虛擬數(shù)字人在斷層解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究

侯繼野 姜楊 郭林娜 姚立杰 沈雷

[摘要] 隨著現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)化的飛速發(fā)展，數(shù)字化課程也在全國(guó)各大醫(yī)學(xué)高校教學(xué)普遍開(kāi)展起來(lái)。斷層解剖學(xué)是研究正常人體不同方位層面上器官結(jié)構(gòu)的位置、形態(tài)、毗鄰的一門醫(yī)學(xué)學(xué)科，是醫(yī)學(xué)影像學(xué)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是學(xué)好醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)、超聲學(xué)、介入放射學(xué)的橋梁學(xué)科，但本課程知識(shí)內(nèi)容繁多、復(fù)雜，學(xué)生學(xué)習(xí)記憶本課程知識(shí)點(diǎn)困難，教學(xué)效果不夠理想。本研究在本課程實(shí)驗(yàn)課教學(xué)上結(jié)合虛擬數(shù)字人教學(xué)，豐富教學(xué)手段，讓學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)情景更逼真、立體、生動(dòng)，自主學(xué)習(xí)主動(dòng)性更強(qiáng)，取得較好教學(xué)效果，教學(xué)質(zhì)量明顯提高。

[關(guān)鍵詞] 虛擬數(shù)字人;斷層解剖學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);應(yīng)用研究

[中圖分類號(hào)] R322 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1672-5654（2019）05（b）-0127-02

斷層解剖學(xué)是建立在系統(tǒng)解剖學(xué)和局部解剖學(xué)基礎(chǔ)之上的一門學(xué)科，主要學(xué)習(xí)斷面上器官結(jié)構(gòu)的位置、形態(tài)及毗鄰，知識(shí)結(jié)構(gòu)由整體的學(xué)習(xí)進(jìn)入了斷面學(xué)習(xí)，相對(duì)于前兩門課程，本門課程學(xué)習(xí)內(nèi)容復(fù)雜，記憶人體斷面上的結(jié)構(gòu)較多，人體斷面層數(shù)較多，變化相對(duì)復(fù)雜，學(xué)生難以理解、記憶較困難，導(dǎo)致期末考試復(fù)習(xí)不理想，分?jǐn)?shù)較低甚至不及格。實(shí)驗(yàn)課是本門課程的重要組成部分，在以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要采用教師先講授斷層標(biāo)本和模型，最后學(xué)生觀察標(biāo)本和模型的講授模式，講課模式傳統(tǒng)、單一，學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)知識(shí)枯燥、乏味，學(xué)習(xí)效率較低。由于實(shí)驗(yàn)室斷層標(biāo)本數(shù)量有限，實(shí)驗(yàn)課學(xué)生數(shù)量多，在課堂內(nèi)學(xué)生觀察標(biāo)本時(shí)間有限，也是學(xué)生學(xué)習(xí)效率低的原因之一。實(shí)驗(yàn)室斷層標(biāo)本難以保存，修復(fù)困難，許多結(jié)構(gòu)觀察不清晰，學(xué)生很難辨認(rèn)，許多學(xué)生學(xué)習(xí)興趣下降，學(xué)習(xí)效率低。教學(xué)效果的好壞直接影響以后學(xué)習(xí)的專業(yè)課程和臨床實(shí)習(xí)[1]。隨著電子科技發(fā)展，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也逐漸開(kāi)展數(shù)字課程研究[2]。本教研室在2015年引進(jìn)的虛擬數(shù)字人，改善實(shí)驗(yàn)授課教學(xué)環(huán)境，操作簡(jiǎn)單、方便、立體直觀，虛擬數(shù)字人系統(tǒng)包含大量男女性斷面圖片，圖片可以任意放大、標(biāo)記、旋轉(zhuǎn)、連續(xù)觀察等功能，對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)和記憶斷層解剖學(xué)結(jié)構(gòu)有很大幫助，為以后學(xué)習(xí)影像診斷學(xué)、超聲學(xué)、介入放射學(xué)等相關(guān)課程打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，在以后進(jìn)入臨床閱片、疾病診斷也有較好的幫助[3]。

1? 對(duì)象與方法

1.1? 研究對(duì)象

選取齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院2015級(jí)醫(yī)學(xué)影像學(xué)專業(yè)1個(gè)班學(xué)生共50人，隨機(jī)分成2組，每組25人。實(shí)驗(yàn)組采用傳統(tǒng)式授課結(jié)合虛擬數(shù)字人教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)，對(duì)照組采用傳統(tǒng)式授課教學(xué)。授課教師為同一教師，較少數(shù)據(jù)的差異性。

1.2? 授課方法

實(shí)驗(yàn)課前給實(shí)驗(yàn)組學(xué)生講解虛擬數(shù)字人的操作方法，方便在實(shí)驗(yàn)課學(xué)生操作正確、規(guī)范。

在實(shí)驗(yàn)授課課堂上，課堂上教師給出該次課觀察重點(diǎn)結(jié)構(gòu)名稱。對(duì)照組學(xué)生分成4組，每組5～6人，前30 min，教師首先講授標(biāo)本和模型重點(diǎn)結(jié)構(gòu)，中間30 min，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行觀察、討論標(biāo)本和模型，后30 min教師進(jìn)行總結(jié)和考核。實(shí)驗(yàn)組學(xué)生分成4組，每組5～6人，前30 min，有2組學(xué)生通過(guò)虛擬數(shù)字人觀察、討論重點(diǎn)結(jié)構(gòu)，另2組通過(guò)斷層標(biāo)本和模型觀察、討論重點(diǎn)結(jié)構(gòu)，中間30 min，兩部分學(xué)生相互調(diào)換，后30 min，教師進(jìn)行總結(jié)和考核。

1.3? 授課內(nèi)容

根據(jù)斷層解剖學(xué)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，以頭部、胸部、腹部三部分章節(jié)為重要章節(jié)，主要實(shí)習(xí)觀察頭部橫斷面、胸部橫斷面、腹部橫斷面。見(jiàn)表1。

1.4? 教學(xué)評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)束后統(tǒng)一進(jìn)行實(shí)驗(yàn)考核和調(diào)查問(wèn)卷。實(shí)驗(yàn)考核10個(gè)結(jié)構(gòu)，每個(gè)結(jié)構(gòu)2分，共計(jì)20分，出題范圍為頭部、胸部、腹部三章節(jié)內(nèi)容，通過(guò)放映斷層標(biāo)本幻燈片考核學(xué)生結(jié)構(gòu)辨認(rèn)，學(xué)生寫出結(jié)構(gòu)名稱，由同一教師進(jìn)行出題和評(píng)分，保持試題難易度和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)一致。考試成績(jī)用SPSS 18.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用t檢驗(yàn)，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。調(diào)查問(wèn)卷在實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后進(jìn)行，對(duì)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生通過(guò)記憶斷層結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性、自主學(xué)習(xí)的能力、團(tuán)隊(duì)合作精神、學(xué)習(xí)效率四部分進(jìn)行調(diào)查問(wèn)卷。

2? 結(jié)果

2.1? 實(shí)驗(yàn)考核

通過(guò)實(shí)驗(yàn)考核檢測(cè)兩組學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)，考核10個(gè)結(jié)構(gòu)，分?jǐn)?shù)設(shè)定為20分，每個(gè)結(jié)構(gòu)2分，授課教師不參與出題和評(píng)卷。對(duì)照組實(shí)驗(yàn)考試平均成績(jī)（13.41±0.76）分，實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)考試平均成績(jī)（18.22±0.23）分，實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)考試平均成績(jī)明顯高于對(duì)照組實(shí)驗(yàn)考試平均成績(jī)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。

2.2? 調(diào)查問(wèn)卷

對(duì)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷25份，全部收回。通過(guò)記憶斷層結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性、自主學(xué)習(xí)的能力、團(tuán)隊(duì)合作精神、學(xué)習(xí)效率4部分進(jìn)行調(diào)查。可見(jiàn)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生記憶斷層結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性、自主學(xué)習(xí)的能力、學(xué)習(xí)效率滿意度分別為85.2%、83.0%、80.8%，大部分學(xué)生滿意這種教學(xué)方式，教學(xué)效果提高明顯，同時(shí)團(tuán)隊(duì)合作精神滿意度達(dá)78.4%，可以提高學(xué)生之間的溝通合作能力。見(jiàn)表2。

3? 討論

該教研室斷層解剖學(xué)課程理論課時(shí)少，課程涵蓋知識(shí)量大、內(nèi)容復(fù)雜、難以理解，教師講授過(guò)程由整體向斷面過(guò)渡，辨認(rèn)每個(gè)斷面上結(jié)構(gòu)，由于理論課堂上講授知識(shí)點(diǎn)時(shí)間有限，學(xué)生學(xué)習(xí)枯燥、理解困難，記憶知識(shí)點(diǎn)不準(zhǔn)確、效率低。實(shí)驗(yàn)授課是斷層解剖學(xué)重要組成部分，大部分學(xué)生在實(shí)驗(yàn)授課學(xué)習(xí)效率較高，他們?cè)谡n前復(fù)習(xí)理論課講授過(guò)章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)，在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室內(nèi)觀察標(biāo)本和模型進(jìn)行學(xué)習(xí)、辨認(rèn)和記憶，加深對(duì)解剖結(jié)構(gòu)的掌握程度。但實(shí)驗(yàn)授課斷層標(biāo)本數(shù)量有限，學(xué)生數(shù)量還較多，導(dǎo)致在課堂上一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行觀察標(biāo)本數(shù)量有限。再一，斷層標(biāo)本保存效果不好，長(zhǎng)時(shí)間使用導(dǎo)致標(biāo)本變干，一些細(xì)小結(jié)構(gòu)無(wú)法進(jìn)行觀察，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性降低，學(xué)習(xí)效率下降。虛擬數(shù)字人是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要方向[4]，該研究采用虛擬數(shù)字人教學(xué)結(jié)合標(biāo)本、模型觀察，可以在虛擬數(shù)字人觀察整體器官結(jié)構(gòu)的位置、形態(tài)和毗鄰，再轉(zhuǎn)入斷面繼續(xù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和記憶，更好地從整體進(jìn)入斷面學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者也可以連續(xù)觀察斷面結(jié)構(gòu)，重塑形成整體，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室標(biāo)本、模型的觀察，加深對(duì)人體整體和三維斷面的掌握，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率和自主學(xué)習(xí)能動(dòng)性，改善以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，提高教學(xué)質(zhì)量，提升教學(xué)條件，本課程利用虛擬數(shù)字人學(xué)習(xí)大致過(guò)程：如肝的斷面實(shí)習(xí)，重點(diǎn)和難點(diǎn)是肝段的劃分，先復(fù)習(xí)肝的大體解剖，再進(jìn)入肝的斷面解剖，在斷面上辨認(rèn)肝內(nèi)管道，進(jìn)行肝段劃分，結(jié)合觀察肝斷面標(biāo)本、模型，循序漸進(jìn)地系統(tǒng)學(xué)習(xí)，學(xué)生理解知識(shí)點(diǎn)扎實(shí)、準(zhǔn)確，在以后對(duì)肝占位性病變的精確定位診斷打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

虛擬數(shù)字人的優(yōu)點(diǎn)：①操作簡(jiǎn)單、易懂，學(xué)生可以在課堂上自行進(jìn)行操作學(xué)習(xí)。②功能強(qiáng)大，結(jié)構(gòu)中英文結(jié)構(gòu)標(biāo)注，有旋轉(zhuǎn)、放大、標(biāo)記和連續(xù)觀察等功能。③通過(guò)觀察某一結(jié)構(gòu)，可以觀察其周圍毗鄰結(jié)構(gòu)，更好地學(xué)習(xí)斷層解剖學(xué)知識(shí)。④可以連續(xù)斷面觀察，由整體向斷面過(guò)渡，由斷面向整體過(guò)渡效果好。⑤減少尸體標(biāo)本使用，改善教學(xué)環(huán)境，保護(hù)師生身心健康。

虛擬數(shù)字人的缺點(diǎn)：①只能局限在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用虛擬數(shù)字人，學(xué)生在教室以外不能使用，局限了使用時(shí)間和地點(diǎn)。②費(fèi)用高昂，一個(gè)實(shí)驗(yàn)室只能配備幾臺(tái)，學(xué)生使用時(shí)間有限，限制了使用時(shí)間。

虛擬數(shù)字人是現(xiàn)代科技的產(chǎn)物，已經(jīng)廣泛應(yīng)用醫(yī)學(xué)院校教育領(lǐng)域及臨床外科治療領(lǐng)域[5]，本教研室引進(jìn)數(shù)字人軟件在斷層解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行授課，通過(guò)分組進(jìn)行教學(xué)研究，最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)考核和調(diào)查問(wèn)卷，結(jié)果顯示采用虛擬數(shù)字人結(jié)合標(biāo)本模型講授方式效果明顯高于標(biāo)本模型的傳統(tǒng)式講授，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和解決問(wèn)題能力，也提高了學(xué)生之間的團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力，教學(xué)效果明顯提高，教學(xué)環(huán)境明顯改善，學(xué)生更好地向影像診斷學(xué)、超聲學(xué)、介入放射學(xué)等專業(yè)課過(guò)渡，為學(xué)生在以后進(jìn)入臨床實(shí)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]? 李治華，曹靖，尚琳，等.斷層解剖學(xué)教學(xué)的實(shí)踐與體會(huì)[J].解剖學(xué)研究，2010，32（6）：454-456.

[2? 陳丹，周新璐.探討數(shù)字化虛擬人在解剖實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].醫(yī)藥，2016，29（6）：263-264.

[3]? 李成，曹承亮，單增強(qiáng)，等.影像讀片在人體斷層解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].解剖學(xué)雜志，2015，38（5）：640-641.

[4]? 呂婷，劉桂鈴，杜海洲，等.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù)，2010，14（43）：8099-8103.

[5]? 王松濤，陶晶，崔衛(wèi)剛，等.數(shù)字人解剖系統(tǒng)在解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用初探[J].中國(guó)高等醫(yī)學(xué)教育，2018（2）：84-85.

（收稿日期：2019-02-17）