3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)在人體解剖學(xué)與組織胚胎學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究

凡梨花

摘 要 隨著時(shí)代的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)了一系列3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)的人類(lèi)研究產(chǎn)品。這些三維虛擬教學(xué)軟件的出現(xiàn)，為困擾解剖學(xué)教學(xué)多年的問(wèn)題找到了答案，受到了醫(yī)學(xué)教師、學(xué)生和臨床工作者的認(rèn)可。在此背景下，本文論述了3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)的內(nèi)涵與特點(diǎn)，及其在人體解剖學(xué)與組織胚胎學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用與效果、評(píng)價(jià)，希望為相關(guān)工作者提供寶貴的信息。

關(guān)鍵詞 3D數(shù)字虛擬 人體解剖 組織胚胎學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G424?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.12.055

Research on the Application of 3D Digital Virtual Simulation System

in the Teaching of Human Anatomy and Histoembryology

FAN Lihua

（North Sichuan College of Preschool Teacher Education， Guangyuan， Sichuan 628017）

Abstract With the development of the times and the progress of science and technology， a series of human research products of 3D digital virtual simulation system have appeared in the field of medicine. The emergence of these three-dimensional virtual teaching software has found the answer to the problems that have puzzled anatomy teaching for many years， and has been recognized by medical teachers， students and clinical workers. In this context， this paper discusses the connotation and characteristics of 3D digital virtual simulation system， and its application， effect and evaluation in the teaching of human anatomy and histoembryology， hoping to provide valuable information for relevant workers.

Keywords 3D digital virtual; human anatomy; histoembryology

0 引言

傳統(tǒng)的人體解剖學(xué)和組織胚胎教學(xué)依靠教科書(shū)、圖冊(cè)、標(biāo)本和模型，以教師授課，學(xué)生觀察標(biāo)本或解剖尸體的方式進(jìn)行教學(xué)。然而，由于缺少活體標(biāo)本、平面圖像不夠生動(dòng)和解剖課時(shí)不足等原因，使初學(xué)者不能夠深入了解這兩門(mén)學(xué)科，讓初學(xué)者感到一些恐懼和困難。因此，為了服務(wù)于視覺(jué)人、虛擬人和數(shù)字人的研究，應(yīng)該將傳統(tǒng)解剖學(xué)和胚胎組織學(xué)與3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)相結(jié)合進(jìn)行教學(xué)，兩者之間取長(zhǎng)補(bǔ)短，相互包容，相互融合。隨著3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)的突破和逐步完善，一些以醫(yī)學(xué)教育為重點(diǎn)的三維解剖學(xué)和組織胚胎學(xué)仿真系統(tǒng)，應(yīng)運(yùn)而生。這些3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)具有可視化、三維化、虛擬化和交互等特點(diǎn)。

1 3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)的內(nèi)涵與特點(diǎn)

3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和生物信息學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)人體解剖結(jié)構(gòu)和組織胚胎結(jié)構(gòu)信息可視化的軟件系統(tǒng)，其通過(guò)采集人體解剖結(jié)構(gòu)和組織胚胎信息，利用計(jì)算機(jī)和生物信息學(xué)技術(shù)重建人體三維圖像（圖1），形成了一套系統(tǒng)、完整、靈活的視覺(jué)人體解剖學(xué)和組織胚胎學(xué)信息軟件。之后，通過(guò)顯示屏動(dòng)態(tài)顯示，方便多角度、多方向進(jìn)行觀測(cè)，其操作界面還具有單獨(dú)顯示、透明、逐層剝離等特殊功能。

利用計(jì)算機(jī)三維重建技術(shù)，其可以將大量連續(xù)的人體和組織胚胎橫截面數(shù)據(jù)集成并重建成人體和組織胚胎三維結(jié)構(gòu)圖像?？梢哉f(shuō)，現(xiàn)代信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)與醫(yī)學(xué)發(fā)展的結(jié)合是醫(yī)學(xué)界的又一大里程碑。自從 3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)出現(xiàn)以來(lái)，其已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，特別是在人類(lèi)形態(tài)學(xué)領(lǐng)域和組織胚胎學(xué)領(lǐng)域中發(fā)揮出巨大作用。3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)可以從任何角度和方向觀察到人體的部位與細(xì)節(jié)，使用者可以通過(guò)觸摸屏隨意旋轉(zhuǎn)、拉伸和剪切圖像，從而深入、全面地了解人體結(jié)構(gòu)的形態(tài)特點(diǎn)、毗鄰關(guān)系、層次變化和體表標(biāo)志的局部解剖學(xué)知識(shí)。

2 3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)在人體解剖學(xué)與組織胚胎學(xué)教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用

2.1 具有完整性特點(diǎn)

3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)具有完整性的特點(diǎn)，有助于引導(dǎo)學(xué)生在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)起步。相對(duì)于普通圖集來(lái)說(shuō)，3D人體解剖和組織胚胎系統(tǒng)圖像的清晰度和飽和度更具優(yōu)勢(shì)。圖像中充滿(mǎn)了文字和生動(dòng)的圖像，使原本枯燥難懂的解剖學(xué)知識(shí)十分生動(dòng)。在解剖學(xué)的“導(dǎo)論”部分，多數(shù)理論概念是抽象的，讓學(xué)生覺(jué)得這一學(xué)科晦澀難懂。而3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)具有完整性特點(diǎn)，通過(guò)操作3D數(shù)字虛擬仿真人體解剖和組織胚胎系統(tǒng)，可以直觀地顯示人體和組織胚胎的系統(tǒng)組成。一旦目錄打開(kāi)，就可以看到整個(gè)身體結(jié)構(gòu)。立體圖清楚地顯示了器官和組織胚胎的位置和形狀，揭開(kāi)了解剖學(xué)和組織胚胎學(xué)的神秘面紗，增強(qiáng)了學(xué)生的感知和理解能力，使學(xué)生對(duì)解剖學(xué)和組織胚胎學(xué)學(xué)習(xí)的內(nèi)容和范圍有了良好的認(rèn)識(shí)，明確了學(xué)習(xí)目標(biāo)的同時(shí)又消除了學(xué)習(xí)的恐懼，使學(xué)生能夠在課堂上對(duì)解剖學(xué)和組織胚胎學(xué)學(xué)習(xí)有很好的理解，掌握解剖學(xué)和組織胚胎學(xué)學(xué)習(xí)的內(nèi)容和范圍， 提高學(xué)生的學(xué)習(xí)信心。

2.2 容易操作，激發(fā)學(xué)生熱情

3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)具有界面簡(jiǎn)單、使用方便、截面準(zhǔn)確、外形真實(shí)等特點(diǎn)，其可以讓解剖結(jié)構(gòu)圖360靶醚莧菀椎卮傭喔鍪詠僑ス鄄烊頌迥P偷畝喔齜較頡2⑶腋孟低襯芄喚中檳夥掄嬡頌逋枷裼肴P拖嘟岷?？更x餛式峁貢曖形淖炙得骱凸丶峁貢昵U庵種憊坌緣難胺絞僥芄淮雍艽蟪潭壬習(xí)鎦勻頌褰峁菇欣斫夂圖且洹T諮導(dǎo)什僮髦校岣吡搜靶剩⑶銥梢鑰燜?、葖关掌握侄Ｒ激发寻的辉?？

2.3 培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力

通過(guò)3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行解剖學(xué)和組織胚胎學(xué)的教學(xué)能夠充分地使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)知解剖學(xué)和組織胚胎學(xué)的研究成果。在進(jìn)行教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)該注重于引導(dǎo)學(xué)生自覺(jué)地進(jìn)行學(xué)習(xí)并且刺激其學(xué)習(xí)熱情;同時(shí)，學(xué)生也必須要根據(jù)自己的個(gè)人學(xué)習(xí)能力量力而行，跟上教師的教學(xué)步伐。并且，由于虛擬仿真系統(tǒng)是依托于信息技術(shù)，因此能夠讓學(xué)生反復(fù)觀察學(xué)習(xí)，促進(jìn)其自主學(xué)習(xí)能力提高，既能讓學(xué)生自己理解和掌握新知識(shí)，又能培養(yǎng)自我探索和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。

2.4 實(shí)現(xiàn)教學(xué)創(chuàng)新

3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)能夠?yàn)榻虒W(xué)創(chuàng)新提供設(shè)備和科學(xué)保障。為了更好地服務(wù)于解剖學(xué)教學(xué)，3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了許多快速方便的數(shù)字特效功能，它可以對(duì)同一個(gè)器官和組織胚胎進(jìn)行多方位、多角度觀察，既直觀又清晰。雖然操作起來(lái)簡(jiǎn)單，但教學(xué)資源卻十分豐富，其不但能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，還可以改善目前人體解剖標(biāo)本的短缺問(wèn)題。該系統(tǒng)也為人體解剖學(xué)的教學(xué)和研究提供了方向，因?yàn)槠湎到y(tǒng)中可以隨時(shí)修改和添加最新的圖片和信息。

3 應(yīng)用效果與評(píng)價(jià)

3.1 提高實(shí)驗(yàn)效率，減少尸體浪費(fèi)，增加尸體利用率

由于解剖學(xué)的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)排列復(fù)雜，因此解剖實(shí)驗(yàn)具有破壞性和不可逆性。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，存在著效率低、尸體利用率低、浪費(fèi)嚴(yán)重等問(wèn)題。在解剖某些部位的時(shí)候，區(qū)域會(huì)變得越來(lái)越小和更深，并且由于肌肉組織不同和重疊長(zhǎng)度的差異，因此在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中只能顯示靜態(tài)圖像，不能夠呈現(xiàn)出生動(dòng)、形象的動(dòng)態(tài)圖像。在解剖過(guò)程中，由于辨認(rèn)困難，學(xué)生往往會(huì)在操作過(guò)程中對(duì)組織或者結(jié)構(gòu)造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷。這不僅浪費(fèi)了尸體標(biāo)本，也引起了學(xué)生學(xué)習(xí)的負(fù)面情緒。3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)能從多個(gè)角度動(dòng)態(tài)顯示標(biāo)本所有結(jié)構(gòu)，可以有效地幫助教師引導(dǎo)學(xué)生遵守秩序。另外，采用3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)解剖不僅減少了尸體標(biāo)本的浪費(fèi)，而且提高了實(shí)驗(yàn)的效率和尸體的利用率。

3.2 提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成就感，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性

采用3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)，雖然不能使教師言傳身教，親身指導(dǎo)每一個(gè)學(xué)生，但從很大程度上能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀意識(shí)，這也是教師和學(xué)生要共同突破的難題。3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)能夠解決學(xué)生速度慢、不敢用刀、過(guò)度使用刀等問(wèn)題，通過(guò)將動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容呈現(xiàn)在終端顯示器上，從多個(gè)角度顯示各個(gè)器官和組織的具體位置。當(dāng)然，教師要負(fù)責(zé)監(jiān)督學(xué)生操作和控制操作流程，這不僅在減輕了教師的負(fù)擔(dān)同時(shí)提高了教學(xué)效率，還提高了學(xué)生在解剖實(shí)踐中的主觀體驗(yàn)和實(shí)踐能力，提高了其實(shí)踐成就感和主動(dòng)性。

3.3 促進(jìn)青年教師專(zhuān)業(yè)素質(zhì)的成長(zhǎng)和進(jìn)步

隨著高校擴(kuò)招和解剖學(xué)教學(xué)任務(wù)的逐步增加，越來(lái)越多的青年教師進(jìn)入了解剖學(xué)和組織胚胎教學(xué)領(lǐng)域。年輕的教師熱情踏實(shí)，但在教學(xué)過(guò)程中，難免會(huì)遇到專(zhuān)業(yè)素質(zhì)差、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)不足、課堂控制能力差等問(wèn)題。3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)能高精度動(dòng)態(tài)顯示圖像，使使用者看到多個(gè)復(fù)雜部位。

3.4 軟件操作簡(jiǎn)單、便捷，使用靈活、廣泛

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日漸發(fā)達(dá)，3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)解剖學(xué)和組織胚胎學(xué)教學(xué)資源的時(shí)空共享。傳統(tǒng)的解剖和組織胚胎教學(xué)受時(shí)間和空間的限制，使課堂上學(xué)生遺留的一些問(wèn)題在課后難以解決，導(dǎo)致問(wèn)題的積累，這些問(wèn)題甚至制約著解剖學(xué)和組織胚胎學(xué)教學(xué)質(zhì)量的提高。為了培養(yǎng)更多的高質(zhì)量臨床醫(yī)學(xué)人才，上課前，學(xué)生可以在便攜式和多功能的終端設(shè)備上提前進(jìn)行虛擬的解剖過(guò)程，這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)空間和時(shí)間上的資源共享，還能幫助學(xué)生自己總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，養(yǎng)成獨(dú)立思考、獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。課后，學(xué)生難免會(huì)心存疑惑，通過(guò)3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)還能夠幫助學(xué)生及時(shí)溫習(xí)操作過(guò)程，解答心中所惑并且及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

3.5 軟件系統(tǒng)可升級(jí)和更新，能夠?qū)崿F(xiàn)有限資源的高效利用

在解剖學(xué)和組織胚胎學(xué)的教學(xué)實(shí)踐中，還存在著內(nèi)容不足、個(gè)別結(jié)構(gòu)的科學(xué)性錯(cuò)誤以及未來(lái)版本過(guò)時(shí)等問(wèn)題。而隨著科學(xué)的進(jìn)步，3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)資源的有效利用，而教師在使用過(guò)程中，需要不斷對(duì)終端設(shè)備進(jìn)行更新和跟蹤，更新教學(xué)資源。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，采用3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)輔助區(qū)域解剖學(xué)和組織胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)作用巨大。然而，在實(shí)際應(yīng)用中該系統(tǒng)還存在著許多不足。對(duì)此，廣大教師在解剖學(xué)和組織胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)取其精華，去其糟粕，滿(mǎn)足師生的共同需求和利益，促進(jìn)解剖學(xué)和組織胚胎學(xué)的發(fā)展。

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