基于“数字人”的创新性实验项目在正常人体学教学中的实践

王新艳，吕叶辉，王从荣，姚 磊，李志宏

（上海健康医学院基础医学院，上海 201318）

正常人体学是研究正常人体形态结构及生命发展规律的科学，是医学及医学相关专业学生必修的重要基础课程，而人体解剖结构是学习该课程的基础。传统解剖学实验教学，大多采用图片、器官模型和尸体等手段，由于医学院校大量扩招，实验教学设备老化、标本模型数量不足、尸源紧张等问题逐渐凸显。随着信息技术的发展，数字化虚拟仿真实验教学已蔚然成风，应用数字虚拟技术，将大量人体断面数据信息通过计算机整合建成人体三维立体结构图像，并在此基础上构建“数字人”解剖系统[1-2]。此项技术契合虚拟仿真教学的要求，弥补了传统解剖教学的不足，因此，我校基础医学院于2016年引进“数字人”交互解剖触控教学系统（简称“数字人”），搭建了先进的高清数字解剖平台，在充分发挥平台优势的基础上，进行了实验课程改革。

1 “数字人”在实验教学中的应用及教学研究现状

“数字人”软件包括系统解剖学、局部解剖学、断层解剖学、解剖学微课和自主学习5个模块，经三维重建的“数字人”的每个重要解剖结构均加注了文字说明和关键结构标注，可以通过触屏任意旋转方向，观察解剖结构，随意放大缩小，多视角、全方位观察。另外，该系统还有很多快捷方便的功能，如背景切换、标注、分离、透明、剥离、查找、发音、随手画等，上课过程中教师和学生可以通过触屏进行讲解与学习；微课和自主学习模块可以帮助学生根据自己的学习情况进行预习、复习。“数字人”近年来在国内各个医学院校解剖学教学中得到了广泛使用，在大量教学研究中，人们发现其能很好地提升教学效果。问卷调查发现，运用“数字人”教学可以提高学生学习兴趣，增强知识吸引力，提高知识的易接受性[3-4]，通过与对照组对比发现，“数字人”的运用可以明显提高学生学习成绩，使学生对解剖位置、结构的认识更加深刻，部分研究还发现可以加深学生对器官功能的掌握。对教师的调查发现，“数字人”可以作为很好地辅助教学工具，突破教学难点，更好地促进师生互动[5-7]。

尽管“数字人”拥有诸多优点，但是在实际教学过程中我们发现，如果单纯地将“数字人”作为解剖模型和标本的替代品，实验课仍旧是教师在触屏上指认和描述解剖结构，学生在电脑前观察和聆听这样单一的形式，那么这个系统只是一种可以自主操控的教学课件，长此以往，学生渐渐失去新鲜感，教学效果和学习兴趣也难以提高。为解决这一问题，我们围绕如何充分发掘“数字人”功能，有效提高学生学习积极性和学习效果这一主题进行了实验教学改革。

2 基于“数字人”的正常人体学实验教学改革

正常人体学是一门综合性课程，其内容包括人体解剖结构、组织结构及生理功能，熟悉解剖结构是理解生理功能的基础。传统解剖模型一般是展示单一器官形态或者局部结构，对于如脉管系统、神经系统等涉及全身的结构，运用模型往往很难使学生形成一个整体认识，不能使知识体系化、完整化。利用“数字人”可以解决这一问题，每个系统的解剖结构都可以由整体到局部、由局部再到整体地去观察。为此，我们根据正常人体学课程特色和教学大纲，选出可以利用“数字人”教学的章节，包括运动系统、呼吸系统、消化系统、泌尿系统、生殖系统、脉管系统、神经系统和感觉器官8个章节，然后针对每个章节的教学难点和重点，设计1～2个创新性实验项目，每个项目以临床案例或者情景案例为引导，抛出相关问题，问题围绕章节重要知识点展开，引发学生思考，并在实验课上结合“数字人”将所学理论知识运用于实践，解决实际问题，激发学生探索欲和学习兴趣。这些实验项目适用于我校临床医学、护理、检验、影像专业学生。

3 基于“数字人”的创新性实验项目的实施

3.1 实验项目设计

传统正常人体学实验项目以解剖和组织学结构的观察、描写为主，缺乏创新性，难以提高学生自主学习能力。我们以临床问题或者情景案例为引导，针对不同专业设计不同临床案例。例如，学习脉管系统时，针对临床医学专业设计“肺栓塞”的案例，以“下肢深静脉血栓如何到达肺动脉”为主要问题；针对影像专业设计“为病人进行左冠状动脉造影术”的案例，以“在肱动脉做穿刺，要经过哪些解剖结构才能到达左冠状动脉”为问题；针对护理专业设计“为阑尾炎病人进行手背静脉注射”的案例，以“药物如何到达阑尾”为主要问题。课堂上学生以小组为单位，讨论并综合利用所学知识去解决临床问题，在讨论过程中利用“数字人”单独显示所选结构，隐藏其他结构的功能，并随意拉伸和缩小，以便观察各个结构之间的关系。学生自主探究，利用截图制作课件，在课堂展示并进行小组成果汇报。

3.2 教学实践

我们将2017级影像专业的一个班设为实验组，另一个班设为对照组，对照组采用传统实验教学方法，由任课教师对解剖学模型和标本进行逐一讲解，之后学生自学、辨认标本并完成实验报告中的填图作业。实验组采用创新性实验项目，具体过程如下：

（1）回顾理论：教师对本次实验课涉及的概念、知识点等进行概括，使学生对教学重点有一个全面的了解。

（2）运用“数字人”进行案例分析：学生每7～8人分为一个小组，任课教师用临床案例或者情景案例引出问题，学生以小组为单位进行讨论，借助课本、图谱、“数字人”自主探究并解决问题，对解剖结构进行辨认、观察，如问题牵涉多个系统，可以将不同系统的器官结构特点相结合。例如，将脉管系统的血管和消化系统某器官供血之间的关系进行结合，利用“数字人”有目的地选择解剖结构，保存图片作为参考资料。课下，学生利用这些资料制作PPT，第二次课上进行成果汇报。

（3）学习效果评价：教师对学生课堂表现、小组合作、成果展示等进行评价，结合随堂测验综合评价学生学习效果。

3.3 教学效果评价

（1）学生问卷调查：了解学生对各自教学方法的评价，于学期结束后发放调查问卷，包括学习兴趣、知识易接受性、自主学习能力、临床思维的建立、团队合作能力5方面。

（2）测试成绩：包括随堂测试和期末考试。随堂实验测验要求学生在标本、模型和图片上进行重要解剖结构辨认。期末考试为笔试，题型包括选择题、简答题和论述题，内容涉及重要器官结构的位置、形态、功能、临床应用等。两种测试成绩各占50%，计算总分。

4 结果

学生问卷调查结果显示，实验组96%的学生认为基于“数字人”的创新性实验项目激发了学习兴趣、使难点知识更易理解，提高了自主学习能力，培养了临床思维，增强了团队协作能力。实验组期末总评成绩显著高于对照组，对于解剖结构位置、功能的掌握情况明显优于对照组学生。

5 讨论

利用“数字人”进行实验，通过动态显示高清三维结构、触屏操控和人机互动进行实验教学，这种自控式和体验式的教学形式有助于激发学生学习兴趣与积极性。“数字人”可以使许多复杂结构更直观、抽象结构更具体，结合以解决临床问题的项目，使学生从原来的观看教师展示模型变为主动探索研究问题，学习由被动转变为主动，由聆听转变为讨论。一方面，促进其主动思考和自主学习，使其对知识的掌握从死记硬背转变为理解、内化；另一方面，可以使学生透过现象发现本质，具备初步的临床思维能力。小组协作增强了学生团队协作及表达能力，而多样化的考核评价体系可以避免学生考前突击，保证学习持续高效，提高教学效果。

目前，我学院正在进行基础医学整合式教学，在总结该创新项目实施经验的基础上，未来可以将其与疾病学、病原微生物学和药理学相结合，应用于课程教学研究与改革中，使实验教学手段更加丰富、高效。