Введение. В современном образовательном процессе вуза большое значение приобретает использование интерактивных средств обучения, которые влияют на эффективность подготовки будущих учителей биологии к выполнению ими профессиональной деятельности. Интерактивное обучение обеспечивает тесное взаимодействие студентов и преподавателей между собой, а также открывает возможности более глубокого погружения участников образовательного процесса в учебную среду [1, с. 135–136]. Одним из интерактивных средств обучения выступает современный программный продукт – анатомический атлас стол «Пирогов». Организация учебной деятельности с помощью данного средства обучения делает процесс усвоения анатомического содержания более качественным, положительно влияет на запоминание и воспроизведение учебного материала обучающимися [2]. Указанные выше доводы определяют актуальность исследования авторов об использовании интерактивного стола «Пирогов» с целью повышения качественной подготовки студентов по дисциплине «Анатомия и морфология человека» в педагогическом вузе.
Цель исследования заключается в обосновании эффективности использования интерактивного анатомического атласа стола «Пирогов» у студентов педагогического вуза направления подготовки 44.03.05 Педагогическое образование (с двумя профилями подготовки) профилей «Биология. Химия» по дисциплине «Анатомия и морфология человека» с целью повышения качества знаний.
Материалы и методы исследования: материалом исследования является обобщение практического опыта работы использования интерактивного анатомического атласа стола «Пирогов» в процессе преподавания дисциплины «Анатомия и морфология человека» у будущих учителей биологии. В качестве методов исследования были использованы анализ научно-методической литературы, педагогическое наблюдение и обобщение его результатов. Возможности применения интерактивного анатомического атласа стол «Пирогов» в высших учебных заведениях медицинского профиля при преподавании морфологических дисциплин представлены в исследованиях С.В.Шаматковой, О.В.Семенчевой, Н.М.Гвоздковой. Также авторами проведен анализ работ О.И.Вагановой, Т.Ю.Колпаковой, М.К.Синициной, в которых раскрываются вопросы применения интерактивного атласа будущими учителями биологии, описаны возможности стола «Пирогов» при проведении исследовательской деятельности студентов. Особенности интерактивного обучения в образовательном процессе, положительные аспекты инновационных средств обучения рассмотрены в трудах А.А.Журиной, И.И.Дрига, Н.В.Горбуновой, Т.С.Хазыковой, Е.Н.Арбузовой, И.И.Мархель и др. [1, с. 135].
Результаты исследования и их обсуждение. Интерактивный анатомический атлас стол «Пирогов» является лицензионным продуктом компании «Развитие» Самарского государственного медуниверситета, которая курирует вузы на предмет применения стола, его обновлений. Стол «Пирогов» в Шадринском государственном педагогическом университете (ШГПУ) расположен в Технопарке Универсальных педагогических компетенций в естественно-научном кластере. Данный кластер функционирует в педвузе с 2021 года. Освоение и применение анатомического интерактивного атласа стол «Пирогов» началось преподавателями с изучения методических рекомендаций к нему, а также путем практического изучения всех его интерактивных возможностей. Разработчиками стола «Пирогов» предусмотрено использование в образовательных целях непосредственно интерактивного анатомического атласа стол «Пирогов» и мобильной версии (приложение «Pirogov Anatomy»), являющейся дополнением к печатным анатомическим атласам, учебникам. 3D-визуализация интерактивного атласа расширяет информацию, получаемую студентами [2]. Интерактивный анатомический атлас обладает большими образовательными возможностями. Он представляет собой программный продукт с 3D анатомическими структурами. Также при использовании стола студент или преподаватель могут добавлять необходимые рисунки, фотографии, делать комментарии в ходе его применения. Анатомический стол на занятиях в группах используется совместно с проектором, поэтому позволяет демонстрировать студентам все, что представлено на дисплее стола. Также во время проведения занятия в Технопарке преподаватель может показывать подготовленную презентацию, если есть необходимость дополнить материал. Стол «Пирогов» применяется преподавателями как на лекционных занятиях, так и при проведении семинарских и практических занятий по анатомии и морфологии человека.
Разделы стола Пирогов систематизируют изучение курса «Анатомия и морфология человека». Они в полном объеме охватывают содержание анатомической науки, различные ее направления. Преподаватель и студенты имеют возможность изучать топографическую анатомию, нормальную и патологическую анатомию человека, самостоятельно моделировать анатомические сцены; проверять знания.
Раздел «Анатомия человека» позволяет изучить отдельно каждую систему организма человека, рассмотреть строение отдельного органа или целой системы, объединить отдельные системы, например дыхательную и сердечно-сосудистую (кардиореспираторная), кровеносную и лимфатическую и др.
Раздел топографической анатомии направлен на изучение тела человека послойно. Он позволяет изучить сегментированное строение органов, подключить протоки.
В раздел «Патология» включены описания и 3D-изображения патологии различных органов человека. Также можно рассмотреть гистологию здорового органа и его патологическое состояние. Например, можно рассмотреть гистологию здоровой и больной почки. Значок микроскопа указывает на возможность увидеть гистологию здорового и пораженного болезнью органа.
Для студентов медвузов важным является раздел «Диагностика». Он содержит КТ- и МРТ-изображения. С помощью ползунка можно просматривать срезы по отношению к той или иной плоскости, спроецировать их на 3D-модель тела человека [3, с. 5].
В меню раздела «Сцены» включены созданные разработчиками анатомические сцены. Данный раздел позволяет создавать и сохранять собственные сцены, демонстрировать их и делиться ими с другими пользователями.
Раздел «Проверка знаний» дает возможность проводить в тестовой форме контроль знаний обучающихся. Тесты, предложенные разработчиками, имеют достаточно высокий уровень сложности для студентов педагогических направлений подготовки, но преподаватель может продумывать способы проверки знаний с помощью создания сцен.
В Шадринском педагогическом университете согласно учебному плану бакалавриата направления подготовки 44.03.05 Педагогическое образование (с двумя профилями подготовки) изучение дисциплины «Анатомия и морфология человека» предусмотрено на втором курсе в 4-м семестре. Целями изучения дисциплины являются формирование знаний студентов о строении организма человека, изучение формы и размеров анатомических структур. Изучение анатомии и морфологии человека создает базу будущим педагогам для преподавания раздела «Человек и его здоровье» в 9-м классе школы согласно обновленному ФГОС ООО. В рамках изучения дисциплины предусмотрены практические и семинарские занятия, лекции. Итоговым контролем по освоению дисциплины является зачет с оценкой, также предусмотрено итоговое контрольное тестирование после завершения курса.
С целью оценки эффективности использования интерактивного анатомического атласа стола «Пирогов» были выбраны две группы студентов второго курса. Контрольная группа – это студенты профилей «Биология. Химия», которые изучали дисциплину в 2022/2023 учебном году без применения стола «Пирогов». Экспериментальная группа этих же профилей – обучающиеся 2023/2024 учебного года. У них преподавание дисциплины осуществлялось с помощью интерактивного атласа. Помимо стола «Пирогов», при организации занятий использовались печатный атлас, муляжи и макеты, презентации, подготовленные преподавателем, учебные пособия по анатомии человека. Для студентов экспериментальной группы, кроме вышеперечисленных средств обучения, преподавание велось с помощью интерактивного атласа.
Приведем примеры заданий из практических работ для контрольной и экспериментальной групп. Тема «Анатомия и морфология человека как наука. Оси и плоскости тела человека». На этом занятии преподавателю необходимо познакомить студентов с осями и плоскостями в человеческом теле. При объяснении материала он сообщает обучающимся, что в теле человека линии и плоскости проводят условно. С помощью них можно охарактеризовать положение органа. Плоскостей, рассекающих тело, – три: горизонтальная (аксиальная), фронтальная, сагиттальная. Затем студенты записывают термины и тренируются в их применении для характеристики положения органов по отношению к плоскостям и осям. Приведем пример задания для самостоятельной работы студентов по данной теме. Текст задания [4, с. 14–15]: «Для закрепления анатомической номенклатуры перейдите в раздел «Анатомия человека», выберите в модели тела человека срезы: аксиальный, сагиттальный, фронтальный. Сделайте аксиальный разрез тела человека. Выберите иконку “Центральная нервная система”. Проведите сагиттальный разрез головного мозга, спинного мозга».
Для закрепления терминов, описывающих положение органов, применялись следующие вопросы: 1) Как расположены на лицевой части головы глаза, нос, уши («вентрально», «дорсально», «медиально»)? 2) Как расположена голова по отношению к плечам? 3) Как расположена кисть руки по отношению к локтевому суставу? Как расположен плечевой сустав по отношению к локтевому? 4) Как располагается сердце по отношению к легким? А как по отношению к грудине? 5) Как расположена поджелудочная железа по отношению к желудку? К двенадцатиперстной кишке? 6) Как расположен желчный пузырь по отношению к печени? И др.
При изучении темы «Опорно-двигательный аппарат. Костная система. Соединения костей» студентам предлагают на модели скелета человека найти разные типы костей, например длинные трубчатые кости, плоские кости и др. Участники экспериментальной группы находят их не только на разборной модели скелета, но и в интерактивном атласе. Студенты контрольной группы выбирают кости из списка, представленного в практической работе. Далее обучающиеся изучают скелет черепа, туловища, скелет поясов конечностей и скелет свободных верхних и нижних конечностей. Изучая скелет головы, студенты находят и выписывают в тетрадь названия костей лицевого и мозгового отделов, обозначают границу между двумя отделами. Участники контрольной группы работают с печатными атласами и другими наглядными средствами обучения. При изучении скелета туловища студенты экспериментальной группы могут наглядно в трехмерном изображении видеть особенности строения позвонков каждого из 5 отделов позвоночника. При изучении видов соединения костей подвижных, полуподвижных и неподвижных, кроме рисунков в тетради, студенты экспериментальной группы находят их на интерактивном атласе [3, с. 89]. При изучении висцеральных систем большое внимание уделяется здоровьесберегающему компоненту. В этом помогают раздел и меню интерактивного атласа «Патологическая анатомия». Формирование культуры здоровья и ценностного отношения к здоровью является важнейшей компетенцией, которая разрабатывается в процессе изучения анатомии в школе и вузе согласно обновленным ФГОС [5]. Ниже представлены примеры заданий при изучении висцеральных систем. Практическая работа «Анатомия пищеварительной системы». Участники экспериментальной группы работают в разделе «Патология» со сценой «Печень» и разделом «Диагностика». Задание для обучающихся: «Рассмотрите 3D-модель здоровой печени и при различных патологиях. Прочитайте описание заболеваний печени, предложенных в меню. Рассмотрите ткань здоровой печени и при циррозе, раке, дистрофии. Прочитайте об изменениях, происходящих с органом при различных заболеваниях. В разделе «Диагностика» изучите МРТ печени». Данный метод исследования показывает жировое перерождение клеток печени, абсцессы, цирроз и воспалительные процессы, опухоли, злокачественно измененные клетки [6, с. 97]. Студенты контрольной группы, используя рекомендованные преподавателем источники, готовят сообщения о различных органических патологиях органов человека.
Более детально со строением органа позволяет познакомиться раздел «Топографическая анатомия». Например, ряд заданий раздела «Топографическая анатомия». «1. Рассмотрите сегментарное строение печени. Вспомните, сколько долей в печени? Сколько сегментов печени выделяют? 2. Рассмотрите протоки печени. 3. Найдите и рассмотрите сосуды, кровоснабжающие ее. Найдите и обозначьте ворота печени. Что входит в ворота печени?»
Примеры заданий, составленных для изучения темы «Система крови и кровообращения»: «В разделе “Анатомия” активируйте систему сердца и сосудов. Рассмотрите, как выглядит система кровообращения человека. Изучите строение сердца. Определите сосуды, выходящие и входящие в сердце, какую роль они выполняют? Что значит “коронарное кровообращение”?»
Стол «Пирогов» позволяет рассмотреть все прилежащие к органам сосуды и увидеть полную картину кровеносной системы организма, что создает более наглядное представление о строении и функционировании системы крови.
Раздел «Проверка знаний» имеет уже заложенные в него тестовые проверочные работы. Самостоятельное составление заданий возможно в разделе «Сцены» с их дальнейшим сохранением. В процессе экспериментальной работы на практических занятиях студенты под руководством преподавателя учились создавать сцены, затем эти навыки применялись при проведении мастер-классов для школьников профильных классов, дистанционном участии в Чемпионате по анатомии среди педагогических вузов. Например, используя вкладку «Инструменты», можно создавать задания на нахождение и обозначение какой-либо структуры; поиск анатомического объекта. Для этого через поиск по названию необходимо найти недостающую структуру, добавить ее и закрепить на рисунке. Примеры заданий представлены ниже: Тема «Строение органа слуха»: «Определите недостающий элемент в строении внутреннего уха. Найдите и обозначьте его. Какую функцию он выполняет?»
Для вычисления качества знаний согласно диагностике, описанной в работах Е.В.Мялкиной, авторами применялась формула: КЗ = ((А + Б) / ОСт) × 100%, где: КЗ – качество знаний, А – количество оценок «отлично» (5), Б – количество оценок «хорошо» (4), ОСт – общее количество студентов [7, с. 6]. В ходе сравнения качества знаний студентов на основе итогового контрольного среза знаний в форме теста, включающего проверку знаний по всем разделам курса «Анатомия и морфология человека», получены следующие результаты. Экспериментальная группа представлена в количестве 5 человек. В экспериментальной группе качественная успеваемость составила 100%, так как все студенты (100%) выполнили итоговый тест на положительные оценки («хорошо» и «отлично»), из них 2 студента (40%) – отлично, 3 студента – хорошо (60%). Контрольная группа включала 10 человек. В контрольной группе в результате решения итогового теста были получены следующие результаты: 5 студентов – «отлично» (50%), 3 студента – хорошо (30%), 2 студента – удовлетворительно (20%). Качественная успеваемость составила 80%. Наибольшие затруднения вызвали вопросы: строение головного мозга, вегетативная нервная система, строение лимфатической системы, строение мочевыделительной ситемы, мышечная система. Промежуточная аттестация студентов также показала более высокие результаты в экспериментальной группе. На зачете с оценкой у студентов экспериментальной группы не оценивались умения создавать сцены, так как эти знания проверялись ранее в ходе практических занятий, проводимых на базе Технопарка ШГПУ.
Выводы. Как показало проведенное исследование, интерактивный анатомический атлас стол «Пирогов» способствует повышению качества знаний студентов профилей «Биология. Химия» по дисциплине «Анатомия и морфология человека». Студенты, которые обучались с помощью стола «Пирогов», показали повышение качества знаний на 20% по сравнению со студентами, которые изучали дисциплину без его использования. На занятиях по анатомии и морфологии человека происходило взаимодействие между информационной системой и обучающимися, пользователи получали новые знания, закрепляли изученный материал с помощью заданий, разработанных преподавателями в разделе «Сцены». Таким образом, интерактивный атлас стол «Пирогов» позволяет охватить все компоненты образовательного процесса. Сами обучающиеся применяют знания и умения работы с интерактивным атласом в процессе педагогической практики, при организации внеурочной работы со школьниками. В дальнейшем будет продолжено применение интерактивного 3D-атласа в образовательном процессе педвуза.
Исследование выполнено при финансовой поддержке научно-исследовательских работ по приоритетным направлениям деятельности вузов – партнеров БГПУ и ШГПУ в 2024 году по теме «Повышение качества подготовки будущих учителей биологии с использованием интерактивного анатомического стола “Пирогов”» (№ 04.24.16-10Д от 2 мая 2024 г.).