基于“數(shù)字人”的人體解剖學(xué)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)研究和實(shí)踐

張華 秦迎

[摘 要] “數(shù)字人”是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息技術(shù)與醫(yī)學(xué)學(xué)科相互整合的產(chǎn)物，它的出現(xiàn)必將對(duì)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)及醫(yī)學(xué)教育的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。通過(guò)在臨床專業(yè)三年制專科生的人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中使用數(shù)字人開(kāi)展創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，和傳統(tǒng)的人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法做對(duì)比，探索出了適合醫(yī)學(xué)生的教學(xué)方式，同時(shí)，也培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力。

[關(guān) 鍵 詞] 數(shù)字人；人體解剖學(xué)；信息化教學(xué)

[中圖分類號(hào)] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2018）18-0116-02

人體解剖學(xué)是醫(yī)學(xué)生最重要的基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程之一，隸屬于形態(tài)學(xué)，是研究人體形態(tài)的學(xué)科，其學(xué)科性質(zhì)和特點(diǎn)決定了這門(mén)學(xué)科在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教學(xué)模型及大體標(biāo)本常常扮演著重要的角色。但近十余年來(lái)，隨著我國(guó)高校招生規(guī)模不斷擴(kuò)大，教學(xué)標(biāo)本使用量不斷增加，人體解剖學(xué)教學(xué)所使用的人體標(biāo)本資源愈發(fā)緊張，標(biāo)本的嚴(yán)重缺乏影響了人體解剖學(xué)。而單純的觀察性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生缺乏參與性和創(chuàng)造性。怎樣讓醫(yī)學(xué)生學(xué)好人體解剖學(xué)，一直是解剖學(xué)教師探索的課題?！皵?shù)字人”解剖系統(tǒng)能清楚顯示人體的三維結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)、完整，表面紋理真實(shí)[1][2]。

觸摸屏的出現(xiàn)使手機(jī)、電腦的發(fā)展邁向了一個(gè)新的階段。“數(shù)字人”結(jié)合最先進(jìn)的觸摸屏技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，通過(guò)計(jì)算機(jī)三維重建術(shù)，將大量連續(xù)的人體斷面數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)整合重建成人體三維立體結(jié)構(gòu)圖像，它的出現(xiàn)可以說(shuō)是醫(yī)學(xué)與現(xiàn)代信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合發(fā)展的一個(gè)飛躍[3]。自從“數(shù)字人”出現(xiàn)以來(lái)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)界，尤其是人體形態(tài)學(xué)科。經(jīng)三維重建的數(shù)字人體可以從任意角度、任意方向上進(jìn)行觀察，使用者通過(guò)觸摸屏可以隨意旋轉(zhuǎn)、拉伸、切割圖像。數(shù)字技術(shù)對(duì)人體解剖學(xué)的教學(xué)乃至整個(gè)醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域產(chǎn)生了很大的影響[4]。

山東醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)部人體解剖學(xué)教研室引進(jìn)了目前最先進(jìn)“V5中國(guó)數(shù)字人”觸摸屏解剖系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“數(shù)字人”），運(yùn)用最先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)服務(wù)于人體解剖學(xué)教學(xué)，在教學(xué)過(guò)程中產(chǎn)生了明顯的成效。本文將對(duì)先進(jìn)的“數(shù)字人”在人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用的體會(huì)進(jìn)行簡(jiǎn)要概述。

一、“數(shù)字人”在人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

我們將2015級(jí)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)1個(gè)班級(jí)設(shè)為實(shí)驗(yàn)組，另外1個(gè)班級(jí)設(shè)為對(duì)照組，在人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)組使用“數(shù)字人”開(kāi)展教學(xué)，對(duì)照組不使用此設(shè)備。兩組教學(xué)內(nèi)容、授課教師均相同。在實(shí)驗(yàn)班的實(shí)驗(yàn)教學(xué)具體如下：

（一）以心血管系統(tǒng)為例，基于“數(shù)字人”的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)的解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)課，通過(guò)老師示教，學(xué)生觀察大體標(biāo)本、相關(guān)模型和掛圖來(lái)掌握心、動(dòng)脈、靜脈的結(jié)構(gòu)。動(dòng)脈、靜脈分布廣，不容易觀察，特別是小的血管，觀察起來(lái)更是難上加難。即使觀察到，也無(wú)法形成完整的體系。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)方式無(wú)法生動(dòng)地再現(xiàn)血液循環(huán)的過(guò)程，學(xué)生學(xué)完了，腦海中只是知識(shí)碎片。

基于“數(shù)字人”開(kāi)展的心血管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，包含了課前任務(wù)、課上設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、課后制作思維導(dǎo)圖三個(gè)環(huán)節(jié)。

1.課前任務(wù)以臨床問(wèn)題為引導(dǎo)，如，手背靜脈網(wǎng)注射抗生素怎樣到達(dá)闌尾？病例以實(shí)驗(yàn)任務(wù)表的方式課前通過(guò)教學(xué)平臺(tái)發(fā)送給學(xué)生，學(xué)生接收到任務(wù)后，通過(guò)小組討論、查找資料等方式進(jìn)行課前學(xué)習(xí)和準(zhǔn)備。

2.在課上，學(xué)生利用“數(shù)字人”系統(tǒng)建立虛擬仿真模型，以翻轉(zhuǎn)課堂的形式進(jìn)行小組討論、演示和匯報(bào)。建成的數(shù)字模型，生動(dòng)地展現(xiàn)了抗生素從手背靜脈網(wǎng)進(jìn)入血液循環(huán)到達(dá)闌尾的過(guò)程。學(xué)生邊思考，邊動(dòng)手建立數(shù)字模型。和傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課單純觀察、驗(yàn)證相比，增強(qiáng)了學(xué)生的參與性，學(xué)習(xí)過(guò)程就變得更加生動(dòng)、有趣，從而做到緊盯教學(xué)重點(diǎn)，突破教學(xué)難點(diǎn)。

教師再借助解剖學(xué)AR技術(shù)，可以讓學(xué)生觀察正在跳動(dòng)的心臟以及出入心臟的大血管，心臟的胸肋面和膈面，心尖和心底的結(jié)構(gòu)以及心臟表面的四條溝。通過(guò)透明處理，觀察四個(gè)心腔內(nèi)的情況，心臟瓣膜的位置、結(jié)構(gòu)和開(kāi)合。最后，借助解剖學(xué)高清錄播系統(tǒng)讓學(xué)生觀察心臟大體標(biāo)本，從虛過(guò)渡到實(shí)，實(shí)現(xiàn)虛、實(shí)結(jié)合，且必須遵循“以實(shí)為本，以虛補(bǔ)實(shí)，虛實(shí)結(jié)合”的原則[5][6]。

3.課下，學(xué)生依據(jù)本次課內(nèi)容，完成思維導(dǎo)圖，做思維導(dǎo)圖的過(guò)程，進(jìn)一步理清知識(shí)脈絡(luò)、鞏固知識(shí)，學(xué)生腦海中建立起了心血管系統(tǒng)完整的知識(shí)體系，做到知識(shí)的融會(huì)貫通。

實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生通過(guò)此種方式達(dá)到知識(shí)遷移。如，分析以下案例：口服藥物怎樣通過(guò)尿液排出？學(xué)生建成的數(shù)字模型，再現(xiàn)了藥物進(jìn)入口腔到咽、食管、胃、小腸、吸收進(jìn)入肝門(mén)靜脈系，經(jīng)下腔靜脈到右心，經(jīng)肺循環(huán)至左心，再到主動(dòng)脈、腎動(dòng)脈，在腎內(nèi)形成尿液，經(jīng)腎乳頭、腎小盞、腎大盞、腎盂、輸尿管、膀胱，然后經(jīng)尿道排出體外的過(guò)程。

學(xué)生在“數(shù)字人”上建立數(shù)字模型解答以上問(wèn)題的過(guò)程中，把消化系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)的知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了人體解剖學(xué)各系統(tǒng)之間知識(shí)的銜接和整合。在建立數(shù)字模型的過(guò)程中，體現(xiàn)了學(xué)生的主體性，增強(qiáng)了學(xué)生的參與性，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

本設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)亦可應(yīng)用于其他專業(yè)的解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。如，讓護(hù)理專業(yè)的學(xué)生思考并建立數(shù)字模型解釋PICC插管怎樣達(dá)到右心。影像專業(yè)的學(xué)生思考并建立選擇性冠脈造影的路徑。

二、“數(shù)字人”應(yīng)用效果和評(píng)價(jià)

（一）考核

人體解剖學(xué)教學(xué)結(jié)束后，對(duì)實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班的學(xué)生進(jìn)行閉卷筆試。采用雙盲法集體流水閱卷，考試成績(jī)滿分為100分。使用SPSS21.0軟件對(duì)成績(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。（詳見(jiàn)表1）

（二）問(wèn)卷調(diào)查

對(duì)實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班的學(xué)生進(jìn)行無(wú)記名問(wèn)卷調(diào)查，以了解學(xué)生對(duì)“數(shù)字人”在人體解剖學(xué)教學(xué)中應(yīng)用效果的評(píng)價(jià)。調(diào)查主要包括學(xué)習(xí)興趣、生動(dòng)趣味性等四項(xiàng)內(nèi)容（詳見(jiàn)表2），采用不記名打分，共發(fā)放問(wèn)卷97份，回收97份，回收率100%。

三、結(jié)果和分析

“數(shù)字人”的出現(xiàn)可以說(shuō)是醫(yī)學(xué)與現(xiàn)代信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合發(fā)展的一個(gè)飛躍，自從“數(shù)字人”出現(xiàn)以來(lái)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)界尤其是臨床外科及醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域[7]。

從實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班理論考試結(jié)果的比較（表1）可以看出，兩班成績(jī)存在明顯差異（P<0.05），由于兩個(gè)班級(jí)學(xué)生的專業(yè)相同，學(xué)生為隨機(jī)分班，授課教師相同，因此可以認(rèn)為使用數(shù)字人開(kāi)展創(chuàng)新型教學(xué)，能提高學(xué)生對(duì)系統(tǒng)解剖學(xué)理論知識(shí)的掌握程度。這可能與實(shí)驗(yàn)班學(xué)生建立了大量數(shù)字人模型和學(xué)習(xí)主動(dòng)性的調(diào)動(dòng)有關(guān)。實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班的滿意度調(diào)查問(wèn)卷分析結(jié)果表明，兩班學(xué)生在生動(dòng)趣味性、知識(shí)易接受性、吸引注意力、學(xué)習(xí)興趣（表2）幾個(gè)指標(biāo)的比較分析中都有顯著差異（P<0.05），實(shí)驗(yàn)班學(xué)生均明顯高于對(duì)照班學(xué)生。

從以上數(shù)據(jù)可以看到，利用“數(shù)字人”開(kāi)展實(shí)驗(yàn)課的班級(jí)和傳統(tǒng)班級(jí)相比，不管是學(xué)習(xí)成績(jī)，還是學(xué)習(xí)興趣，都比傳統(tǒng)班有了顯著的提高，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

四、成果

由學(xué)生完成的，秦迎、張華老師指導(dǎo)的《基于中國(guó)數(shù)字人的實(shí)驗(yàn)過(guò)程創(chuàng)新》在2016年山東省第三屆大學(xué)生科技創(chuàng)新大賽中榮獲二等獎(jiǎng)。

教學(xué)相長(zhǎng)，在使用“數(shù)字人”技術(shù)開(kāi)展信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中，教師的授課能力也相應(yīng)地得到了提高。《視器》（作者：秦迎、張華）和《川流不息——心血管系統(tǒng)》（作者：秦迎、孫志軍、許可）在2016年和2017年的山東省職業(yè)院校信息化教學(xué)大賽中，分別獲得省賽三等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)。

綜上所述，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)必將對(duì)高等教育質(zhì)量的提升和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的深化產(chǎn)生積極而重要的影響[8]。借助于“數(shù)字人”，可以讓學(xué)生做中學(xué)，老師做中教，師生之間有了更多的互動(dòng)和交流，充分實(shí)現(xiàn)了醫(yī)學(xué)教學(xué)和信息化教學(xué)的深度融合。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉萬(wàn)和.教育改革中數(shù)字化教學(xué)的利弊分析[J].甘肅科技，2012，28（10）：77-78.

[2]Gang G，Li XC，Wu GQ，etal.Three-dimensional reconstruction of digitized human liver：based on Chinese Visible Human[J].Clin Med J（engl），2012，123（2）：146-150.

[3]程昊，周波，李宏偉，等.計(jì)算機(jī)三維數(shù)字人體模型在人體解剖學(xué)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代醫(yī)藥衛(wèi)生，2009，25（22）：3519.

[4]任銀祥，王德貴，宋焱峰，等.數(shù)字化技術(shù)在人體解剖學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].當(dāng)代醫(yī)學(xué)，2012（31）：162-163.

[5]諶新興，龔興牡，石慧娟，等.醫(yī)學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].衛(wèi)生職業(yè)教育，2016，34（2）：45-46.

[6]林鳳屏，黃飛，陳必鏈.虛擬實(shí)驗(yàn)室在生物教學(xué)中的應(yīng)用與研究[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2016，19（2）：152-154，158.

[7]許世兵，楊波.數(shù)字人研究現(xiàn)狀及展望[J].廣東醫(yī)學(xué)，2013，34（1-6）：2585-2587.

[8]徐曉輝，蘭草，張東祥.綜合性大學(xué)創(chuàng)業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)體系建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2016，19（5）：90-93.