Mental map as an innovative approach to higher medical education for mastering fundamental disciplines

• Elena A. Teplyashina

Abstract

An innovative approach to teaching defines the main development directions in the mastery of fundamental and clinical disciplines, taking into account priority scientific and technological developments. This article analyzes current trends in the development of higher medical education within the fundamental discipline of biochemistry.

It has been established that the active implementation of new learning technologies and the digitalization of education contribute to the improvement of students’ theoretical thinking skills and applied professional behavior. The study utilized competency-based, comparative, and cognitive approaches, which not only aim to develop students’ psychological and pedagogical competence but also form the basis of practice-oriented learning.

Pedagogical approaches aimed at developing medical students’ psychological and pedagogical competence in the course "Biochemistry" have been identified. To enhance these competencies in medical students, it is necessary to focus on the implementation of innovative teaching practices. An analysis of international and domestic literature and the results of a survey allowed us to identify new teaching methods in this discipline and to identify their innovative value for solving students’ educational and professional problems.

The most interesting sections of the Biochemistry curriculum were analyzed, taking into account the development of mental models. The presented study allowed us to formulate pedagogical methods and techniques for developing students’ general cultural and professional knowledge. The resulting conclusions are aimed at optimizing the competency-based approach to teaching and enhancing the psychological and pedagogical competence of future physicians.

Keywords:mind map; principle of mind map creation; biochemistry; students; higher medical education

В настоящее время в системе высшего образования отмечается сочетание передовых и авангардных подходов, включающих наукоемкость, высокотехнологичность, междисциплинарность, практико-ориентированность. При этом, согласно ч. 3 ст. 20 Федерального закона от 29 декабря 2012 г. № 273‑ФЗ "Об образовании в Российской Федерации", инновационная деятельность "ориентирована на разработку, апробацию и внедрение новых учебников и разработанных в комплекте с ними учебных пособий, на совершенствование научного, учебно-методического обеспечения системы образования и осуществляется в форме реализации инновационных проектов и программ организациями, осуществляющими образовательную деятельность, и иными действующими в сфере образования организациями, а также их объединениями".

К инновационным методам обучения по праву относится составление ментальных карт (также интеллект-карт). Составление ментальных карт направлено на формирование у обучающихся навыков и умений эффективной обработки и систематизации учебной информации [1]. Ментальные карты представляют собой графическое (художественное) представление изучаемых разделов. Для этого метода характерно логическое и ассоциативное мышление, когнитивная визуализация данных. В основу составления ментальных карт заложен принцип коммуникативно-когнитивного подхода [2]. Стоит отметить, что в Федеральном государственном образовательном стандарте высшего образования третьего поколения (ФГОС 3++) идет речь о развитии универсальных компетенций (УК-4) с использованием современных коммуникативных технологий. Следовательно, при получении высшего медицинского образования обучающийся овладевает универсальными компетенциями, направленными на освоение теоретического материала.

История появления ментальных карт ведет свое начало с 2007 г. с работ Т. Бьюзена и Х. Мюллера. Исследователи впервые отметили особенности составления ментальных карт, их наглядность и удобство работы [3]. Среди отечественных педагогов подобные схемы использовал В.Ф. Шаталов [4].

В настоящее время сочетание классических методов обучения, медицинских веб-платформ, инновационных техник позволяет реализовывать многообразные формы взаимодействия преподавателей и обучающихся в образовательной среде университета [5]. При этом роль преподавателя является ключевой и направлена на формирование ориентированной мотивации, навыков и мышления. Так, современный интерфейс образовательного процесса возможен благодаря существованию удобных программ для разработки ментальных карт - Mind Meister, Сасоо, Bubbl.us, Mindomo, Mind42.com [6]. Ментальные карты считаются достаточно инновационными техниками и вызывают значительный интерес у студентов.

Однако применение ментальных карт в современной системе медицинского образования является неоднозначным и имеет как ярких сторонников, так и конструктивных критиков [7]. Обоснованным достоинством интеллект-карт является тот факт, что составление подобных схем является эффективным средством для запоминания специализированных терминов и систематизации сложного теоретического материала [8]. В то время как позиция критиков обосновывается недостатками интеллект-карт, такими как субъективность выделения ключевой идеи и последующее формирование древовидной схемы, при этом часть других ключевых понятий остается вне центрального поля зрения. К недостаткам также стоит отнести специфичность восприятия интеллект-карты для конкретного человека [9].

Цель данной статьи заключается в рассмотрении современных инновационных методов и подходов в педагогической практике преподавателя фундаментальной дисциплины "Биохимия" медицинского университета и выявлении на этой основе степени влияния ментальных карт на формирование профессиональных компетенций обучающихся.

Дизайн проведенного педагогического исследования включал следующие этапы:

· анализ публикаций по педагогике и психологии в базах данных Scopus, Web of Science и РИНЦ по ключевым словам "высшее медицинское образование", "ассоциативное мышление", "ментальные карты", "фундаментальные дисциплины", "компетенции", "компетентностный подход", "качество образования";

· анализ существующего педагогического опыта применения ментальных карт в вузе;

· изучение классификации видов ментальных карт (классические, цифровые, сюжетные, оценочные) применительно к решению педагогических задач.

Методология исследования

Современный педагогический дизайн в высшей медицинской школе ориентирован на поиск методов, которые пре­образуют пассивное усвоение информации в активную мыслительную деятельность. Центральное место в таком подходе занимает технология радиантного мышления - ассоциативный способ обработки данных, при котором идеи расходятся от центра к периферии [10]. Практическим воплощением этого метода становятся ментальные карты (интеллект-карты): графические схемы, где знания выстраиваются вокруг ключевого понятия через иерархию, разно­образные цвета и визуальные изображения.

Главное преимущество радиантного мышления - одновременная работа обоих полушарий мозга: левого (логика, цифры, слова) и правого (цвета, ритм, пространство). В обучении это преодолевает разрозненность знаний, характерную для традиционных линейных записей. Ментальные карты не просто отображают ключевые термины, а создают системные взаимосвязи между понятиями, что особенно важно при изучении таких дисциплин, как биохимия. Визуализация учебного материала посредством радиантного мышления улучшает запоминание и обеспечивает долгосрочные знания [11].

В медицинском образовании внедрение этих технологий оправдано необходимостью формировать клиническое мышление уже на ранних этапах обучения. Умение видеть целостную картину болезни, связывая биохимические показатели с клиническими симптомами, напрямую зависит от способности строить ассоциативные смысловые сети. Следовательно, радиантное мышление становится важным подходом, обеспечивающим переход от классического обучения к творческому.

Выбор анкетирования студентов-медиков как основного эмпирического метода обусловлен следующими преимуществами: во-первых, именно обучающиеся являются непосредственными участниками учебного процесса, и их субъективная оценка эффективности методов служит важным критерием педагогического процесса; во-вторых, анкетирование позволяет выявить большую репрезентативную выборку и получить количественные данные для статистического анализа (например, корреляции между отношением к методу и успеваемостью); в-третьих, анонимность опроса обеспечивает честность ответов, помогая выявить наибольшие трудности у студентов при обучении в медицинском университете.

С целью выявления критериев оценки образовательных результатов на основе применения ментальных карт и их реального использования в учебном процессе по биохимии были запланированы следующие этапы:

· выявление критериев составления и оценки ментальных карт как эффективного способа запоминания и повторения биохимических закономерностей по изученной теме;

· выявление критериев оценивания статического и динамического понятийного аппарата биохимии на основе ментальных карт;

· апробация предложенных средств оценивания владения теоретическим материалом у студентов-медиков с использованием разработанных материалов;

· опрос студентов на основе разработанной анкеты;

· анализ и интерпретация результатов исследования.

В проведенном исследовании использовали такие методы научного познания, как обобщение, классификация, сравнение, анализ и синтез, а также социологический метод (анкетирование студентов), контент-анализ полученных результатов анкетирования, методы статистического анализа. Предлагаемая анкета включала 6 вопросов с вариантами ответов. Анкетирование проводили в осеннем семестре 2024/25 учебного года. На вопросы анкеты ответили 55 студентов II курса лечебного и педиатрического факультетов.

Результаты

Рассмотрим более подробно применение ментальных карт как метода визуализационного восприятия при освоении дисциплины "Биохимия". Стоит отметить, что фундаментальные дисциплины в медицинском образовании составляют основу образовательной программы первых трех лет и являются базовыми для профессионального роста будущего врача. Освоение фундаментальных дисциплин базируется на основе единства сущностных и познавательных аспектов учебной программы, формируя глубокие знания в области клинической медицины.

В ФГБОУ ВО КрасГМУ им. проф. В.Ф. Войно‑Ясенецкого Минздрава России (далее - КрасГМУ) на освоение дисциплины "Биохимия" в учебном плане студентов, обучающихся по специальностям "Лечебное дело" и "Педиатрия", отводится 176 ч, общая трудоемкость дисциплины составляет 324 ч, что соответствует 9 зачетным единицам. В КрасГМУ студенты осваивают "Биохимию" в III и IV семестрах, форма итогового контроля - экзамен. В соответствии с учебным планом на долю интерактивной формы приходится 8 аудиторных часов.

При освоении обучающимися дисциплины "Биохимия" формируются следующие общепрофессиональные (ОПК) компетенции:

ОПК 1 - готовность решать стандартные задачи профессиональной деятельности с использованием информационных, библиографических ресурсов, медико-биологической терминологии, информационно-коммуникационных технологий и учетом основных требований информационной безопасности;

ОПК 5 - готовность к использованию основных физико-химических, математических и иных естественно-научных понятий и методов при решении профессиональных задач.

Нет сомнений в том, что взаимосвязь биохимических процессов в организме человека способствует формированию клинического мышления обучающихся и является источником важной диагностической информации в лечении конкретных заболеваний [12]. В связи с этим представляет научно-теоретический интерес использование ментальных карт в учебном процессе в медицинском университете.

Организация внеаудиторной работы студентов, включающая составление ментальных карт, позволяет выявить наиболее сложные вопросы учебной программы и, таким образом, кардинально изменить стиль взаимодействия преподавателя и обучающегося. В качестве примера представляется целесообразным рассмотреть 2 ментальные карты по темам "Углеводный обмен" и "Липидный обмен". Ведь известно, что нарушение углеводного обмена тесно связано с нарушением липидного обмена и представляет собой симптомокомплекс, проявляющийся инсулинорезистентностью, гипергликемией, дислипидемией и артериальной гипертензией. Причиной развития такого состояния может быть генетическая предрасположенность или дисбаланс питательных веществ в рационе человека.

На рис. 1 показана ментальная карта с метаболическими путями углеводного обмена, направленными на поддержание постоянной концентрации глюкозы. Поддержание гомеостаза глюкозы обеспечивает функционирование печени, жировой и мышечной ткани, а также действие гормонов.

На рис. 2 продемонстрирована ментальная карта с основными метаболическими путями липидного обмена и отображается его ключевая роль в жизненно важных процессах организма. Такие базовые показатели липидного обмена, как концентрация холестерина или кетоновых тел в сыворотке крови, отражают согласованность протекания определенных биохимических реакций и играют значимую роль в медицинской практике врача-клинициста. Изменения липидного обмена часто ассоциируются с эндокринно-метаболическими изменениями, в том числе с содержанием фракций липопротеинов.

Представленные ментальные карты по дисциплине "Биохимия" можно использовать в качестве методического материала для подготовки студентов к контрольной работе, зачету или экзамену. С точки зрения структуры они обладают достаточной степенью наглядности, структурированностью, отражают логические и ассоциативные закономерности, показывают прямые и обратные связи в рамках пройденной темы.

Анализ работ по составлению ментальных карт позволил нам выявить параметры, важные для составления ментальных карт как способа повторения молекулярных механизмов превращения молекул и их регуляции:

· использование наиболее важных терминов при составлении ментальной карты;

· соблюдение логических связей в рамках определенной темы;

· использование различных способов визуализации теоретической информации;

· умение последовательно представить информацию о пройденной теме.

· Используя разработанные параметры для педагогического исследования, были сформулированы критерии оценки ментальных карт, представленные в виде оценочной шкалы для обучающихся:

· использование в ментальной карте не менее 30 понятий определенной темы;

· воспроизведение формул основных метаболитов, а также биохимических показателей определяемых метаболитов (глюкозы, холестерина, кетоновых тел);

· использование средств визуального выделения информации (разный цвет, формулы, стрелки, картинки);

· использование последовательного принципа структурирования биохимических процессов и связей между ними;

· использование как минимум двух уровней организации теоретического материала (центральный термин - первый уровень, второстепенный термин - второй уровень).

Обсуждение

Первый вопрос анкеты формулировался таким образом: "Приходилось ли вам составлять ментальные карты в образовательном процессе?" Результаты анкетирования представлены на рис. 3.

Большинство студентов (70,9%) знакомы с составлением ментальных карт. Это говорит о распространенности этой методики среди обучающихся в образовательном процессе и возможности включения этого подхода в традиционные методы обучения.

Второй вопрос анкеты представлен таким образом: "Если приходилось, укажите, при освоении каких дисциплин вы использовали этот инновационный подход?" Результаты анкетирования представлены на рис. 4.

Преобладающее число (49,1%) студентов ответили, что приобрели опыт составления ментальных карт при изучении химии. Остальная часть студентов отметила, что в различных дисциплинах фундаментального характера (биология - 14,5%, физиология - 12,7%, психология - 14,5%, анатомия - 9,1%) им приходилось систематизировать свои знания в соответствии с моделью активного обучения. Это подчеркивает междисциплинарный подход и способствует развитию критического мышления в подготовке компетентных медицинских работников.

Третий вопрос анкеты изложен так: "Если вы не составляли ментальные карты, то хотелось бы вам попробовать сделать это?" Результаты анкетирования представлены на рис. 5.

По результатам анкетирования можно отметить заинтересованность студентов (54,5%) в составлении ментальных карт и возможное внедрение данного подхода в методику обучения. Сочетание традиционных форм обучения с инновационными способствует активизации познавательной деятельности и когнитивной визуализации, ассоциированной с лучшим усвоением учебного материала.

Четвертый вопрос анкеты ориентирован на личное мнение студента и звучал так: "Как вы считаете, возможно ли применение ментальных карт для изучения биохимии?". Результаты анкетирования представлены на рис. 6

Результаты анкетирования показали, что большинство студентов (58,2%) хотели бы использовать ментальные карты для изучения основных закономерностей медицинской биохимии. Целостное представление о содержании биохимических процессов, полученное с использованием ментальных карт, способствует развитию критического мышления обучающихся. Важность понимания биохимических закономерностей напрямую определяет способность студентов-медиков в дальнейшем хорошо ориентироваться в практической деятельности врача. Наглядным примером может служить знание основополагающих метаболических путей, кинетических закономерностей ферментов и молекулярных взаимодействий, что выступает основой для диагностики и лечения таких заболеваний, как сахарный диабет, атеросклероз, подагра, панкреатит.

Пятый вопрос анкеты предполагал различие тематических сценариев при изучении определенной темы. Данный вопрос формулировался таким образом: "Как вы думаете, есть ли разница в продолжительности изучения одной и той же темы с применением ментальных карт и без их использования?". Результаты анкетирования представлены на рис. 7.

58,2% анкетированных студентов считают, что продолжительность изучения определенной темы действительно есть. Интегрирующий подход при составлении ментальных карт подчеркивает высокий уровень запоминания учебного материала и понимания сложных биохимических закономерностей. Кроме того, стоит отметить взаимодополняемость методов преподавания и междисциплинарных знаний в области химии и биохимии.

Шестой вопрос анкеты был направлен на уточнение эффективности ментальных карт в учебном процессе. Вопрос представлен так: "Как вы думаете, существуют ли направления дальнейшего расширения результативности применения ментальных карт?" Результаты анкетирования представлены на рис. 8.

По результатам анкетирования большая часть (72,7%) студентов убеждена в однозначности применения ментальных карт в обучающем процессе. Действительно, такой активный метод обучения способствует эффективной коммуникации между преподавателем и студентом, повышает интерес к фундаментальным дисциплинам, развивает клиническое мышление будущих врачей.

В ходе анализа результатов анкетирования выяснилось также, что ментальные карты формировались студентами в соответствии с заданными критериями. При этом студенты достаточно хорошо ориентируются в теоретическом материале (знают формулы, ферменты, последовательность биохимических процессов, а также их регуляцию). Кроме того, студенты овладевают необходимыми компетенциями и навыками в соответствии с оценочной шкалой.

После выявления критериев оценочной шкалы по созданию ментальных карт мы провели 2 занятия по биохимии: занятие-семинар и контрольную работу. Критерием формирования групп послужил выбранный студентами метод подготовки. В экспериментальную группу включили студентов, добровольно использовавших ментальные карты (n=30), а в контрольную группу (n=30) - студентов, использовавшие традиционные методы подготовки (конспектирование лекций, чтение учебной литературы). Таким образом, исследователи не влияли на выбор способа подготовки. Для проверки эквивалентности групп до начала эксперимента мы провели сравнение по двум показателям: средний балл успеваемости за предыдущий семестр (до эксперимента) и результаты предварительного тестирования по изученной теме (табл. 1). Результаты сравнения представлены с применением t-критерия Стьюдента для независимых выборок.

Мы получили следующие данные. Средний балл за предыдущий семестр: экспериментальная группа (ментальные карты) - 4,2±0,3; контрольная группа (традиционное обучение) - 4,1±0,4; t (58)=0,84; p=0,4. Результаты по предварительному тестированию: экспериментальная группа (ментальные карты) - 65±10%; контрольная группа (традиционное обучение) - 63±11%; t (58)=0,73; p=0,47.

Таким образом, статистически значимых различий между группами на исходном этапе не обнаружено, что позволяет считать группы сопоставимыми. Тем не менее в силу квазиэкспериментального дизайна возможность влияния неучтенных факторов (например, мотивации) полностью не исключается.

Результаты академической успеваемости студентов представлены в табл. 1.

Результаты t-критерия Стьюдента для независимых выборок показали статистически значимые различия между группами t=6,84 (p<0,00023). Академическая успеваемость у студентов экспериментальной группы, использовавших ментальные карты, показала достоверно более высокие результаты 82,4±8,2%, чем у студентов контрольной группы, обучавшиеся традиционно, 69,8±9,5%. Результаты, представленные в табл. 1, показывают, что использование ментальных карт в обучении студентов способствует повышению академической успеваемости на 12,6% (p<0,0001) и может рассматриваться как средство эффективного применения этой технологии.

В табл. 2 представлены результаты контрольного тестирования студентов.

Результаты, представленные в табл. 2, показывают, что контрольное тестирование выявило статистически значимые различия между группами в пользу экспериментальной группы (85,0±7,5 балла против 64,0±9,0; t (58)=9,24; p<0,0001). Полученные результаты подтверждают, что использование ментальных карт ассоциируется с более высоким уровнем усвоения учебного материала по сравнению с традиционными методами обучения.

Как видно из табл. 1 и 2, использование ментальных карт сопровождается более высокими результатами как в текущей академической успеваемости, так и в контрольном тестировании. При этом во втором случае разница между группами выражена сильнее, что может указывать на накопленный эффект применения технологии.

Кроме того, было интересно оценить временные затраты на подготовку к занятию у студентов-медиков (табл. 3).

Анализ временных затрат и академической успеваемости показал, что использование ментальных карт сопровождается статистически значимым сокращением времени подготовки (30±4 мин против 60±5 мин; t (58)=25,3; p<0,0001) и одновременно значимым повышением среднего балла (82,4±7,5 против 65,0±9,5; t (58)=7,8; p<0,0001) по сравнению с традиционными конспектами.

В контексте клинического мышления ментальные карты могут способствовать визуализации связи между симптомами и потенциальными этиологическими факторами, выстраивать дифференциально-диагностические данные, а также интегрировать патофизиологические механизмы с клиническими проявлениями. Ведь формирование клинического мышления будущего врача - это не только приобретенные знания, но и способность к структурированию сложных междисциплинарных связей между симптомами, патогенезом и методами лечения. Использование ментальных карт в образовательном процессе может системно визуализировать диагностический поиск, превращая массив информации в упорядоченную логическую схему, что с высокой вероятностью будет способствовать более глубокому усвоению материала и грамотному подходу в постановке диагноза.

Заключение

Апробация представленного педагогического подхода к изучению отдельных разделов биохимии у студентов медицинского университета на основе составления ментальных карт показала, что в обучении фундаментальным дисциплинам допустимо использовать особый вид биохимической ментальной карты. При этом принципы составления и критерии оценивания ментальных карт являются обязательными в технике их формирования. Предложенные в проведенном исследовании принципы и критерии составления ментальных карт являются методически удобными, практически эффективными и достаточно наглядными с точки зрения образовательного процесса. Это позволяет осуществлять профессиональную оценку качества и уровня знаний обучающихся, а также успешно интегрировать фундаментальные знания с клинической практикой, выстраивать диагностические гипотезы.

Изложенные принципы и критерии разработки ментальных карт, оценочные листы могут быть эффективны в изучении других клинических дисциплин в рамках получения высшего медицинского образования. Следовательно, можно предполагать, что ментальные карты представляют значительный потенциал для развития высшего медицинского образования. Использование ментальных карт обладает дополнительным потенциалом профессионального становления врача, особенно в условиях современных информационных технологий и интерактивных методов взаимодействия с пациентом.

All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)