基于實(shí)物標(biāo)本的3D數(shù)字化云解剖教學(xué)平臺(tái)應(yīng)用研究

鄭瑩瑩 ，胡倩南 ，婁陽(yáng)云 ，趙紅軍，史華杰，王 平 ，李 婷 *

（1.杭州醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院，浙江 杭州 311399；2.杭州醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院，浙江 杭州 311399；3.鄭州國(guó)之正生物科技有限公司，河南 鄭州 450001）

人體解剖學(xué)教學(xué)需要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)人體結(jié)構(gòu)的空間思維、想象和分析能力，其方法倚重解剖標(biāo)本的觀察、層次解離、研習(xí)等途徑。但因人體標(biāo)本的稀缺性、不易移動(dòng)性以及解剖模型模具的失真，給學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)帶來(lái)一定的不利影響。隨著數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展，諸如中國(guó)數(shù)字人[1]、3D 解剖 VR[2]、3D body[3]等多種數(shù)字解剖軟件或App應(yīng)運(yùn)而生，但因其操作不便、設(shè)備昂貴、缺乏高保真等原因，醫(yī)學(xué)生的使用率不高。例如，3D body軟件需要安裝特定的App（大部分資源為非免費(fèi)的），且因基于模型的圖片與實(shí)物標(biāo)本相差較大，給解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)一定的不利影響[4]。

為解決以上問(wèn)題，在校企合作的基礎(chǔ)上構(gòu)建了基于實(shí)物標(biāo)本的3D數(shù)字化云解剖教學(xué)平臺(tái)，并將其應(yīng)用于人體解剖學(xué)教學(xué)中。實(shí)物標(biāo)本3D數(shù)字化是對(duì)真實(shí)的解剖標(biāo)本進(jìn)行多角度、多層次圖像采集后，輔以復(fù)雜的計(jì)算機(jī)數(shù)字三維重建技術(shù)，構(gòu)建可沿?zé)o限軸向360°旋轉(zhuǎn)、自由縮放的高保真立體數(shù)字圖像的方法。以下將簡(jiǎn)單介紹該平臺(tái)的教學(xué)應(yīng)用情況。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

選擇我校2020級(jí)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)4個(gè)班120名學(xué)生為研究對(duì)象，所有學(xué)生對(duì)本研究均知情同意。

1.2 研究方法

采用實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組比較研究的方法，選擇臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)2001班、2002班各30人為實(shí)驗(yàn)組；臨床醫(yī)學(xué)2003班、2004班各30人為對(duì)照組。各班學(xué)生按照高考成績(jī)隨機(jī)均衡分班。

對(duì)照組采用傳統(tǒng)教學(xué)法，實(shí)驗(yàn)組利用基于實(shí)物標(biāo)本的3D數(shù)字化云解剖教學(xué)平臺(tái)，采用線上線下相結(jié)合的教學(xué)法。兩組學(xué)生解剖學(xué)教材、大綱、課時(shí)一致，且由同一任課教師授課。

1.3 基于實(shí)物標(biāo)本的3D數(shù)字化云解剖教學(xué)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)

依據(jù)第九版《人體解剖學(xué)》教材，選擇符合我國(guó)人型標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)物標(biāo)本制成大體標(biāo)本，再采用進(jìn)口三維掃描儀，對(duì)標(biāo)本的三維信息進(jìn)行切割掃描，獲取數(shù)據(jù)，借助計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、醫(yī)學(xué)圖像處理、科學(xué)計(jì)算和虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)字媒體創(chuàng)作等三維數(shù)字重建圖像技術(shù)制作3D數(shù)字化解剖教學(xué)系統(tǒng)。系統(tǒng)中的標(biāo)本圖像在解剖紋理、結(jié)構(gòu)上與真實(shí)標(biāo)本保持99.9%一致，所包含的結(jié)構(gòu)也以“精準(zhǔn)范圍”方式被標(biāo)注，而且可以實(shí)現(xiàn)自由旋轉(zhuǎn)、縮放、拆解、重組等功能性操作，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的真實(shí)標(biāo)本數(shù)字化。將制作好的3D數(shù)字化解剖教學(xué)系統(tǒng)上傳微信公眾號(hào)，創(chuàng)建一款適用于解剖學(xué)教學(xué)的師生互動(dòng)和自學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)云教學(xué)。因師生的微信使用率幾乎達(dá)到100%，師生無(wú)須再安裝新的軟件或App，通過(guò)手機(jī)或其他裝有微信的個(gè)人終端設(shè)備即可隨時(shí)隨地使用。

1.4 教學(xué)實(shí)施

對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組均采取小班化教學(xué)，即30人一個(gè)班，將30個(gè)學(xué)生分成4個(gè)小組，每個(gè)小組7～8個(gè)學(xué)生。以脈管系統(tǒng)內(nèi)容為例，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組均提前一周告知學(xué)習(xí)內(nèi)容，督促學(xué)生提前預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)組利用“云解剖”平臺(tái)預(yù)習(xí)。

課堂上，對(duì)照組采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)法：課上教師首先在模型和標(biāo)本上進(jìn)行操作講解，然后學(xué)生以小組為單位結(jié)合書(shū)本觀察模型、實(shí)物標(biāo)本。

實(shí)驗(yàn)組利用“云解剖”平臺(tái)采用線上線下相結(jié)合的教學(xué)法：除使用“云解剖”平臺(tái)之外，其余與對(duì)照組無(wú)異。

課程結(jié)束后，立即對(duì)兩組的脈管系統(tǒng)教學(xué)效果進(jìn)行卷面測(cè)評(píng)分析，隨后對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行抽樣訪談。

1.5 效果評(píng)價(jià)

1.5.1 卷面測(cè)評(píng) 脈管系統(tǒng)教學(xué)結(jié)束后，對(duì)所有研究對(duì)象進(jìn)行測(cè)評(píng)考核?？己嗽嚲碛尚?nèi)一名解剖學(xué)資深專家編制，內(nèi)容包括：心血管系統(tǒng)（6題）、淋巴系統(tǒng)（4題）共10題，每題1分。分別從形態(tài)結(jié)構(gòu)、功能、臨床意義等方面考核學(xué)生對(duì)脈管系統(tǒng)的掌握情況。對(duì)研究對(duì)象采用單盲法測(cè)試，即研究對(duì)象不知測(cè)試的目的及測(cè)試分組情況。

1.5.2 抽樣訪談 訪談對(duì)象的抽樣。先以測(cè)評(píng)成績(jī)從高至低分別對(duì)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組學(xué)生排序，再以測(cè)評(píng)成績(jī)?yōu)榉謱右罁?jù)進(jìn)行隨機(jī)分層抽樣，即在兩組中抽取訪談對(duì)象時(shí)，對(duì)象在同一層級(jí)的分布上一一對(duì)應(yīng)，如在實(shí)驗(yàn)組30～39名隨機(jī)抽2名，在對(duì)照組的30～39名同樣隨機(jī)抽2名。

本次研究每組各選5人為訪談對(duì)象，且均知情同意。訪談內(nèi)容主要圍繞“傳統(tǒng)教學(xué)”和“線上線下結(jié)合教學(xué)”兩個(gè)核心概念羅列問(wèn)題，如“解剖學(xué)復(fù)習(xí)的主要手段是什么”“云解剖平臺(tái)對(duì)解剖學(xué)成績(jī)的影響”等。訪談時(shí)間為1小時(shí)，并做好錄音。為防止偏差，整個(gè)過(guò)程中采用單盲法，即被訪談?wù)卟恢婪纸M情況。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

所收集數(shù)據(jù)采用SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，計(jì)量資料使用（±s）表示，組間比較采用t檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 卷面測(cè)評(píng)結(jié)果

脈管系統(tǒng)知識(shí)課后測(cè)評(píng)的卷面得分比較結(jié)果（見(jiàn)表1）顯示：實(shí)驗(yàn)組得分高于對(duì)照組（P＜0.05）。這提示采用基于“云解剖”平臺(tái)的線上線下相結(jié)合的教學(xué)法能提升臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生考試成績(jī)。

2.2 訪談結(jié)果

本研究對(duì)10名學(xué)生進(jìn)行了有關(guān)脈管系統(tǒng)課程教學(xué)的訪談，總結(jié)發(fā)現(xiàn)如下幾個(gè)特點(diǎn)。

（1）實(shí)驗(yàn)組利用“云解剖”平臺(tái)學(xué)習(xí)，可以點(diǎn)擊結(jié)構(gòu)部位放大觀察，并配有中英文注釋、名詞解釋等，學(xué)習(xí)效果更好，且不受時(shí)間和場(chǎng)地限制，可有效利用碎片化時(shí)間隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)交流，提高了學(xué)習(xí)效果。

（2）實(shí)驗(yàn)組學(xué)生普遍認(rèn)為“云解剖”平臺(tái)操作方便，不需要安裝特定的App，且系統(tǒng)中的數(shù)字化標(biāo)本與教學(xué)內(nèi)容出入較小，還配有旋轉(zhuǎn)、放大、縮小等功能，可以360°無(wú)死角并實(shí)時(shí)還原人體模型，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

（3）因人體解剖學(xué)課時(shí)多、學(xué)習(xí)壓力大，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組學(xué)生課后都需要復(fù)習(xí)，但對(duì)照組學(xué)生認(rèn)為傳統(tǒng)教學(xué)資源有限，復(fù)習(xí)資料大多來(lái)自課本和PPT。而實(shí)驗(yàn)組認(rèn)為“云解剖”平臺(tái)資源豐富、分類清楚，為課外復(fù)習(xí)提供了便利的條件。

3 討論

3.1 “云解剖”平臺(tái)的教學(xué)效果

本研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)教學(xué)法相比，基于“云解剖”平臺(tái)的線上線下相結(jié)合的教學(xué)法對(duì)學(xué)生解剖學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)具有明顯的促進(jìn)作用。結(jié)合抽樣訪談結(jié)果，分析這種促進(jìn)作用的原因可能是由于“云解剖”平臺(tái)充分利用了學(xué)生的碎片化時(shí)間；云平臺(tái)上豐富、高保真、可自由縮放、可任意軸向旋轉(zhuǎn)的數(shù)字化標(biāo)本有利于培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的解剖結(jié)構(gòu)空間思維和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)解剖學(xué)知識(shí)的興趣，從而促進(jìn)相關(guān)知識(shí)的掌握。傳統(tǒng)解剖學(xué)教學(xué)法課時(shí)有限、標(biāo)本數(shù)量有限且大多浸泡在福爾馬林中，不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，而“云解剖”平臺(tái)具有新穎、直觀、操作簡(jiǎn)單的特征，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)主觀能動(dòng)性[5]，從而提升學(xué)習(xí)效果。

3.2 “云解剖”平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)

隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，人類開(kāi)始邁入信息數(shù)字化的新世紀(jì)。云技術(shù)、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)在學(xué)生學(xué)習(xí)、教師教學(xué)以及教育教學(xué)評(píng)價(jià)、學(xué)校管理等方面得到全面應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)正在改變傳統(tǒng)的教育模式[6-7]。傳統(tǒng)解剖學(xué)教學(xué)方法是典型的直觀教學(xué)法，實(shí)物標(biāo)本稀缺且不便隨身攜帶（可獲得性差）限制了它自身的推廣應(yīng)用[8]。而“云解剖”平臺(tái)具有較好的實(shí)物標(biāo)本替代性，可彌補(bǔ)實(shí)物標(biāo)本存在的缺陷。所以“云解剖”平臺(tái)是解剖學(xué)教學(xué)的一個(gè)有利補(bǔ)充和必然發(fā)展趨勢(shì)。

“云解剖”平臺(tái)具有操作簡(jiǎn)單、無(wú)須另裝App、免費(fèi)、高保真性、高可獲得性等優(yōu)勢(shì)，使醫(yī)學(xué)生或醫(yī)務(wù)工作者可以利用碎片化時(shí)間隨時(shí)隨地預(yù)習(xí)、自學(xué)、復(fù)習(xí)解剖學(xué)知識(shí)。通過(guò)該平臺(tái)，使用者可以在手機(jī)上對(duì)解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行任意旋轉(zhuǎn)、放大、縮小等操作；可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人體任意標(biāo)本結(jié)構(gòu)的觀察；還可以通過(guò)題庫(kù)進(jìn)行考核，及時(shí)對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行測(cè)驗(yàn)和查漏補(bǔ)缺。但“云解剖”平臺(tái)也有較明顯的劣勢(shì)：前期工作量巨大、開(kāi)發(fā)成本較高，雖然具有高保真性，但與實(shí)物標(biāo)本相比還是存在一定差異，所以在不易獲得實(shí)物標(biāo)本的醫(yī)學(xué)院校具有一定的實(shí)物標(biāo)本替代作用，在易獲得實(shí)物標(biāo)本的學(xué)校也仍然只是一個(gè)補(bǔ)充，在功能上完全替代實(shí)物標(biāo)本仍有長(zhǎng)遠(yuǎn)的研發(fā)之路。