《功能解剖學(xué)》教學(xué)實(shí)踐結(jié)合應(yīng)用虛擬可視化技術(shù)的探索

楊春 張業(yè)輝 郭金華 張劍凱 崔曉軍 杜以寬

《功能解剖學(xué)》是一門整合醫(yī)學(xué)，伴隨醫(yī)學(xué)教育不斷發(fā)展、完善的結(jié)果。通常把理論和方法講授作為《功能解剖學(xué)》教學(xué)方法的基礎(chǔ)，其關(guān)鍵是教會學(xué)生通過觀察和觸摸等方法來處理康復(fù)治療科的常見病，這樣可以更好地認(rèn)識機(jī)體，從而為推進(jìn)醫(yī)學(xué)理論、臨床實(shí)踐而服務(wù)，進(jìn)一步靈活應(yīng)用所學(xué)的視觸動量于臨床常見病，強(qiáng)化學(xué)生對知識的理解。3D仿真重建、虛擬可視化動態(tài)互動式解剖學(xué)軟件等是結(jié)合傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)與現(xiàn)代高科技技術(shù)的產(chǎn)物，其廣泛應(yīng)用可推進(jìn)教學(xué)方法的創(chuàng)新與教學(xué)模式的改革。運(yùn)用3D仿真重建、虛擬可視化等人體解剖學(xué)軟件于《功能解剖學(xué)》授課中，不僅可以豐富教師的教學(xué)形式內(nèi)容，還提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1 《功能解剖學(xué)》與數(shù)字化虛擬可視化技術(shù)

通常將兩種或兩種以上學(xué)科內(nèi)容融合為一個(gè)整體稱之為整合課程，通過整合來實(shí)現(xiàn)學(xué)科知識之間的融通，可進(jìn)一步提升課程綜合應(yīng)用能力。當(dāng)前課程改革的主要途徑是課程整合及教學(xué)手段多樣化的運(yùn)用，人體結(jié)構(gòu)功能學(xué)課程是醫(yī)學(xué)教學(xué)改革過程中出現(xiàn)的一門較為經(jīng)典的整合課程，通過運(yùn)用3D仿真重建、虛擬可視化等人體解剖學(xué)軟件既可以豐富此門課程的教學(xué)形式、內(nèi)容，又可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而為加強(qiáng)教學(xué)效果奠定了基礎(chǔ)[1]。

《功能解剖學(xué)》是人體解剖學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，是在系統(tǒng)解剖學(xué)的基礎(chǔ)上，側(cè)重于研究人體某一局部的層次結(jié)構(gòu)以及血管、神經(jīng)、肌肉和器官之間的位置和毗鄰關(guān)系[2]。本課程是醫(yī)學(xué)生在學(xué)習(xí)外科學(xué)、康復(fù)治療學(xué)等課程之前必須要學(xué)習(xí)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，是聯(lián)系基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)的橋梁課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生對人體局部的層次結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和各器官、血管、神經(jīng)之間的位置及毗鄰關(guān)系的認(rèn)識能力，為臨床學(xué)習(xí)運(yùn)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

解剖學(xué)學(xué)習(xí)的一個(gè)重要原則即為掌握概念和名詞，但往往由于人體組織結(jié)構(gòu)多、名詞概念多，導(dǎo)致學(xué)生記憶理解困難。同時(shí)，傳統(tǒng)解剖學(xué)課堂教學(xué)形式單一，學(xué)生被動接受知識，內(nèi)容枯燥且乏味，同時(shí)缺乏互動性，因此學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、興趣都不高，嚴(yán)重降低教學(xué)效果。以上原因是當(dāng)前大多數(shù)的醫(yī)學(xué)初學(xué)者認(rèn)為解剖學(xué)的“難學(xué)”“難記”等的重要原因之一。隨著科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，多媒體技術(shù)也廣泛應(yīng)用于解剖學(xué)教學(xué)，通過運(yùn)用多種軟件，可進(jìn)行文字、圖片、聲音、動畫和視頻等多種信息的編輯，通過幻燈片放映等更直觀的方式向?qū)W生傳遞知識信息，從而將枯燥乏味的內(nèi)容形象化、具體化，在極大的程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)單純講授的不足[3]。但課堂教學(xué)中依然存在圖片、動畫和視頻等等不能解決的立體感缺乏等問題。人體結(jié)構(gòu)是三維的、立體的，在學(xué)習(xí)人體器官結(jié)構(gòu)、層次形態(tài)以及相互間的位置、毗鄰關(guān)系均需要極強(qiáng)的立體感。傳統(tǒng)的解剖教學(xué)過程中要求引導(dǎo)學(xué)生通過抽象的平面及斷層圖形等來構(gòu)想各個(gè)層次、器官之間的立體結(jié)構(gòu)和位置以及毗鄰等空間的關(guān)系，往往事倍功半，師生都費(fèi)神費(fèi)力。因此當(dāng)前的傳統(tǒng)模式教學(xué)已不能滿足教學(xué)的需要，這就要求教師有所變革，通過在教學(xué)中的不斷尋找、更新教學(xué)方法、手段，進(jìn)而提高解剖的教學(xué)質(zhì)量，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和興趣[4]。

由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類社會的數(shù)字化時(shí)代已經(jīng)來臨，數(shù)字化技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育中得以廣泛應(yīng)用[5-6]。目前以人體的計(jì)算機(jī)斷層掃描/磁共振掃描（CT/MRI）數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用三維重建技術(shù)重建人體的主要器官和所有系統(tǒng)，整合成一個(gè)完整的數(shù)字化標(biāo)本，已是可視化人體解剖學(xué)軟件的技術(shù)支撐，從而形成了高精度的三維動態(tài)互動式學(xué)習(xí)軟件APP，如3D body等。上海橋媒信息科技有限公司為師生免費(fèi)提供的3D body APP軟件，使用時(shí)無需網(wǎng)絡(luò)連接即可使用。它不是傳統(tǒng)圖片的拼接，而是完全基于三維數(shù)字模型的重建，人體標(biāo)本可于360°內(nèi)任意角度旋轉(zhuǎn)，高度立體、直觀。APP還可以將單個(gè)想要觀察的結(jié)構(gòu)獨(dú)立展示，軟件中提供有5 000多個(gè)解剖結(jié)構(gòu)，而且任何的結(jié)構(gòu)均可通過顯示、隱藏、透明等操作顯示，同時(shí)可以隨意的放大、縮小和平移，隨時(shí)高度清晰、立體地展現(xiàn)所需視角，從而實(shí)現(xiàn)近距離觀察細(xì)節(jié)。用指觸劃每處結(jié)構(gòu)，都會自動顯示出該結(jié)構(gòu)的名稱，而且都配有中英文對照及詳細(xì)的文字注釋，或圖片、動畫等說明，而想要查看的結(jié)構(gòu)也均可快速找到，便于學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)[7]。課堂上，利用每位學(xué)生隨身攜帶的智能手機(jī)打開APP即可教學(xué)，操作簡單，應(yīng)用方便靈活，且無需電腦、平板等專門設(shè)備，節(jié)約教學(xué)成本。手機(jī)3D bodyAPP為師生提供了極大的便利。

如前所述，目前多媒體教學(xué)依然存在圖片、動畫和視頻等二維平面結(jié)構(gòu)，不能形象直觀地展示立體層次和位置、毗鄰等空間關(guān)系。對醫(yī)學(xué)初學(xué)者而言，很難通過利用抽象的思維，來建立起各器官、系統(tǒng)之間的立體層次以及空間結(jié)構(gòu)。而各類3D仿真重建、虛擬可視化的動態(tài)互動學(xué)習(xí)式APP軟件，可在教學(xué)時(shí)更清楚地展示各系統(tǒng)、器官和組織的位置以及毗鄰關(guān)系，從而有助于在理論學(xué)習(xí)時(shí)的醫(yī)學(xué)初學(xué)者及時(shí)理解掌握人體的結(jié)構(gòu)，再進(jìn)一步的結(jié)合實(shí)體標(biāo)本操作觀察，來提高學(xué)習(xí)的效率，減少了資源浪費(fèi)[8]。三維數(shù)字化模型的可視化動態(tài)互動式教學(xué)與傳統(tǒng)功能解剖學(xué)教學(xué)兩者結(jié)合，旨在獲得學(xué)習(xí)效率和教學(xué)成效的最大化。

2 虛擬可視化軟件教學(xué)在《功能解剖學(xué)》中的應(yīng)用

2.1 3D可視化解剖學(xué)軟件在《功能解剖學(xué)》理論課中的應(yīng)用

《功能解剖學(xué)》教學(xué)內(nèi)容相對繁多，而傳統(tǒng)教學(xué)手段、方法已經(jīng)很難滿足目前教學(xué)的需要。掌握正常的人體結(jié)構(gòu)是本門課程的重要內(nèi)容，要求對器官、系統(tǒng)以及立體層次的形態(tài)和位置、毗鄰等的空間關(guān)系準(zhǔn)確深入的記憶、理解，這將直接影響其對功能的理解[9]。而醫(yī)學(xué)初學(xué)者常感到知識的抽象、晦澀、難懂。通過運(yùn)用3D仿真重建、虛擬可視化等動態(tài)互動解剖軟件，可自主設(shè)計(jì)相應(yīng)的三維模型用于課程輔助教學(xué)，教師可以在盡短的時(shí)間內(nèi)對所示結(jié)構(gòu)講述清楚，學(xué)生也能夠盡快理解相應(yīng)的結(jié)構(gòu)位置、掌握空間定位，能夠?yàn)楹罄m(xù)的功能學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[4]：如軀干肌的分步和分層概況、臂叢的組成及其位置毗鄰關(guān)系，脊神經(jīng)的毗鄰及其分支等。一方面可清楚描述組織、器官的形態(tài)與空間位置，另一方面又能明確其功能以及發(fā)病的原理，通過立體、可視化的動態(tài)互動式教學(xué)提高了學(xué)生的樂趣，極好地調(diào)動其學(xué)習(xí)積極性，不僅能直觀清晰展示各器官、層次的形態(tài)與空間結(jié)構(gòu)、毗鄰，又可進(jìn)一步闡述其功能及發(fā)病機(jī)制[10]。

2.2 3D可視化解剖學(xué)軟件在《功能解剖學(xué)》實(shí)驗(yàn)課中的應(yīng)用

課程整合后，會減少《功能解剖學(xué)》的實(shí)驗(yàn)課時(shí)。《人體解剖學(xué)》課程是《功能解剖學(xué)》的基礎(chǔ)，在教學(xué)中占有很大的比重。作為理論課的補(bǔ)充，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)課上通過觀察、操作人體標(biāo)本，進(jìn)一步完善對各器官、各系統(tǒng)的立體層次的形態(tài)學(xué)認(rèn)識以及位置、毗鄰等空間結(jié)構(gòu)關(guān)系的理解。整合課程前因?qū)嶒?yàn)課的學(xué)時(shí)較多，故有較充足的時(shí)間學(xué)習(xí)，課上可基本完成對知識的掌握。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式是學(xué)生先自主的觀察實(shí)驗(yàn)標(biāo)本，而后再由教師統(tǒng)一講解；隨后學(xué)生再更有針對性地自主觀察，教師則通過巡視實(shí)驗(yàn)室來答疑。整合課程以后的學(xué)時(shí)數(shù)不能滿足以上這種模式的教學(xué)需求，學(xué)生需要更加充分地利用課余的時(shí)間來學(xué)習(xí)，但這樣的操作往往會受到不同標(biāo)本實(shí)驗(yàn)室條件的限制，通過運(yùn)用3D仿真重建、虛擬可視化等解剖軟件可以在很大程度上解決這一矛盾[11]。此類人體解剖學(xué)學(xué)習(xí)軟件是基于智能操作，學(xué)生不僅可單獨(dú)的某個(gè)器官、局部的三維形態(tài)、空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，還能夠?qū)馄什僮鞯倪^程進(jìn)行模擬。教師通過簡單介紹軟件以后，學(xué)生便可在課余登錄學(xué)校局域網(wǎng)進(jìn)行操作，甚至無需網(wǎng)絡(luò)連接也可進(jìn)行操作，這樣可以有針對性地強(qiáng)化學(xué)生自己知識薄弱的環(huán)節(jié)。通過有效的進(jìn)行人機(jī)交互，學(xué)生不僅可以解決學(xué)習(xí)中遇到的問題，還能提高其探索、解決學(xué)習(xí)中的問題的能力。在尸源標(biāo)本短缺已成為限制國內(nèi)外人體解剖學(xué)教學(xué)發(fā)展的瓶頸的情況下，三維立體、虛擬可視化動態(tài)互動式人體解剖學(xué)軟件應(yīng)用到非醫(yī)學(xué)主干類專業(yè)的教學(xué)中，不僅可在一定程度上節(jié)約教學(xué)標(biāo)本，而且還可提升教學(xué)效果[12]。

在醫(yī)學(xué)本科教育階段，在功能解剖學(xué)教學(xué)過程中引入數(shù)字化教學(xué)，探索3D仿真重建、虛擬可視化軟件在功能解剖學(xué)教學(xué)中的作用，符合現(xiàn)有的課程設(shè)置和學(xué)生需求，且與建設(shè)特色專業(yè)，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的教學(xué)理念一致?，F(xiàn)代高新科技的發(fā)展，推動了教師教學(xué)方法變革，唯有不斷的發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造新的教學(xué)手段及方法，才能夠充分的調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，最終獲取滿意的教學(xué)效果[13]。