虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)本科解剖學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用和思考

包婉瑩，陳曉燁，李宛凌，董博思，田亞麗，3*

（1.四川大學(xué)華西臨床醫(yī)學(xué)院，四川 成都 610041；2.四川大學(xué)華西醫(yī)院，四川 成都 610041；3.四川大學(xué)華西護(hù)理學(xué)院，四川 成都 610041）

解剖學(xué)是幫助醫(yī)學(xué)生對(duì)人體正?？臻g結(jié)構(gòu)建立正確認(rèn)知的基礎(chǔ)學(xué)科，牢固掌握解剖學(xué)知識(shí)可使后續(xù)臨床知識(shí)的學(xué)習(xí)事半功倍[1]。然而，解剖學(xué)知識(shí)覆蓋面廣、需要記憶的內(nèi)容煩冗復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)操作難度大，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度[2]。傳統(tǒng)教學(xué)方式為理論課上教師灌輸式教學(xué)和實(shí)驗(yàn)課上多人一組進(jìn)行操作相結(jié)合。理論課上學(xué)生難以通過圖片和文字對(duì)不同結(jié)構(gòu)的大小、毗鄰、走行等形成認(rèn)識(shí)，實(shí)驗(yàn)課上由于同組成員眾多且不能反復(fù)解剖尸體而無法達(dá)到助力學(xué)習(xí)的目的。

四川大學(xué)于2016年將虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)運(yùn)用于解剖學(xué)教學(xué)，彌補(bǔ)了人體標(biāo)本和可供解剖的尸體不足造成的無法給學(xué)生提供足夠?qū)W習(xí)機(jī)會(huì)的遺憾。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可模擬人體，全方位立體展示皮膚、肌肉、骨骼等結(jié)構(gòu)，學(xué)生可分離各結(jié)構(gòu)并仔細(xì)觀察。該技術(shù)打破了傳統(tǒng)教學(xué)模式，學(xué)生有更多時(shí)間自主觀察學(xué)習(xí)，極大提升了學(xué)習(xí)興趣。本文以采取虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)方法的解剖學(xué)課程為例，探討虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)本科解剖學(xué)教學(xué)的效果。

1 對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象

選取四川大學(xué)華西臨床醫(yī)學(xué)院2019級(jí)臨床醫(yī)學(xué)五年制72名學(xué)習(xí)解剖學(xué)課程的學(xué)生為研究對(duì)象。采用傳統(tǒng)教學(xué)方法的36名學(xué)生為對(duì)照組，年齡18～22歲，平均（19.7±2.2）歲；其中男性15人，女性21人。采用VR技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)方法相結(jié)合的36名學(xué)生為實(shí)驗(yàn)組，年齡18～22歲，平均（19.9±2.0）歲；其中男性17人，女性19人。兩組一般資料比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。

所有學(xué)生均簽署知情同意書，無因故缺席教學(xué)和考核者。

1.2 教學(xué)方法

1.2.1 對(duì)照組（1）理論教學(xué)：解剖學(xué)的難點(diǎn)在于將抽象的理論知識(shí)轉(zhuǎn)換成立體的解剖結(jié)構(gòu)。授課教師將知識(shí)點(diǎn)按四肢、胸部、腹部、頭部等區(qū)域進(jìn)行劃分，分版塊講解。充分利用圖片、標(biāo)本、模型等教學(xué)用具，培養(yǎng)學(xué)生觀察能力和空間想象力，同時(shí)用文字對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。對(duì)于理解難度較大的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系，比如腹腔干動(dòng)脈分支情況，要求學(xué)生畫出動(dòng)脈流向并及時(shí)糾正，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力，通過師生交流提高課堂教學(xué)效率。

（2）實(shí)踐教學(xué)：每節(jié)課開課時(shí)由授課教師播放尸體解剖教學(xué)視頻，接著小組分工合作進(jìn)行解剖。12名學(xué)生為一組，輪流解剖一具尸體，同組學(xué)生解剖時(shí)，其他學(xué)生對(duì)照課本辨別解剖結(jié)構(gòu)。小組解剖過程中，教師針對(duì)具體情況進(jìn)行指導(dǎo)。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)組（1）理論教學(xué)：教師先通過圖片、文字對(duì)解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行講解，使學(xué)生形成初步印象，之后再引導(dǎo)學(xué)生使用VR技術(shù)全方位觀察血管、肌肉、骨骼、器官等結(jié)構(gòu)。觀察結(jié)束后學(xué)生畫出解剖結(jié)構(gòu)、教師糾正的方式促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，提高了課堂教學(xué)效率。

（2）實(shí)踐教學(xué)：實(shí)驗(yàn)課安排在理論課之后。教師引導(dǎo)學(xué)生先通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)拆解要解剖的部位，對(duì)該解剖結(jié)構(gòu)的大小、形狀、空間關(guān)系以及解剖方式有更明確的認(rèn)識(shí)，接著分組按傳統(tǒng)方法對(duì)尸體進(jìn)行解剖，教師進(jìn)行指導(dǎo)。授課結(jié)束后學(xué)生可運(yùn)用VR技術(shù)反復(fù)對(duì)立體結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察、學(xué)習(xí)，加深記憶。

1.3 觀察指標(biāo)

1.3.1 期末成績(jī) 兩組授課結(jié)束后統(tǒng)一進(jìn)行期末理論考試和實(shí)踐考核，考試內(nèi)容包括總論、下肢、上肢、胸部、腹部、盆部和會(huì)陰、頸部、脊柱區(qū)、頭部、中樞神經(jīng)系統(tǒng)10個(gè)章節(jié)，解剖學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)按照解剖學(xué)教學(xué)大綱統(tǒng)一命題，由兩位教師進(jìn)行評(píng)分并取平均值作為學(xué)生成績(jī)。理論考試成績(jī)占綜合成績(jī)的60%，題型包括名詞解釋、選擇和簡(jiǎn)答題；實(shí)踐考核成績(jī)占綜合成績(jī)的40%，要求學(xué)生識(shí)別不同解剖結(jié)構(gòu)的圖片，寫出結(jié)構(gòu)名稱。

1.3.2 問卷調(diào)查 課程結(jié)束后，通過問卷調(diào)查的方式考查學(xué)生對(duì)教學(xué)效果的評(píng)價(jià)，包括學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性、自學(xué)能力、學(xué)習(xí)專注度、團(tuán)隊(duì)合作能力、與教師的互動(dòng)、對(duì)知識(shí)的掌握和利用、臨床思維能力等方面。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

應(yīng)用SPSS 22.0軟件對(duì)研究數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，用t檢驗(yàn)進(jìn)行差異性檢測(cè)；計(jì)數(shù)資料用率表示，用卡方檢驗(yàn)進(jìn)行差異性檢測(cè)。檢測(cè)水平α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 兩組期末成績(jī)比較

實(shí)驗(yàn)組實(shí)踐考核成績(jī)和綜合成績(jī)顯著高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；理論考試成績(jī)略高于對(duì)照組，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見表1。

表1 兩組期末成績(jī)比較（±s，分）

表1 兩組期末成績(jī)比較（±s，分）

t值實(shí)驗(yàn)組（n=3 6）P值項(xiàng)目 對(duì)照組（n=3 6）8 0.6 4±7.9 4 7 8.5 3±8.5 4 7 9.7 9±6.3 6理論考試實(shí)踐考核綜合成績(jī)8 3.1 1±6.4 3 8 4.7 8±7.1 1 8 3.5 6±3.8 3 1.3 8 7 3.3 0 7 3.0 4 2 0.1 7 4 0.0 0 2 0.0 0 4

2.2 兩組教學(xué)效果評(píng)價(jià)比較

實(shí)驗(yàn)組認(rèn)為本組教學(xué)方法有助于提高學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)主動(dòng)性、自學(xué)能力，促進(jìn)對(duì)知識(shí)的掌握和利用，提高發(fā)現(xiàn)和解決問題能力以及臨床思維能力，達(dá)到預(yù)期教學(xué)目標(biāo)，與對(duì)照組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表2。

3 討論

3.1 VR技術(shù)應(yīng)用于解剖學(xué)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

3.1.1 立體化展示解剖結(jié)構(gòu)，使抽象的知識(shí)具體化 高清的立體虛擬影像可直觀展示解剖結(jié)構(gòu)，以骨骼為例，學(xué)生可細(xì)致觀察其切跡、關(guān)節(jié)突、結(jié)節(jié)等結(jié)構(gòu)，有助于掌握骨關(guān)節(jié)的連接和運(yùn)動(dòng)方式、韌帶和肌肉在骨骼上的附著點(diǎn)及其作用等知識(shí)點(diǎn)。學(xué)生可從不同角度觀察立體虛擬影像，增強(qiáng)對(duì)解剖結(jié)構(gòu)位置關(guān)系的理解。以上縱隔為例，該部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要解剖結(jié)構(gòu)包括胸腺、頭臂靜脈、上腔靜脈、主動(dòng)脈弓及其三大分支、膈神經(jīng)、迷走神經(jīng)、喉返神經(jīng)、氣管、食管、胸導(dǎo)管，僅看圖片難以形成清晰的記憶，而立體虛擬影像可有效解決抽象知識(shí)難以理解和記憶這一問題[3-4]。除此之外，VR技術(shù)還有助于學(xué)生理解各解剖結(jié)構(gòu)如何共同發(fā)揮功能作用。學(xué)生可通過立體虛擬影像觀察完整的解剖結(jié)構(gòu)，比如通過觀察全身血管分支和流向了解血液供給，通過觀察氣管、支氣管和肺泡的通路了解氣體交換路徑。

VR技術(shù)使抽象的知識(shí)具體化，且交互性強(qiáng)，幫助學(xué)生在思考中學(xué)習(xí)，理解掌握相關(guān)知識(shí)，將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐。

3.1.2 沉浸式教學(xué)，調(diào)動(dòng)學(xué)生主觀能動(dòng)性 VR技術(shù)借助設(shè)備和人體感知，提供更接近真實(shí)人體解剖結(jié)構(gòu)的立體畫面，大幅度提升學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)感，有助于學(xué)生通過主動(dòng)觀察進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)專注度，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)效率[5]。同時(shí)，VR技術(shù)打破了學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間限制，給學(xué)生更多學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。傳統(tǒng)教學(xué)模式下，由于課堂人數(shù)眾多而教具有限，學(xué)生觀察機(jī)會(huì)嚴(yán)重不足；利用VR技術(shù)教學(xué)，學(xué)生只需使用便攜式VR設(shè)備，便可獲得在解剖教室觀察標(biāo)本、尸體的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

3.1.3 教學(xué)資源可重復(fù)利用，節(jié)約教學(xué)成本 醫(yī)學(xué)院校學(xué)生眾多，標(biāo)本和模型等教學(xué)用具損耗快，且實(shí)驗(yàn)室尸體來源緊張，急需新的教學(xué)方式解決教學(xué)用具不足的問題[6]。除此之外，解剖尸體過程中，需要使用手術(shù)器械、消毒用品等，這也進(jìn)一步增加了教學(xué)成本[7]。運(yùn)用VR技術(shù)教學(xué)僅需使用虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡，提供了無損耗的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境，極大地節(jié)省了教學(xué)資源。

3.2 VR技術(shù)應(yīng)用于解剖學(xué)教學(xué)的不足

3.2.1 團(tuán)隊(duì)協(xié)作和師生互動(dòng)不足 傳統(tǒng)教學(xué)模式下學(xué)生與教師、同學(xué)的互動(dòng)主要是課上提問以及操作中的溝通、配合，存在互動(dòng)不足的問題。VR技術(shù)給學(xué)生提供了沉浸式學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，學(xué)生通過觀察進(jìn)行學(xué)習(xí)，與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比沒有更多機(jī)會(huì)與同學(xué)、教師互動(dòng)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)積極探索適合的教學(xué)方法，利用互聯(lián)網(wǎng)打造數(shù)字化學(xué)習(xí)交流平臺(tái)[1]。

3.2.2 不可進(jìn)行虛擬解剖 目前的VR技術(shù)還沒有解決“觸覺”問題，學(xué)生不能通過VR技術(shù)模擬尸體解剖操作，仍以觀察為主[8]。關(guān)于VR“手術(shù)刀”的研發(fā)將彌補(bǔ)這一不足，學(xué)生可通過VR技術(shù)把“身體”的某個(gè)部位“切開”，參與性更高。教師還可以利用VR技術(shù)模擬不同疾病的患者，學(xué)生可通過虛擬手術(shù)得到更多實(shí)踐機(jī)會(huì)，積累經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)語

解剖學(xué)涉及知識(shí)面廣，難以理解記憶，需采用適合的教學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生牢固掌握相關(guān)知識(shí)。將VR技術(shù)運(yùn)用于教學(xué)有效解決了傳統(tǒng)教學(xué)方法中學(xué)生對(duì)解剖結(jié)構(gòu)理解不到位、學(xué)習(xí)主動(dòng)性不高、教學(xué)資源匱乏等問題，提高了學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)了學(xué)生臨床思維能力，是一種全新、有效的教學(xué)方法。但目前的解剖學(xué)教學(xué)仍存在師生互動(dòng)不足、VR技術(shù)尚不可模擬尸體解剖操作等問題，需加強(qiáng)解剖學(xué)教學(xué)模式探究以及VR技術(shù)應(yīng)用研究，為學(xué)生提供更好的學(xué)習(xí)條件，培養(yǎng)更多優(yōu)秀的醫(yī)學(xué)人才。