУ им. В.И. Разумовского были разработаны и внедрены в практику регистры медицинской информации «Исходы хирургического лечения осложненной травмы шейного отдела позвоночника», «Мониторинг висцеральных осложнений в остром и раннем периодах травматической болезни спинного мозга», база данных лейкоцитарных показателей иммунной реактивности организма у пациентов с воспалительными осложнениями различного генеза после эндопротезирования крупных суставов (коленного или тазобедренного) [12-15].
Для формирования базовых цифровых компетенций врача – травматолога-ортопеда рекомендуем использовать в образовательном процессе хорошо зарекомендовавшие себя цифровые инструменты. Так, технологии инфографики и визуализации учебных материалов осуществляются c помощью программных продуктов PowerPoint, Сanva (https://www.canva.com/), Visme (https://www.visme.co/). Майндмэппинг (составление диаграмм связей) функционален при визуализации и структурировании проблемы и ее дальнейшем совместном обсуждении (MindMap (https://www.mindmeister.com/)). В создании привлекательной инфографики удобны сервисы «Инфограмм» (https://infogram.com/). Автоматизировать общение со студентами позволяют чат-боты. Их интеграция с платформой «ВКонтакте» позволяет быстро получать обратную связь, информировать о возможных изменениях в расписании, напоминать о сроках сдачи работ и т.п.
В процессе преподавания дисциплины «Травматология и ортопедия» каждый преподаватель сталкивается с проблемами повышения мотивирования студентов на качественное освоение курса, авральным подходом к заданиям, формальным, нетворческим выполнением практических и самостоятельных работ. Нами апробированы цифровые технологии активизации процесса обучения. Во-первых, для оперативного контроля самостоятельной работы студентов, совместного обсуждения и решения возникающих в ходе выполнения самостоятельной работы проблем очень удобна «виртуальная доска» (Miro (https://miro.com/app/dashboard/), Padlet (https://padlet.com/), Mentimeter (https://www.mentimetr.com/)). Во-вторых, студентов стимулирует заполнение цифрового профиля и его ведение в процессе обучения дисциплине «Травматология и ортопедия», то есть у них возникает дополнительная мотивация для успешного прохождения курса. В процессе обучения постоянно актуализируется информация о достижениях обучающегося, их участии в научно-практических конференциях, написании научных статей и научно-исследовательской деятельности. В-третьих, проведение брейн-рингов с использованием программы MyQuiz позволяет повысить интерес к изучаемому предмету, а также провести контроль знаний в «непринужденной обстановке».
Для организации самостоятельной работы студента используется цифровая среда электронных научных библиотек открытого доступа и по подписке университета – Электронная научная библиотека https://elibrary.ru/project_risc.asp, ЭБС IPR BOOKS http://www.iprbookshop.ru/, ЭБС «Консультант студента» https://www.studentlibrary.ru/ и ЭБС «Консультант врача».
Скажем несколько слов о применении инструментов, направленных на минимизацию рисков использования цифровых технологий на занятиях. Несмотря на то что с момента наших публикаций, посвященных рискам при внедрении информационных технологий [16-18], прошло свыше 10 лет, проблема продолжает оставаться актуальной. Наряду с выявленными ранее рисками появляются и новые. Нельзя игнорировать современные черты образа жизни молодого поколения – использование смартфонов является неотъемлемым элементом повседневной практики. Применение гаджетов на занятиях студентами приветствуется, но есть и риски использования смартфонов на практических занятиях: вместо изучения материала студенты могут «уйти» в социальные сети или заняться интернет-серфингом. Прогнозируя данный риск, для включения мобильных устройств в образовательный процесс авторы предлагают использовать технологию QR-кода, посредством которого студент получает доступ к заданиям, лекциям, тестам и другим материалам.
Дальнейшее развитие модели «Виртуальной кафедры 2.0» мы связываем с включением во все звенья образовательного процесса специализированного программного обеспечения для врачей – травматологов-ортопедов. Уже много лет студенты и ординаторы имеют возможность освоить работу с комплексом аппаратно-программной автоматизированной обработки и протоколирования медицинских диагностических исследований «АрхиМед» российского производителя программного оборудования ООО «Мед-Рей». Изучение клинической дисциплины «Травматология и ортопедия» требует наглядности. Например, ведущим и незаменимым методом диагностики в травматологии и ортопедии остается рентгенография. Умение правильно интерпретировать рентгеновское изображение, устанавливать и обосновывать с его помощью предварительный диагноз можно считать основным практическим навыком обучаемых, а также частью их профессиональной компетенции. Для закрепления практического навыка коллектив кафедры выпустил учебные пособия, в т.ч. в электронном виде, в которых представлены цифровые рентгенограммы наиболее часто встречаемых нозологических единиц как травматологического, так и ортопедического профиля [19; 20].
Реализуя модель «Виртуальной кафедры 2.0», д.м.н. профессор В.Ю. Ульянов прошел переподготовку на базе Сеченовского медицинского университета и стал сертифицированным специалистом по телемедицине. Внедрение данной новации позволило не только сделать высококвалифицированную помощь доступной даже в отдаленных регионах страны, но и значительно повысило уровень знаний и квалификации не только специалистов, но и обучающихся, участвующих в данном процессе.
Кафедрой травматологии и ортопедии Саратовского ГМУ им. В.И. Разумовского успешно апробировано применение технологии 3D-печати в преподавании дисциплины «Травматология и ортопедия» (рис. 2).
Рис. 2. Макеты, изготовленные на 3D-принтере: а – диафизарного перелома бедренной кости с интегрированным интрамедуллярным штифтом; б – перелома бедренной кости, синтезированного при помощи пластины
Важно отметить, что возможность тактильного изучения костных структур в норме и при патологии существенно расширяет опыт будущего врача и позволяет лучше усвоить учебный материал. Наш опыт свидетельствует о том, что обучение на моделях, изготовленных по технологии 3D-печати, субъективно воспринимается студентами как более удовлетворительное, чем обучение исключительно по 2D-изображениям. Аналогичные позитивные результаты от применения моделей, изготовленных по технологии 3D-печати, в преподавании травматолого-ортопедических дисциплин получены и другими авторами: на примере 41 ординатора Lim P.K. et al. доказали, что макеты переломов вертлужной впадины, изготовленные по технологии 3D-печати, позволяют освоить соответствующий материал гораздо лучше, чем обучение с помощью изображений, полученных с помощью компьютерной томографии [21]. Wu A.M. et al. обучали группы студентов проведению оценки переломов таза и позвоночника. Группа, обученная на макетах, изготовленных по технологии 3D-печати, в последующем тесте показала значительно более высокую точность оценки, чем группа, обученная на материалах, полученных с помощью компьютерной томографии. В своем исследовании эта группа авторов доказала, что патологические изменения в областях тела со сложными анатомическими условиями – таких, как таз или позвоночник – понимаются студентами лучше, если в учебном процессе используются макеты, изготовленные по технологии 3D-печати [22].
В современном образовании возможно применение 3D-визуализаций – таких, как дополненная реальность (AR) и виртуальная реальность (VR). AR интегрирует трехмерные визуализированные объекты в реальный мир, а VR отображает полностью анимированный трехмерный мир. Тем не менее Huang Z. et al. в своем исследовании показывают, что использование в обучении моделей, созданных с помощью 3D-печати, дает значительно лучшие результаты, чем применение AR/VR. Анатомические ориентиры, линии переломов с классификациями и механизм перелома вертлужной впадины лучше распознавались учащимися, обучавшимися на моделях, созданных с помощью 3D-печати, чем теми, кто готовился к тесту с использованием AR/VR [23]. Поэтому перспективным является создание и внедрение в учебный процесс гибридных симуляторов, сочетающих в себе макеты, изготовленные с помощью 3D-печати, и VR-визуализации, например для отработки навыков проведения операций на позвоночнике, с максимально реалистичными тактильными ощущениями [24].
Дальнейшие перспективы применения информационных технологий связаны с трансформацией проекта: необходимо осуществить переход от модели «Виртуальная кафедра 2.0» к модели «Виртуальная кафедра 3.0». В нашем представлении «Виртуальная кафедра 3.0» может стать официальной структурной единицей коллаборации медицинских университетов, осуществляющей подготовку студентов в рамках определенной специализации. «Виртуальная кафедра 3.0» – это динамичная организационная модель, главной задачей которой является формирование профессиональных отраслевых компетенций в сфере цифрового развития. «Виртуальная кафедра 3.0» ориентирует на процесс обучения, а не предоставления информации, она снимает проблему отделения студентов и лучших преподавателей во времени и пространстве. Виртуальная кафедра – перспективная модель, она может быть построена на сочетании содружества равных в отличие от модели, продвигаемой рядом ведущих российских университетов, когда в цифровой среде право лекций и всей архитектуры курсов остается только за 2-3 университетами, а за провинцией – практические занятия и техническая реализация шаблонных решений. Понятно, что в медицинском университете онлайн-образование имеет свои ограничения, однако в то время, как при традиционном подходе лекция обычно читается один раз в запланированный день, в модели «Виртуальная кафедра 2.0» студенту предоставляется возможность снова и снова слушать лекцию того преподавателя, за которым закреплена данная учебная нагрузка. В модели «Виртуальная кафедра 3.0» появится возможность слушать лекцию признанного специалиста по конкретной теме. Обучение через повторение является неотъемлемым преимуществом модели «Виртуальной кафедры 3.0». Если у студента или ординатора возникают проблемы с освоением курса, то он может получить поддержку от профессорско-преподавательского состава всех кафедр травматологии и ортопедии из тех вузов, которые создали коллаборацию. Также может быть запланировано проведение индивидуальных цифровых стажировок для профессорско-преподавательского состава на базе ведущей кафедры.
Одним из первых «Виртуальную кафедру 3.0» разработали и внедрили в Шэньянском политехническом университете – для обучения по одной специальности объединилось 8 университетов Китая [25]. В России близкие по идеологии к «Виртуальной кафедре 3.0» проекты реализуют Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова (проект научно-практических мероприятий с использованием телемедицинских технологий), Евразийский ортопедический форум (ЕОФ), одним из стратегических партнеров которого является НИИТОН СГМУ (проект онлайн-клуба ЕОФ), и профессиональный клуб травматологов-ортопедов. Первые попытки реализации модели «Виртуальная кафедра 3.0» на базе кафедры травматологии и ортопедии в виде чтения лекционного материала к.м.н., доцентом Марковым Д.А. проходят в рамках сотрудничества с Самаркандским государственным медицинским университетом (Узбекистан).
Заключение
Использование цифровых технологий в преподавании травматологии и ортопедии в рамках модели «Виртуальная кафедра 2.0» находится на этапе активного освоения разнообразных цифровых инструментов, что позволит сформировать базовые цифровые компетенции будущего врача.
Переход на образовательную модель «Виртуальная кафедра 3.0» будет способствовать развитию профессиональных цифровых компетенций в сфере цифрового развития, создавать обогащенную образовательную среду; преодолевая пространственные ограничения, повышать качество преподавания, совместно создавать и использовать цифровые образовательные ресурсы; укреплять сотрудничество между профильными кафедрами медицинских университетов.
Библиографическая ссылка
Ульянов В.Ю., Гришин С.Е., Зверева К.П., Норкин И.А., Клоктунова Н.А. МЕТОДОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРЕПОДАВАНИИ ТРАВМАТОЛОГИИ И ОРТОПЕДИИ: ПЕРСПЕКТИВЫ И РИСКИ // Современные наукоемкие технологии. – 2023. – № 2. – С. 190-197;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=39544 (дата обращения: 02.05.2024).