解剖學(xué)的數(shù)字化教學(xué)方法研究

胡亨伍 李松濤

摘要：解剖學(xué)是一門醫(yī)學(xué)生必修科目。分析其傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)用具的不足，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立解剖學(xué)的數(shù)字化教學(xué)環(huán)境，將數(shù)字化教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，改善教學(xué)條件，使醫(yī)學(xué)生能夠?qū)崟r(shí)、多維、交互地學(xué)習(xí)解剖學(xué)知識(shí)，鍛煉技能。

關(guān)鍵詞：解剖學(xué) ； 數(shù)字化 ； 教學(xué)系統(tǒng)； 教學(xué)方法

中圖分類號：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：2095-2163（2015）05-

The Innovation on Digital Teaching Method of Anatomy

HU Hengwu LI Songtao

（School of Information Engineering， Guangdong Medical college ， Dongguan Guangdong 523808 ， China）

Abstract： Anatomy is a compulsory course for medical students. According to the analysis of the existing problems in traditional teaching and the shortage of experimental teaching equipment， the paper establishes an digital teaching environment of anatomy by computer technology， which could provide for students the experiments real-timely， multi-dimensionally and interactively through the combination of digital teaching and traditional teaching method. The given fruits could easily train the skills.

Keywords：Anatomy ； Digitalization ； Teaching System ； Teaching Method

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為支撐的數(shù)字智能控制已經(jīng)滲透到現(xiàn)代醫(yī)療的各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)展成為新的數(shù)字醫(yī)療，促使醫(yī)療技術(shù)向?qū)I(yè)化、精準(zhǔn)化、微創(chuàng)化和遠(yuǎn)程化方面快速發(fā)展[1-2]，導(dǎo)致傳統(tǒng)教學(xué)模式與數(shù)字醫(yī)療現(xiàn)實(shí)脫節(jié)，在校醫(yī)學(xué)生與當(dāng)前應(yīng)用實(shí)際脫軌?；诖?，如何在實(shí)物標(biāo)本不足[3]的情況下，通過探索其他途徑和方法來改善傳統(tǒng)教學(xué)模式，滿足醫(yī)學(xué)院校培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的相應(yīng)需求，即已成為時(shí)下的焦點(diǎn)研究課題。為此，采用數(shù)字化技術(shù)對解剖學(xué)的傳統(tǒng)教學(xué)方式進(jìn)行改革，也就是通過數(shù)字化教學(xué)為學(xué)生提供實(shí)時(shí)、交互、多維的解剖學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境，醫(yī)學(xué)生不再受任何時(shí)間、地點(diǎn)所限地開展學(xué)習(xí)和實(shí)踐訓(xùn)練，這就勢將使得解剖學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)模式中的問題現(xiàn)狀獲得圓滿解決，同時(shí)強(qiáng)勢促進(jìn)理想教學(xué)目標(biāo)的全面達(dá)成。下面即對這一研究實(shí)現(xiàn)展開全面論述。

1 解剖學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問題

一直以來解剖學(xué)都是采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，教學(xué)方法停留在“看”與“摸”的層面上。醫(yī)學(xué)生往往是被動(dòng)地接受專業(yè)老師的“填注式”[4]教學(xué)方式教授，即通過教師講授和“看”教學(xué)模具的方式學(xué)習(xí)知識(shí)。由于教學(xué)進(jìn)度安排所致，每個(gè)章節(jié)要指定學(xué)時(shí)來完成講授，在這個(gè)過程中，講課形式單一、學(xué)生參與度低，都是老師用教學(xué)模具實(shí)施講解，學(xué)生只能努力“看”和“聽”而未能將實(shí)踐操作與理論密切聯(lián)系，致使所講內(nèi)容對學(xué)生來說是抽象、晦澀又枯燥的文字堆疊。而在實(shí)踐操作時(shí)卻又由于理論講授時(shí)有些內(nèi)容本來疏于理解，或因即時(shí)記憶而涉及遺忘，因此就很難使“看”、“聽”的與“摸”實(shí)物標(biāo)本建立生動(dòng)、統(tǒng)一聯(lián)系，從而在一定程度上影響了教學(xué)實(shí)踐效果。

隨著多媒體技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，解剖學(xué)也概莫能外，既可將多媒體技術(shù)用于理論教學(xué)，也可以用于實(shí)踐操作教學(xué)。在整個(gè)教學(xué)周期中都可以進(jìn)行多媒體標(biāo)本示教，利用二維的畫面直觀展示出組織器官解剖結(jié)構(gòu)，同時(shí)附以傳統(tǒng)的講解。這一聯(lián)合模式實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢互補(bǔ)，取長補(bǔ)短，從而提升了教與學(xué)的活躍性。但是，仍需看到，通過多媒體可將標(biāo)本的組織器官結(jié)構(gòu)真實(shí)、清晰地顯示出來，教師再利用標(biāo)本講解，卻只是豐富了“看”的內(nèi)容，學(xué)生依然無法在講解的同時(shí)進(jìn)行實(shí)踐操作，實(shí)現(xiàn)無縫連接，強(qiáng)化學(xué)生所學(xué)。另外一點(diǎn)則是采用實(shí)物標(biāo)本進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，現(xiàn)階段實(shí)物標(biāo)本卻仍處于緊缺狀態(tài)，難以滿足醫(yī)學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)需求。

2 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

針對解剖學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)中的如上情境問題，研究分析可知，即需利用數(shù)字化技術(shù)改進(jìn)教學(xué)方法，建立一個(gè)解剖學(xué)的數(shù)字化教學(xué)環(huán)境。這樣的一個(gè)數(shù)字化教學(xué)環(huán)境主要依托數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的出現(xiàn)和形成。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)建包括用于理論教學(xué)的講授環(huán)境、實(shí)踐操作的訓(xùn)練環(huán)境及輔助管理環(huán)境，需要將已有的解剖實(shí)驗(yàn)室和計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室改造成數(shù)字化綜合實(shí)驗(yàn)室。通過購買大數(shù)據(jù)、高負(fù)載服務(wù)器處置學(xué)生計(jì)算機(jī)端發(fā)送的請求，并升級學(xué)生計(jì)算機(jī)，使其具有高性能運(yùn)行速度、數(shù)據(jù)處理能力和專業(yè)級圖形圖像處理顯卡等，由服務(wù)器和計(jì)算機(jī)構(gòu)成離散的圖形圖像數(shù)據(jù)處理場地，為數(shù)字化教學(xué)提供硬件環(huán)境；數(shù)字人體[5]和仿真手術(shù)刀[6]已有高校和公司構(gòu)建完成，在其基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)有數(shù)字化教學(xué)系統(tǒng)軟件，為數(shù)字化教學(xué)提供基礎(chǔ)環(huán)境，同時(shí)更要在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)教學(xué)管理工具對醫(yī)學(xué)生操作訓(xùn)練進(jìn)行管理，保證教學(xué)的效果；建立虛擬標(biāo)本考核模塊，依據(jù)教學(xué)進(jìn)度安排虛擬標(biāo)本考試，及時(shí)考察學(xué)生所學(xué)內(nèi)容。

數(shù)字化教學(xué)系統(tǒng)如圖1所示，包括數(shù)字人體、虛擬手術(shù)刀、三維重建系統(tǒng)、虛擬標(biāo)本考核系統(tǒng)、教學(xué)管理工具五大部分和擴(kuò)展功能。其中，數(shù)字人體包含了人體所有的組織器官結(jié)構(gòu)，醫(yī)學(xué)生可以全面地了解人體結(jié)構(gòu)，在其上模擬人體生命循環(huán)，而且這一部分也是數(shù)字化教學(xué)系統(tǒng)的核心部件；虛擬手術(shù)刀由帶力反饋裝置的仿真手術(shù)刀和數(shù)字化的手術(shù)刀組成，用仿真手術(shù)刀控制數(shù)字手術(shù)刀進(jìn)行組織器官解剖，產(chǎn)生碰撞、變形等數(shù)據(jù)信息，其后將由三維重建系統(tǒng)進(jìn)行重建、并獲得解剖結(jié)果；三維重建系統(tǒng)主要采用繪制算法對虛擬手術(shù)刀產(chǎn)生的碰撞、變形等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行三維重建，也可以對醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生的圖形圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行立體重建，旨在實(shí)現(xiàn)多維度、多層次觀察；虛擬標(biāo)本考核系統(tǒng)主要通過三維重建系統(tǒng)生成虛擬標(biāo)本，用虛擬手術(shù)刀進(jìn)行實(shí)踐操作，為醫(yī)學(xué)生提供訓(xùn)練和考核所用；教學(xué)管理工具主要是對教學(xué)進(jìn)度、解剖訓(xùn)練、階段考核、教學(xué)資源、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室開放情況等執(zhí)行和實(shí)施管理。綜上所述，整個(gè)系統(tǒng)的核心是數(shù)字人體、虛擬手術(shù)刀和三維重建，可為醫(yī)學(xué)生構(gòu)建了數(shù)字化、可視化的解剖標(biāo)本，而醫(yī)學(xué)生則可以充分利用系統(tǒng)達(dá)到學(xué)習(xí)解剖課程和鍛煉技能的目的。

系統(tǒng)軟件在Windows操作環(huán)境下采用C#、OpenGL、 VTK和Openhaptic開發(fā)實(shí)現(xiàn)，并為使用者設(shè)計(jì)了B/S模式的用戶界面，使其與日常用計(jì)算機(jī)習(xí)慣相一致。該系統(tǒng)軟件界面是標(biāo)準(zhǔn)式的菜單操作選項(xiàng)，一般包括“文件”、“數(shù)字人體”、“虛擬手術(shù)刀”、“三維重建”、“教學(xué)管理工具”、“擴(kuò)展”和“幫助”等。

3 數(shù)字化教學(xué)模式

在此基礎(chǔ)上，首先可以通過數(shù)字化教學(xué)環(huán)境改善傳統(tǒng)教學(xué)模式。傳統(tǒng)教學(xué)一般包括教學(xué)用具、多媒體、實(shí)物標(biāo)本等，用“看”、“聽”和“摸”的手段教授解剖學(xué)知識(shí)。但教學(xué)用具、實(shí)物標(biāo)本和多媒體展現(xiàn)的都是單獨(dú)、分立的，不能揭示人體的多維層次結(jié)構(gòu)，另外也沒有充分的實(shí)物標(biāo)本來保障實(shí)踐操作訓(xùn)練，理論指導(dǎo)對技能訓(xùn)練仍未臻至一體或滿意。數(shù)字化教學(xué)系統(tǒng)可以建立實(shí)時(shí)、交互、多維的數(shù)字人或虛擬標(biāo)本，醫(yī)學(xué)生可以反復(fù)觀察人體結(jié)構(gòu)及其解剖關(guān)系，并通過仿真手術(shù)刀對感興趣的組織器官進(jìn)行解剖。這就突破了傳統(tǒng)教學(xué)條件的限制，完成了理論知識(shí)與實(shí)踐操作的實(shí)時(shí)連接，強(qiáng)化了知識(shí)理解程度，使難學(xué)、難懂的科目也充滿了系列美圖，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)樂趣。

其次，將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室和數(shù)字化教學(xué)系統(tǒng)開放。醫(yī)學(xué)生可以自由選擇時(shí)間到數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，又或者通過個(gè)人計(jì)算機(jī)登錄WEB進(jìn)入數(shù)字化教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，醫(yī)學(xué)生還可通過管理工具中的微信、QQ語音、留言、電子郵件等多種方式給老師發(fā)送信息，老師通過教師端回復(fù)問題，方便了學(xué)生與老師溝通。用上述方式達(dá)到了以學(xué)生為中心的教學(xué)目標(biāo)，學(xué)生成了教學(xué)的核心，所有教學(xué)資源都是學(xué)生以其學(xué)習(xí)目的為軸心發(fā)生的特征選擇性配置，這樣就為學(xué)生提供一個(gè)廣闊、自主的學(xué)習(xí)空間。

最后，依據(jù)教學(xué)進(jìn)度通過虛擬標(biāo)本考核系統(tǒng)安排標(biāo)本考試。標(biāo)本考試是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)成效的主要手段。由于實(shí)物標(biāo)本的緊缺，縮減標(biāo)本考核內(nèi)容，嚴(yán)重阻礙了教學(xué)的推進(jìn)。在數(shù)字化教學(xué)系統(tǒng)中，醫(yī)學(xué)生可以反復(fù)使用數(shù)字人體或三維重建的組織器官，也可以反復(fù)使用虛擬手術(shù)刀解剖，進(jìn)而依據(jù)需求安排虛擬標(biāo)本考核，及時(shí)考核學(xué)生所學(xué)知識(shí)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)更加有目的性和針對性。

4 結(jié)束語

數(shù)字化教學(xué)改善了傳統(tǒng)解剖教學(xué)，緊跟當(dāng)前醫(yī)療節(jié)奏，緩解實(shí)驗(yàn)教學(xué)用具的緊缺，用多樣的數(shù)字化的教學(xué)方法拉近與解剖學(xué)的距離，促進(jìn)教學(xué)手段的改革，提高醫(yī)學(xué)院校的教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效果，尤其是對提高醫(yī)學(xué)生的實(shí)踐操作能力具有深遠(yuǎn)意義。

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