УДК 37.1174

Оценка эффективности внедрения интегративного подхода в процесс обучения дисциплине «Медицинская биофизика»

Айткенова Айлаззат Айткеновна – магистр биологических наук, ассистент-профессор кафедры Информатики и биостатистики Медицинского университета Караганды.

Такуадина Алия Ибрагимовна – PhD, доктор философии, ассоциированный профессор кафедры Информатики и биостатистики Медицинского университета Караганды.

Бражанова Анар Корабаевна – ассистент-профессор кафедры Информатики и биостатистики Медицинского университета Караганды.

Бадекова Каракоз Жаиловна – магистр естественных наук, ассистент-профессор кафедры Информатики и биостатистики Медицинского университета Караганды.

Тажина Арайлым Мухаровна – магистр естественных наук, ассистент-профессор кафедры Информатики и биостатистики Медицинского университета Караганды.

Сыдова Айнур Жидебаевна – ассистент-профессор кафедры Информатики и биостатистики Медицинского университета Караганды.

Аннотация: В статье рассмотрена эффективность интегративного обучения студентов специальности "Стоматология" медицинского университета Караганды по дисциплине Медицинская биофизика и некоторые методы ее оценки. С помощью проведенного анкетирования была дана хорошая оценка готовности студентов к практическому занятию по данной дисциплине в различных направлениях, их интегрированному восприятию, общей картине изучаемого без разделения по этим предметам.

Ключевые слова: медицинская биофизика, интеграция, метод, эффективность, клетка, процесс, механизм, анкетирование.

Медицинская биофизика является междисциплинарной областью, объединяющей элементы естественных наук, таких как биологии, химии и физики, так и медицинских – биохимия, физиология, хирургия, рентгенодиагностика, ортопедия, фармакология. В курсе медицинской биофизики изучается целый ряд проблем, абсолютно необходимых при профессиональной подготовке тех, кто учится на факультетах общей медицины и стоматологии.

Основа качественного медицинского образования и его высокий уровень должны быть связаны со всеми естественнонаучными науками, в том числе с преподаванием медицинской биофизики. В настоящее время одной из основных целей медицинского образования является внедрение и развитие инновационных технологий в процессе медицинского образования, а также улучшение качества подготовки кадров в системе здравоохранения на основе клинических, научных и этических стандартов. Медицинская биофизика помогает использовать важные физические явления в организме человека в диагностике и лечении различных заболеваний, объясняя их физическими законами. Он рассматривает принципы физической работы медицинских приборов, учит студентов-врачей логически мыслить, переходить от фактов к понятиям, делать выводы, обогащать их новыми современными знаниями. Все медицинские учебные заведения мира переходят на интегративный подход к преподаванию дисциплин [1]. Интегративный подход к обучению позволяет будущим врачам – стоматологам увидеть полную картину клинической ситуации. В подготовке будущих врачей особая роль отводится базовым знаниям, полученным в первые годы обучения [2]. В последние годы различные аспекты междисциплинарной интеграции становятся очень важными как для развития научных основ педагогики, так и для практической деятельности преподавателей, что тесно связано с проблемой структурирования содержания образования и определения системных отношений между ними. Здесь очень важны компоненты знания, отражающие направления интеграции научного знания. Сегодня именно интеграция определяет стиль научного мышления и мировоззрения человека. Интеграция дисциплин в рамках одной специальности направлена на взаимодействие всех структурных компонентов. Это означает, прежде всего, необходимость составления тематического плана на основе взаимосвязи содержания предметов в зависимости от целей и задач интеграции. Далее на основе компонентов, созданных по программе, разрабатываются формы и методы обучения, а также методы оценки знаний студентов [3].

Целью данной работы является оценка применения интегративного подхода при изучении дисциплины «Молекулярная и клеточная биология с основами генетики в стоматологии», «Медицинская биофизика» студентов стоматологического факультета, анализ результатов обучения, исследование эффективности внедрения междисциплинарной интеграции в учебный процесс.

Материал и методы исследования

Методами исследования являлись теоретические методы; педагогический эксперимент; наблюдение; тестирование; метод научного анализа.

Объект исследования – учебный процесс по дисциплине «Молекулярная и клеточная биология с основами генетики в стоматологии», «Медицинская биофизика» на кафедре информатики и биостатистики Медицинского университета Караганды.

Результаты исследования и их обсуждение

Для применения интегративного подхода в комплексном преподавании дисциплины Медицинская биофизика в учебный процесс внедрен модуль «Основы жизнедеятельности». Данная модульная программа рассматривается как часть базового, фундаментального и научного цикла естествознания для студентов специальности стоматология, изучаемых в течение одного семестра. В рамках данного модуля для студентов первого курса специальности Стоматология разработана и внедрена в учебный процесс интегрированная дисциплина «Молекулярная и клеточная биология с основами генетики в стоматологии», «Медицинская биофизика». При освоении интегрированной дисциплины конечные результаты обучения составлены в дублинских дескрипторах и определены навыки обучающегося. Таким образом, по окончанию изучения дисциплины «Молекулярная и клеточная биология с основами генетики в стоматологии», «Медицинская биофизика» студенты должны обладать следующими навыками:

1. Анализировать закономерности строения и функционирования организма человека в целом, отдельных органов и систем в норме и при патологии:

• излагать взаимосвязь особенностей строения и свойств биологической мембраны с осуществляемыми ею функциями;
• уметь определять закономерности функционирования мембраны в норме и при нарушениях;
• объяснять природу и особенности возникновения потенциала покоя и действия мембраны;
• формулировать сущность поляризации клеточной мембраны;
• выявлять роль транспорта ионов и неравновесного распределения на мембране как основы жизнедеятельности клетки.

2. Применять принципы научных исследований и основ доказательной медицины к медицинской практике и исследованиям:

• компилировать информацию по закономерностям функционирования мембраны клетки с позиций биофизики, оценивать ее значимость, делать личные суждения, оформлять в виде доклада по заданию и представлять его на занятии;
• уметь работать с информацией (учебной, справочной, научной);
• овладеть навыками публичного выступления с представлением собственных суждений, анализа и синтеза информации в изучаемой области.

3. Совершенствовать полученные знания и навыки, необходимые для поддержания непрерывного профессионального развития:

• определять биофизическое поведение ионов и транспортных белков на мембране;
• анализировать действие блокаторов ионных каналов и лекарственных препаратов на уровне клетки и на уровне организма;
• прогнозировать поведение веществ в физиологических процессах;
• знать основные биофизические закономерности функционирования сердца и сердечно-сосудистой системы;
• понимать механизмы формирования зубцов ЭКГ и их интерпретацию;
• понимать механизмы изменения артериального давления и биофизические пути восстановления при его патологическом снижении или повышении;
• понимать основные закономерности взаимодействия электромагнитных волн с биообъектом, физические основы методов интроскопии;
• применять знания о интроскопических методах для диагностики состояния зубного аппарата пациента;
• применять знания о спектрофотометрических методах и реакциях фотополимеризации для дальнейшей профессиональной деятельности при дальнейшей работе с компонентами зубной пломбы.

Разработанная интегрированная программа «Молекулярная и клеточная биология с основами генетики в стоматологии», «Медицинская биофизика» включает в себя 4 ESTC кредитов и состоит из двух больших разделов. В первом разделе рассматривается биологическая, молекулярная, генетическая и биофизическая основа клеток и интерпретации механизмов их действия на молекулярном уровне, а также особенности физиологических процессов живой системы. Во втором разделе интегрируются вопросы молекулярной биологии и медицинской биофизики, которые дают полное представление и понимание основных принципов современных молекулярно-клеточных методов и технологий в фундаментальной и практической медицине, также биофизических закономерностей.

Методы интеграции программного содержания базовой дисциплины «Молекулярная и клеточная биология с основами генетики в стоматологии», «Медицинская биофизика», преподаваемой на младших курсах Медицинского университета, изучаются по лекционным, практическим, самостоятельной работы студентов с преподавателем (СРСП) и самостоятельной работы студентов (СРС).

Для формирования базовых комплексных знаний, повышения квалификационных навыков обучающегося по данной дисциплине используется множество методов. Лекционное обучение проводится по проблемному методу, лекционно-разговорному и наглядно – иллюстративному методам. В целях формирования у студентов клинического мышления и развития всестороннего научного мировоззрения, практические и СРСП занятия проводятся комплексным проблемным методом, методом решения ситуационных задач и комплексных тестовых заданий, методами письменного – проектного и комплексного индивидуального поиска, объяснительно – иллюстративным методом, методом дискуссии.

На кафедре информатики и биостатистики осуществлена интеграция Медицинской биофизики с дисциплинами физиологии, физики, молекулярной и клеточной биологии, генетики, биохимии, лучевой диагностики. В качестве примера можно привести междисциплинарную связь из нижеперечисленных понятий, которая проводится на практическом занятии по дисциплине «Медицинская биофизика» по теме "Мембронология".

Многие физиологические процессы, изученные до сих пор, не объясняют некоторые функции живой системы. В частности, процессы биохимии не объясняют быстроты биологических реакций (мышечных, ферментативных, гормональных и т. д.) или межклеточной сигнализации. Работа Сент-Дьёрдьи привела его к описанию живой системы как открытой системы, в которой связь осуществляется посредством биофизической информации (фотонов, солитонов, фононов и т. д.). Биофизическая информация, движущаяся со скоростью звука или света, могла бы объяснить скорость физиологических процессов [4].

В биологии жизнь клетки зависит от энергии, обеспечиваемой АТФ. Энергия, полученная в результате гидролиза АТФ, проходит через альфа-спирали белков в виде особой формы волны, называемой солитоном. Солитон – это особая волна, используемая для передачи энергии в живой системе. Он способен передавать большое количество энергии с постоянной скоростью и без рассеяния [5].

Между внутренней и внешней сторонами клеточной мембраны существует разный электрический потенциал (-70 мВ). Когда клетка воспалена или больна, митохондрии снижают выработку энергии, и мембранный потенциал снижается (например, -20 мВ в раковых клетках). Таким образом, ячейка подобна конденсатору с большим отрицательным зарядом внутри и большим положительным зарядом снаружи. И каждая молекула имеет определенный электромагнитный сигнал. Все молекулы в живых системах излучают вибрации, свет и фотоны для передачи энергии и информации. Человеческая система непрерывно излучает несколько электромагнитных сигналов. По этой причине мы можем измерить электромагнитное поле клеток. И, как мы знаем, в клинической практике мы используем множество биофизических устройств для определения электрической, термической, ядерной и магнитной активности клеток (электрокардиография, ядерный магнитный резонанс, термография и т.д.). Таким образом, патологические состояния могут быть вызваны не только органными расстройствами, но и дефектами биофизических процессов, вызывающими снижение энергетических состояний до уровней, далеких от термодинамического равновесия и когерентности. Концепция когерентности была описана Фролихом в 1988 году. Он объяснил, что все молекулярные системы производят гигантские когерентные колебания, которые распространяются в теле. Когерентные колебания позволяют передавать информацию всей живой системе. Оптимальная синхронизация множества процессов на каждом уровне организма, а также синхронизация между этими уровнями необходима для здоровья организма. В подтверждение этому недавно было обнаружено, что ДНК обладает способностью излучать электромагнитные волны [6] низкой частоты, а через них передавать информацию в воду, а затем в иммунные клетки; следовательно, ДНК способна принимать внутренние и внешние сигналы и передавать информацию всей клетке.

Биологические процессы, часто очень сложные по своей природе, трудно расшифровать с помощью какой-либо одной методики. В подходе интегративной структурной биологии данные, полученные с помощью нескольких методов, объединяются, чтобы получить представление о биологическом процессе. Инструменты структурной биологии, такие как крио-электронная микроскопия, рентгеновская кристаллография, ЯМР и т. д., объясняют трехмерную архитектуру макромолекулярной сборки, тогда как биофизические методы, такие как различные направления масс-спектрометрии иллюстрируют ее состав и взаимосвязь внутри нее.

Исходя из вышесказанного, были назначены методические рекомендации и задания по дисциплине Медицинская биофизика, повышающие логическое мышление студентов, формирующие профессиональные навыки. При выполнении и интерпретации данных методических указаний и заданий выявлено, что повышена мотивация студентов к обучению и положительно влияет на формирование умения решать будущие профессиональные задачи на основе физических знаний и навыков.

После практического занятия среди студентов было проведено анкетирование с целью оценки интегрированного подхода. В опросе приняли участие 47 студентов. Основные вопросы анкетирования (ответы указаны в процентах) представлены ниже:

1. Как Вы думаете, какие из приведенных ниже биологических процессов описаны физическими законами?

А) мембранный транспорт 93%

Б) дыхание 25%

В) передача сигнала 73,3%

Г) деление клетки 2,5%

Д) регенерация.

2. Какими интегрированными дисциплинами Вы использовали физико-биологические материалы в ходе обучения?

А) молекулярная биология с основами генетики 100% 

Б) биологическая химия 2,1 %

В) биоинформатика 3%

Г) морфология и физиология 3,7%

Е) не дали ответа 10%

3. Перечислите навыки, которые Вы использовали при освоении физического и биологического материала дисциплины

А) командная работа 84%

Б) поисково-исследовательская работа 27%

В) решение проблемных и тестовых задач 78%

Д) ничего не ответил

4. С какими естественнонаучными дисциплинами Вы наблюдали связь в процессе освоения физико-биологического материала на практическом занятии?

А) химия. 20%

Б) физика. 40%

В) математика.

Г) биология. 83,7%

Е) ничего не ответили.

5. С какими медицинскими дисциплинами Вы наблюдали связь в процессе освоения физико-биологического материала на практическом занятии?

А) физиология 100%

Б) лучевая диагностика 10%

В) биохимия 10%

Г) хирургия 2%

Е) Ничего не ответили

6. Рассмотрение биологических и физиологических процессов на биофизической основе улучшило мою аналитико-логическую способность

А) совершенно согласен 100%

Б) совершенно согласен 57%

В) не знаю10%

Г) не согласен

Е) совершенно не согласен

7. Решение проблемных задач, поставленных физико – биологическим материалом во время практического занятия, развило мои навыки.

А) совершенно согласен 100%

Б) совершенно согласен 57%

В) не знаю10%

Г) не согласен

Е) совершенно не согласен

Таким образом, результаты анкетирование дают оценку подготовки студентов по различным направлениям, их интегрированное восприятие, которое дает общую картину изученного, не разделяя по дисциплинам.

В заключение можно сказать, что компетенции студентов по специальности" Стоматология" по интеграции с другими дисциплинами по медицинской биофизике находятся на уровне выше среднего. Проведенный опрос позволил выявить:

1. влияние на клинико-логические и аналитические способности студентов с использованием физико-биологических материалов в области медицины и естествознания оценивалось выше среднего;
2. на среднем уровне развиты практические компетенции через интеграцию дисциплины медицинской биофизики с другими медицинскими дисциплинами;
3. в ходе изучения дисциплины Медицинская биофизика высоко оценивалось использование физико-биологических материалов в интегрированной молекулярной биологии.

Преподавание медицинской биофизики в междисциплинарной интегрированной форме улучшает качество подготовки студентов на практических занятиях, повышает их мотивацию к занятиям и является залогом формирования клинического логического мышления будущих медицинских работников с первых лет обучения

Биофизика, применяемая в медицине, является очень интересной областью для многих терапевтических областей и будет областью с наибольшими достижениями в медицине третьего тысячелетия.

В результате применения интегративного подхода:

• у студентов развивается эмоциональный фон, повышается интерес к предмету.
• повышается уровень знаний студентов, повышается успеваемость.
• повышается уровень интеллектуального развития.
• создается преемственность между преподаваемыми дисциплинами.
• повышается учебно-познавательная активность студентов.
• повышается способность студентов к самостоятельной работе.
• студенты осваивают активную работу в коллективе, в группе.

Список литературы

1. Джаксон, М.Б. Молекулярная и клеточная биофизика / М.Б. Джаксон. – М.: Бином, 2015. – 551 c.
2. Нурматова Ф. Б. Междисциплинарная интеграция биофизики в медицинском вузе //Методы науки. – 2017. – №. 4. – С. 78–79.
3. Нурматова Ф. Б. Интегративный подход к преподаванию биофизики в медицинском вузе на примере раздела «Биоакустика» / Ф. Б. Нурматова, Н. Э. Махкамова, У. Н. Вохидов. – Текст: непосредственный // Молодой ученый. – 2022. – № 12 (407). – С. 261-264
4. Oschmann, J. Energy medicine in therapeutics and human performance. USA Butterworth-Heinemann ISBN Number 9780750654005 Elsevier Science; 2003.125-129
5. Foletti, A. Grimaldi, S. Lisi, A. Ledda, M. Liboff, A.R. Bioelectromagnetic medicine: the role of resonance signaling. Electromagn Biol Med. 2013; 32(4): 484–499.
6. Baron, P. Cipollone, M. Biophysical therapies: a tailored and systemic tool in daily medical practice. Third international symposium on the biophysical aspects of complexity in health and disease, Lugano, Switzerland, October 4, 2014.
7. Montagnier, L. Del Giudice, E. Aissa, J.Transduction of DNA information through water and electromagnetic waves. Electromagn Biol Med. 2015; 34(2):106–112.