基于“數(shù)字人”的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在正常人體學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐

王新艷，呂葉輝，王從榮，姚 磊，李志宏

（上海健康醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，上海 201318）

正常人體學(xué)是研究正常人體形態(tài)結(jié)構(gòu)及生命發(fā)展規(guī)律的科學(xué)，是醫(yī)學(xué)及醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生必修的重要基礎(chǔ)課程，而人體解剖結(jié)構(gòu)是學(xué)習(xí)該課程的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，大多采用圖片、器官模型和尸體等手段，由于醫(yī)學(xué)院校大量擴(kuò)招，實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備老化、標(biāo)本模型數(shù)量不足、尸源緊張等問題逐漸凸顯。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)已蔚然成風(fēng)，應(yīng)用數(shù)字虛擬技術(shù)，將大量人體斷面數(shù)據(jù)信息通過(guò)計(jì)算機(jī)整合建成人體三維立體結(jié)構(gòu)圖像，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建“數(shù)字人”解剖系統(tǒng)[1-2]。此項(xiàng)技術(shù)契合虛擬仿真教學(xué)的要求，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)解剖教學(xué)的不足，因此，我校基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院于2016年引進(jìn)“數(shù)字人”交互解剖觸控教學(xué)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱“數(shù)字人”），搭建了先進(jìn)的高清數(shù)字解剖平臺(tái)，在充分發(fā)揮平臺(tái)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)課程改革。

1 “數(shù)字人”在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用及教學(xué)研究現(xiàn)狀

“數(shù)字人”軟件包括系統(tǒng)解剖學(xué)、局部解剖學(xué)、斷層解剖學(xué)、解剖學(xué)微課和自主學(xué)習(xí)5個(gè)模塊，經(jīng)三維重建的“數(shù)字人”的每個(gè)重要解剖結(jié)構(gòu)均加注了文字說(shuō)明和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)標(biāo)注，可以通過(guò)觸屏任意旋轉(zhuǎn)方向，觀察解剖結(jié)構(gòu)，隨意放大縮小，多視角、全方位觀察。另外，該系統(tǒng)還有很多快捷方便的功能，如背景切換、標(biāo)注、分離、透明、剝離、查找、發(fā)音、隨手畫等，上課過(guò)程中教師和學(xué)生可以通過(guò)觸屏進(jìn)行講解與學(xué)習(xí)；微課和自主學(xué)習(xí)模塊可以幫助學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)?！皵?shù)字人”近年來(lái)在國(guó)內(nèi)各個(gè)醫(yī)學(xué)院校解剖學(xué)教學(xué)中得到了廣泛使用，在大量教學(xué)研究中，人們發(fā)現(xiàn)其能很好地提升教學(xué)效果。問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用“數(shù)字人”教學(xué)可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)知識(shí)吸引力，提高知識(shí)的易接受性[3-4]，通過(guò)與對(duì)照組對(duì)比發(fā)現(xiàn)，“數(shù)字人”的運(yùn)用可以明顯提高學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)，使學(xué)生對(duì)解剖位置、結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)更加深刻，部分研究還發(fā)現(xiàn)可以加深學(xué)生對(duì)器官功能的掌握。對(duì)教師的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，“數(shù)字人”可以作為很好地輔助教學(xué)工具，突破教學(xué)難點(diǎn)，更好地促進(jìn)師生互動(dòng)[5-7]。

盡管“數(shù)字人”擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，如果單純地將“數(shù)字人”作為解剖模型和標(biāo)本的替代品，實(shí)驗(yàn)課仍舊是教師在觸屏上指認(rèn)和描述解剖結(jié)構(gòu)，學(xué)生在電腦前觀察和聆聽這樣單一的形式，那么這個(gè)系統(tǒng)只是一種可以自主操控的教學(xué)課件，長(zhǎng)此以往，學(xué)生漸漸失去新鮮感，教學(xué)效果和學(xué)習(xí)興趣也難以提高。為解決這一問題，我們圍繞如何充分發(fā)掘“數(shù)字人”功能，有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果這一主題進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。

2 基于“數(shù)字人”的正常人體學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

正常人體學(xué)是一門綜合性課程，其內(nèi)容包括人體解剖結(jié)構(gòu)、組織結(jié)構(gòu)及生理功能，熟悉解剖結(jié)構(gòu)是理解生理功能的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)解剖模型一般是展示單一器官形態(tài)或者局部結(jié)構(gòu)，對(duì)于如脈管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等涉及全身的結(jié)構(gòu)，運(yùn)用模型往往很難使學(xué)生形成一個(gè)整體認(rèn)識(shí)，不能使知識(shí)體系化、完整化。利用“數(shù)字人”可以解決這一問題，每個(gè)系統(tǒng)的解剖結(jié)構(gòu)都可以由整體到局部、由局部再到整體地去觀察。為此，我們根據(jù)正常人體學(xué)課程特色和教學(xué)大綱，選出可以利用“數(shù)字人”教學(xué)的章節(jié)，包括運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、脈管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和感覺器官8個(gè)章節(jié)，然后針對(duì)每個(gè)章節(jié)的教學(xué)難點(diǎn)和重點(diǎn)，設(shè)計(jì)1～2個(gè)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目以臨床案例或者情景案例為引導(dǎo)，拋出相關(guān)問題，問題圍繞章節(jié)重要知識(shí)點(diǎn)展開，引發(fā)學(xué)生思考，并在實(shí)驗(yàn)課上結(jié)合“數(shù)字人”將所學(xué)理論知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐，解決實(shí)際問題，激發(fā)學(xué)生探索欲和學(xué)習(xí)興趣。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目適用于我校臨床醫(yī)學(xué)、護(hù)理、檢驗(yàn)、影像專業(yè)學(xué)生。

3 基于“數(shù)字人”的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)施

3.1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)正常人體學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以解剖和組織學(xué)結(jié)構(gòu)的觀察、描寫為主，缺乏創(chuàng)新性，難以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。我們以臨床問題或者情景案例為引導(dǎo)，針對(duì)不同專業(yè)設(shè)計(jì)不同臨床案例。例如，學(xué)習(xí)脈管系統(tǒng)時(shí)，針對(duì)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)設(shè)計(jì)“肺栓塞”的案例，以“下肢深靜脈血栓如何到達(dá)肺動(dòng)脈”為主要問題；針對(duì)影像專業(yè)設(shè)計(jì)“為病人進(jìn)行左冠狀動(dòng)脈造影術(shù)”的案例，以“在肱動(dòng)脈做穿刺，要經(jīng)過(guò)哪些解剖結(jié)構(gòu)才能到達(dá)左冠狀動(dòng)脈”為問題；針對(duì)護(hù)理專業(yè)設(shè)計(jì)“為闌尾炎病人進(jìn)行手背靜脈注射”的案例，以“藥物如何到達(dá)闌尾”為主要問題。課堂上學(xué)生以小組為單位，討論并綜合利用所學(xué)知識(shí)去解決臨床問題，在討論過(guò)程中利用“數(shù)字人”單獨(dú)顯示所選結(jié)構(gòu)，隱藏其他結(jié)構(gòu)的功能，并隨意拉伸和縮小，以便觀察各個(gè)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。學(xué)生自主探究，利用截圖制作課件，在課堂展示并進(jìn)行小組成果匯報(bào)。

3.2 教學(xué)實(shí)踐

我們將2017級(jí)影像專業(yè)的一個(gè)班設(shè)為實(shí)驗(yàn)組，另一個(gè)班設(shè)為對(duì)照組，對(duì)照組采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，由任課教師對(duì)解剖學(xué)模型和標(biāo)本進(jìn)行逐一講解，之后學(xué)生自學(xué)、辨認(rèn)標(biāo)本并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的填圖作業(yè)。實(shí)驗(yàn)組采用創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，具體過(guò)程如下：

（1）回顧理論：教師對(duì)本次實(shí)驗(yàn)課涉及的概念、知識(shí)點(diǎn)等進(jìn)行概括，使學(xué)生對(duì)教學(xué)重點(diǎn)有一個(gè)全面的了解。

（2）運(yùn)用“數(shù)字人”進(jìn)行案例分析：學(xué)生每7～8人分為一個(gè)小組，任課教師用臨床案例或者情景案例引出問題，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行討論，借助課本、圖譜、“數(shù)字人”自主探究并解決問題，對(duì)解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行辨認(rèn)、觀察，如問題牽涉多個(gè)系統(tǒng)，可以將不同系統(tǒng)的器官結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相結(jié)合。例如，將脈管系統(tǒng)的血管和消化系統(tǒng)某器官供血之間的關(guān)系進(jìn)行結(jié)合，利用“數(shù)字人”有目的地選擇解剖結(jié)構(gòu)，保存圖片作為參考資料。課下，學(xué)生利用這些資料制作PPT，第二次課上進(jìn)行成果匯報(bào)。

（3）學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)：教師對(duì)學(xué)生課堂表現(xiàn)、小組合作、成果展示等進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)合隨堂測(cè)驗(yàn)綜合評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

3.3 教學(xué)效果評(píng)價(jià)

（1）學(xué)生問卷調(diào)查：了解學(xué)生對(duì)各自教學(xué)方法的評(píng)價(jià)，于學(xué)期結(jié)束后發(fā)放調(diào)查問卷，包括學(xué)習(xí)興趣、知識(shí)易接受性、自主學(xué)習(xí)能力、臨床思維的建立、團(tuán)隊(duì)合作能力5方面。

（2）測(cè)試成績(jī)：包括隨堂測(cè)試和期末考試。隨堂實(shí)驗(yàn)測(cè)驗(yàn)要求學(xué)生在標(biāo)本、模型和圖片上進(jìn)行重要解剖結(jié)構(gòu)辨認(rèn)。期末考試為筆試，題型包括選擇題、簡(jiǎn)答題和論述題，內(nèi)容涉及重要器官結(jié)構(gòu)的位置、形態(tài)、功能、臨床應(yīng)用等。兩種測(cè)試成績(jī)各占50%，計(jì)算總分。

4 結(jié)果

學(xué)生問卷調(diào)查結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組96%的學(xué)生認(rèn)為基于“數(shù)字人”的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣、使難點(diǎn)知識(shí)更易理解，提高了自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)了臨床思維，增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。實(shí)驗(yàn)組期末總評(píng)成績(jī)顯著高于對(duì)照組，對(duì)于解剖結(jié)構(gòu)位置、功能的掌握情況明顯優(yōu)于對(duì)照組學(xué)生。

5 討論

利用“數(shù)字人”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)動(dòng)態(tài)顯示高清三維結(jié)構(gòu)、觸屏操控和人機(jī)互動(dòng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這種自控式和體驗(yàn)式的教學(xué)形式有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與積極性?！皵?shù)字人”可以使許多復(fù)雜結(jié)構(gòu)更直觀、抽象結(jié)構(gòu)更具體，結(jié)合以解決臨床問題的項(xiàng)目，使學(xué)生從原來(lái)的觀看教師展示模型變?yōu)橹鲃?dòng)探索研究問題，學(xué)習(xí)由被動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)，由聆聽轉(zhuǎn)變?yōu)橛懻?。一方面，促進(jìn)其主動(dòng)思考和自主學(xué)習(xí)，使其對(duì)知識(shí)的掌握從死記硬背轉(zhuǎn)變?yōu)槔斫狻?nèi)化；另一方面，可以使學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)本質(zhì)，具備初步的臨床思維能力。小組協(xié)作增強(qiáng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作及表達(dá)能力，而多樣化的考核評(píng)價(jià)體系可以避免學(xué)生考前突擊，保證學(xué)習(xí)持續(xù)高效，提高教學(xué)效果。

目前，我學(xué)院正在進(jìn)行基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)整合式教學(xué)，在總結(jié)該創(chuàng)新項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，未來(lái)可以將其與疾病學(xué)、病原微生物學(xué)和藥理學(xué)相結(jié)合，應(yīng)用于課程教學(xué)研究與改革中，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段更加豐富、高效。