虛擬人在高職解剖學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用*

林加福 吳碧蓮 李 丹

（福建衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福州 350101）

2001年鐘世鎮(zhèn)院士在第174 次香山會議提出“中國數(shù)字人”的構(gòu)想，指出數(shù)字人（或虛擬人）的研究，還是一個較新的領(lǐng)域[1]。2007年張?zhí)煳閇2]用Flash技術(shù)設(shè)計了一個局部解剖學(xué)虛擬實驗室，實現(xiàn)初級人機對話，但缺少三維動畫。2011年張云龍[3]認為虛擬解剖實驗室是以CT、MRI掃描、人體切片等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)在計算機上重現(xiàn)虛擬人或數(shù)字人的實物圖像和三維動畫，可模擬各種解剖學(xué)操作。2017年陳波等[4]在原解剖實驗室安裝人體數(shù)字解剖軟件，發(fā)現(xiàn)虛擬人結(jié)合實地操作可讓遺體的利用率倍增。前述報道多是描述性，并未將虛擬解剖實驗室和傳統(tǒng)實驗室兩者的教學(xué)效果行量化比較。因本校遺體匱乏，故引進虛擬解剖實驗室作為實驗教學(xué)補充，將本校2019級藥學(xué)專業(yè)所有學(xué)生隨機分為虛擬解剖實驗室教學(xué)組（實驗組）和傳統(tǒng)解剖實驗室教學(xué)組（對照組），以課堂小測成績進行量化比較，探討虛擬實驗室替代傳統(tǒng)實驗室的可能性。

1 材料和方法

1.1 一般資料

選取本校2019級藥學(xué)專業(yè)8個班級隨機分為4組（我校所有新生入學(xué)均電腦隨機分班），理論授課是大班（2個行政班）進行，實驗授課為小班（單個行政班）進行，同一大班內(nèi)的2個行政班為同一組別，實驗課前后順序依次交替，減少組內(nèi)前后時間差異。對照組1：2019級藥學(xué)301班+2019級藥學(xué)302班，實驗組1：2019級藥學(xué)303班+2019級藥學(xué)304班，對照組2：2019級藥學(xué)305班+2019級藥學(xué)306班， 實驗組2：2019級藥學(xué)307班+2019級藥學(xué)308班。

1.2 實驗方法

本課程名稱為人體解剖學(xué)，總共48學(xué)時（理論36+實驗12），教材為賀偉主編《人體解剖生理學(xué)》第三版的解剖部分。所有班級理論和實驗部分均由同一位教師完成。實驗課每次2學(xué)時，選取3次進行課堂小測。將3次小測的平均成績作為平時成績，占總成績20%，另期中成績30%，期末成績50%。

實驗組和對照組的實驗室面積同樣大小。實驗組的實驗授課采用國內(nèi)某公司開發(fā)的《中國數(shù)字人解剖系統(tǒng)》，包括教師端（1主4次）和學(xué)生端（32個），每個實驗桌有4個學(xué)生端，每個學(xué)生端口由2個學(xué)生合作操作，每節(jié)課只容納1個教學(xué)班。

對照組的實驗授課采用傳統(tǒng)實驗室，因本校標本量較少，故藥學(xué)專業(yè)的實驗教學(xué)除運動系統(tǒng)的骨骼為標本外，其余部分的教學(xué)只向?qū)W生提供模型，最后1節(jié)實驗課才由教師帶領(lǐng)看標本。另我校有人體形態(tài)科學(xué)館，內(nèi)有全身各系統(tǒng)的標本展示，課外均向所有學(xué)生開放。傳統(tǒng)實驗室包括1個教師講桌、1套教學(xué)電腦和投影儀，8個實驗桌，每個實驗桌可坐8人，桌子中間擺放教學(xué)標本和模型，每節(jié)課同樣只可容納1個教學(xué)班。按教學(xué)進度先后共進行3次小測。實驗內(nèi)容包括：

實驗組的實驗課分3部分：①PPT展示本次實驗課要求掌握的內(nèi)容（約3 min）；②由學(xué)生自己操作，對照課堂要求、課本與《中國數(shù)字人解剖系統(tǒng)》一起學(xué)習(xí)（45 ～50 min，按座位號2名學(xué)生為1小組，8人為1大組，最后1組可少于8人），學(xué)習(xí)過程中同桌可相互交流，或者向老師請教，不可離開自己實驗桌；③課內(nèi)最后7 min進行班級小測。小測內(nèi)容為PPT展示20張，每張PPT測試1個器官或結(jié)構(gòu)名稱，每張PPT停留時間為20 s后自動播放下一張，為避免出現(xiàn)作弊現(xiàn)象，小測的過程中會有帶教老師隨機拍照與攝影留存。小測結(jié)束后，答卷統(tǒng)一收取后由老師改卷并整理成績，答卷留存。

對照組的實驗課同樣分3部分：①同實驗組；②由學(xué)生自己操作，對照PPT所要求知識點、課本與教學(xué)模型一起學(xué)習(xí)，余同實驗組；③課內(nèi)最后7 min進行班級小測，小測內(nèi)容與形式同實驗組。小測結(jié)束后答卷處理同實驗組。

1.3 觀察指標

主要觀察指標為每次實驗課堂小測成績，分析實驗組和對照組是否存在組間及整體差異。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理

采用統(tǒng)計學(xué)軟件SPSS20.0對數(shù)據(jù)進行分析，計量資料以±s表示，采用單因素方差檢驗、t檢驗和中位數(shù)（Me）比較，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

高職學(xué)生學(xué)習(xí)素質(zhì)整體偏低，平均成績在60分以下；學(xué)生之間素質(zhì)參差不齊，小測成績最高100分，最低5分，標準差特別大。個別學(xué)生請假缺課則當次小測成績計為0分，小測結(jié)果見表1。

表1 實驗組與對照組3 次實驗課小測成績

2.1 區(qū)間比較

小測1中實驗組1成績（44.82±18.08）低于對照組1（49.94±19.96）和實驗組2（50.36±17.51），差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），其余之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義；小測2中對照組1成績（37.66±18.48）最低，與實驗組1（44.45±19.67）、對照組2（50.63±20.57）和實驗組2（49.67±13.76）相比，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），實驗組1成績低于對照組2，差異也有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），其余之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義。

小測3中對照 組1成 績（39.59±16.19）低 于實驗組1（42.65±14.45）、 對照組2（46.80±14.69）和實驗組2（50.45±13.90），差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。實驗組1的成績（42.65±14.45）小于實驗組2（50.45±13.90），差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01），其余之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義。各組間中位數(shù)的差異無統(tǒng)計學(xué)意義。

2.2 整體比較

對照組整體成績（45.30±18.37）和實驗組整體成績（47.09±16.61）比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。前2次小測對照組成績與實驗組成績相比，差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義。小測3對照組的成績（43.18±15.83）低于實驗組的成績（46.58±14.66），兩者間差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05） （表2）。對照組與實驗組中位數(shù)的差異無統(tǒng)計學(xué)意義。

表2 實驗組和對照組3 次小測成績比較

3 討論

解剖學(xué)理論課教學(xué)是二維平面，學(xué)生由此很難理解三維的人體立體形態(tài)結(jié)構(gòu)，所以實驗課是解剖學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)，是不可或缺的一部分。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法包括標本、教學(xué)模型觀察和活體觸摸法等[4-6]，但標本有強刺激性氣味可傷害呼吸系統(tǒng)，生均標本占用率低[4]；模型形式僵硬，不能滿足多角度、多層次的教學(xué)需求[5]。虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于解剖學(xué)教學(xué)能夠彌補上述缺點，已成為國內(nèi)外研究熱點[7-9]，同時是我國高等教育信息化建設(shè)的一項重要舉措[9]。但解剖學(xué)是形態(tài)學(xué)學(xué)科，實驗教學(xué)首選仍是實物標本，虛擬人只能是一種教學(xué)輔助工具，或無奈的替代。

3.1 統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析比較

本研究結(jié)果顯示，對照組與實驗組成績整體上并無差異，前2次小測實驗組與對照組成績也沒有差異，但小測3對照組成績低于實驗組成績，差異有統(tǒng)計學(xué)意義，所以兩者間的差異可能需要較長時間應(yīng)用才能顯示出來，也可能需要更多的測試來證明兩者間沒有差異。

綜上所述，筆者認為虛擬實驗室和傳統(tǒng)實驗室在高職院校藥學(xué)專業(yè)解剖學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用差別不大，或者需要更長時間的應(yīng)用才能顯示兩者的差異。本次研究只采用實驗小測成績來對虛擬實驗室和傳統(tǒng)實驗室進行比較，指標相對單一，下一步將從兩者間的使用成本、學(xué)生的喜愛和接受程度等不同指標來多方面進行比較。

3.2 虛擬實驗室的不足

雖然虛擬實驗室的應(yīng)用效果已經(jīng)跟傳統(tǒng)實驗室沒有明顯差別，長期使用效果可能優(yōu)于傳統(tǒng)實驗室，但仍然有待提高。①虛擬程度還不夠逼真，觀察對象有時過于靈敏，有時延遲，圖片快速切換可致視覺不適；②少數(shù)圖片存在形態(tài)學(xué)錯誤，圖片上的標簽不夠細致，有部分的骨性、肌性標志和器官典型結(jié)構(gòu)的標簽欠缺，數(shù)據(jù)庫仍需完善；③教師端電腦PPT課件、虛擬軟件與屏幕白板之間的切換存在卡殼的情況；④教師端與學(xué)生端之間信息傳輸不穩(wěn)定，學(xué)生屏幕會比教師屏幕延遲幾秒到十多秒不等，延遲程度會隨著程序使用時間變長而變長。