Возможности развития цифровых компетенций в процессе изучения биохимии

Полный текст

Общество на современном этапе развития требует внедрения и использования цифровых программ и технологий во всех сферах деятельности, включая здравоохранение и образование [3, 13, 28]. Цифровизация системы здравоохранения ставит новые задачи перед врачами, а следовательно, студентами и преподавателями медицинских вузов [22]. Медицинским работникам необходимо адаптироваться к цифровой эпохе, чтобы оказывать качественную профессиональную и этичную помощь [21, 26]. Цифровая трансформация оказывает огромное влияние на все дисциплины медицинских вузов. Для активного участия в текущем процессе цифровой трансформации врачам требуется всеобъемлющий запас знаний и компетенций о цифровых системах, программах, технологиях и инструментах [25]. Поэтому появляется необходимость включения плана развития цифровых компетенций в рабочие программы всех дисциплин медицинских вузов.

В настоящее время активно реализуется Федеральный проект «Кадры для цифровой экономики», являющийся составной частью национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации» *. Цифровая трансформация требует освоения новых профессиональных компетенций, которые необходимы для работы с цифровыми инструментами. Вычислительные технологии обработки больших данных, системы поддержки принятия решений и искусственного интеллекта, системы дистанционной коммуникации и мониторинга с каждым годом будут все сильнее закрепляться в медицинской и педагогической сферах. От преподавателей высшего образования требуется высокая степень компетентности в области цифровой педагогики, чтобы справиться с задачей обучения будущих специалистов [30].

Цифровые компетенции обеспечивают и охватывают все возможности, которые необходимы для использования и управления цифровыми программами, устройствами, приложениями и технологиями [19]. В этой связи становится актуальной разработка конкретных подходов к организации и проведению обучения с целью формирования цифровой компетентности специалистов [1]. Растущий спрос на квалифицированных специалистов вынуждает изменять образовательные программы, способствуя освоению современных компетенций, сформированных под запросы работодателей и с учетом потребностей цифровой экономики.

Образовательные инновации — это не статические цели, а постоянно развивающиеся процессы [17]. Методы и способы преподавания и обучения должны адаптироваться к реалиям современной жизни в соответствии с требованиями нового контекста [9, 29]. Система образования вынуждена непрерывно изменяться и улучшаться, поскольку от того, как развивается эта сфера, зависит в перспективе функционирование государства [1]. Появляются новые требования к будущим медицинским кадрам системы здравоохранения России. Формирование цифровых компетенций предполагает необходимость интеграции цифровых навыков в образовательные программы [10]. Внедрение информационно-коммуникационных технологий в сферу образования требует новых методов и способов преподавания [23].

Для развития цифровых компетенций в системе образования требуются определенный объем цифровых знаний учащихся, академические цели, доступность к технологиям и оборудованию, а также необходимый уровень подготовки преподавателей в этой области [7, 14].

Основные направления научно-исследовательских традиций и педагогической деятельности профессорско-преподавательского состава кафедры биологической химии Санкт-Петербургского государственного педиатрического медицинского университета формировались и изменялись на протяжении 90 лет [12].

Для развития цифровых компетенций у студентов по специальности «лечебное дело» в процессе изучения дисциплины «биологическая химия» появляется необходимость добавления к основным требованиям следующих знаний, умений и навыков использования:

• цифровых инструментов для поиска, анализа и синтеза информации (ЭБС Консультант студента studmedlib.ru, ЭМБ Консультант студента «консультант врача» studentlibrary.ru, ЭБС «Консультант врача» rosmedlib.ru, elibrary.ru, PubMed, Scopus);
• облачных сервисов для хранения и передачи информации (Яндекс.Диск, Google.Disk, iCloud Drive, Dropbox, Облако Mail.ru, Microsoft OneDrive);
• цифровых редакторов (Word, Paint, PowerPoint) и, дополнительно, специализированных редакторов (ChemDraw, JChemPaint, ISIS Draw, ChemSketch);
• образовательных платформ (Moodle, iSpring Learn, GetCourse, TWIGA CG, DOCCLUB, MED TRAIN, Высшая медицинская школа, Future Learn);
• технологий беспроводной связи (Discord, электронная почта, мобильная телефония, социальные сети), с помощью которых студенты могут получать информацию и задавать вопросы в процессе обучения;
• видеохостингов для визуализации биохимических процессов (YouTube, vimeo.com);
• технологий VR/AR для 3D-визуализации молекул, внутриклеточных процессов (AR VR Molecules Editor, InMind2, The Body VR, Nanome), создания виртуальных химических лабораторий (VR CHEMISTRY LAB, MEL CHEMISTRY VR, «Геномная инженерия», HoloLab Champions, StarBiochem);
• искусственного интеллекта для принятия врачебных решений (система постановки диагнозов на основе Big Data «Ростех», mosgorzdrav.ru, система MeDiCase);
• программ для онлайн-тестирования (Яндекс.Формы, УДОБА, Банк Тестов, OnlineTestPad, MyTestX);
• программ для статистического анализа полученных данных (STATA, Statistica, EpiInfo, WinPepi);
• вспомогательных интернет-ресурсов для оценки симптомов и возможных диагнозов с применением искусственного интеллекта и возможностью дистанционного консультирования со специалистом (MeDiCase, mosgorzdrav.ru);
• навыков совместной дистанционной работы в группах (Jamboard, Google Docs, Padlet, Miro, Trello)

Все лекции для студентов в процессе изучения предмета «биологическая химия» выкладываются в системе управления курсами Moodle и их материал представлен в формате PowerPoint. Учебно-методическое и информационное обеспечение включает, кроме традиционных учебников на бумажном носителе, использование электронных библиотек студентов, что повышает скорость поиска информации и доступность учебной, профессиональной и научной литературы. Глобальная сеть Интернет дает возможность посещать электронные хранилища данных, в которых содержатся миллионы электронных книг и статей на всех языках мира. Электронные научные библиотеки позволяют сделать более эффективным процесс поиска информации и обеспечить высокий уровень образования и научно-исследовательской работы [5]. К сожалению, у многих пользователей научных электронных источников возникают проблемы с получением полной информации, содержащейся в базах данных в результате платных услуг, предоставляемых некоторыми ресурсами.

Научные визуализации (иллюстрации, трехмерные модели, анимации, симуляции и т. д.) играют важную роль в обучении биохимии [2], особенно когда речь идет о явлениях, происходящих на субмикроскопических уровнях, за пределами уровня наблюдения без специального оборудования и без сопоставимых аналогов на макроскопическом уровне [27].

Видеохостинги — востребованные инновационные средства обучения в условиях мировой цифровизации образования [11]. YouTube превратился в растущий образовательный ресурс для студентов и преподавателей [24] и является самым популярным веб-сайтом для обмена видео, содержащего значительное количество медицинских видеороликов [31].

В процессе изучения студентами дисциплины «биологическая химия» анимация может использоваться для визуализации пространственной структуры таких сложных биополимеров, как белки и нуклеиновые кислоты; конформационных изменений молекулы как основы функционирования белка; конформационной перестройки молекул фермента под действием аллостерических эффекторов; процесса функционирования дыхательной цепи и биосинтеза аденозинтрифосфата; процессов репликации, транскрипции и трансляции, функционирования рибосомы; механизмов передачи гормонального сигнала; механизмов переноса веществ через мембраны; механизмов мышечного сокращения и расслабления.

Структурно-функциональные взаимосвязи биологических молекул являются основополагающими для изучения биохимии. Понимание трехмерной (3D) природы белков и визуализация химических связей, участвующих в фолдинге белка, имеют решающее значение для того, чтобы учащиеся могли представлять взаимодействия белок – лиганд и прогнозировать влияние мутаций на обмен веществ в организме. 3D-структуры многих белков теперь доступны в качестве учебных пособий, включая анимацию вращающихся белковых структур. Кроме того, онлайн-игра FoldIt использует принципы сворачивания белка, чтобы игроки могли понять и представить 3D-структуры белка [20].

Виртуальный лабораторный практикум позволяет выполнять лабораторные работы, требующие наличия сложного и дорогого оборудования (электрофорез, хроматография, изофокусирование, секвенирование) [4, 6].

Следует отметить, что технологии виртуальной реальности, несмотря на множество положительных факторов, пока еще достаточно дорогостоящие и малодоступные [15], поэтому в качестве более доступной альтернативы можно рассматривать 3D-анимацию.

Определенный интерес для дистанционного обучения может представлять и технология «аватар». Человек с мобильной камерой транслирует свои действия и выполняет эксперимент по команде обучающегося [8].

В настоящее время существует достаточно большое количество приложений, которые можно использовать в обучении (AR VR Molecules Editor, InMind2, The Body VR, Nanome, VR CHEMISTRY LAB, MEL CHEMISTRY VR, «Геномная инженерия», HoloLab Champions). К сожалению, предлагаемый ими контент мало соответствует содержанию учебной программы, однако существуют компании разработчики, готовые создавать необходимые инструменты и сервисы.

Познакомить студентов с интернетом медицинских вещей удобно, например, в блоке «Регуляция углеводного и липидного обменов». На практическом занятии студентам можно предложить сделать обзор современных гаджетов для больных сахарным диабетом, таких как многоразовая шприц-ручка, инъекционный порт, инсулиновая помпа, глюкометр, датчик глюкозы, трансмиттер, и мобильных приложений для взаимодействия с этими устройствами. На этом занятии также студенты могут выполнять лабораторную работу «Пероральный тест толерантности к глюкозе (ПТТГ)» с использованием портативного глюкометра.

Самостоятельная работа студентов объединяет подготовку к занятиям с помощью электронных библиотек, баз данных (studmedlib.ru, studentlibrary.ru, rosmedlib.ru, elibrary.ru, PubMed, Scopus) и различных образовательных платформ; подготовку докладов, мультимедийных презентаций, видеоуроков, лонгридов, подкастов, интерактивных упражнений (PowerPoint, Articulate Rise, Tilda, Readymag, фабрика кроссвордов, Flippity).

Решение ситуационных задач и разбор кейсов можно использовать как непосредственно на занятии, так и в качестве самостоятельной внеаудиторной или проверочной работы. Процесс работы над задачами можно организовать с помощью сервисов для совместной дистанционной работы в группах (Jamboard, Google Docs, Padlet, Miro, Trello). Преподаватель выкладывает серию ситуационных заданий, например на доску Padlet [16]. Студентам предлагается решить эти задачи за определенное время. Преподаватель может отслеживать ход решения и давать комментарии. Затем подсчитывается количество правильно решенных каждым студентом задач и определяются победители. Внесение элемента конкуренции с получением награды повышает заинтересованность и мотивацию обучающихся. Правильность решения задачи студенты могут оценить самостоятельно с помощью сервисов поддержки принятия медицинских решений на основе искусственного интеллекта (система MeDiCase, mosgorzdrav.ru).

Интересным для студентов может быть способ представления ситуационной задачи в виде чат-бота или виртуального пациента, по аналогии с применяемыми для аккредитации врачей, но с более простыми алгоритмами [18].

Таким образом, знания, умение и владение цифровыми программами и технологиями являются необходимой и неотъемлемой частью всего учебного процесса изучения дисциплины «биологическая химия» для студентов по специальности «лечебное дело».

Использование цифровых программ и технологий в образовании изменяет содержание обучения, способы поиска, сбора, анализа и передачи учебной, профессиональной и научной информации, характер выполнения самостоятельной работы студентов, а также контроля получаемых знаний. Таким образом, возникает необходимость актуализации рабочих программ по дисциплинам в рамках цифровой трансформации современного общества.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Все авторы внесли одинаковый равный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

ADDITIONAL INFORMATION

Authors’ contribution. All authors made a substantial contribution to the conception of the study, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the article, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the study.

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

^* Утвержден Президиумом Правительственной комиссии по цифровому развитию, использованию информационных технологий для улучшения качества жизни и условий ведения предпринимательской деятельности, протокол от 28.05.2019 № 9.

Об авторах

Татьяна Юрьевна Крецер

Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет

Email: tkropotova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8713-9704
SPIN-код: 4456-3891

канд. хим. наук, доцент, кафедра биологической химии

Россия, Санкт-Петербург

Ирина Витальевна Вольхина

Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: volchinaiv@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6481-3383
SPIN-код: 8435-7481

канд. биол. наук, доцент, кафедра биологической химии

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

Дополнительные файлы