虚拟数字人在断层解剖学实验教学中的应用研究

侯继野 姜杨 郭林娜 姚立杰 沈雷

[摘要] 随着现代信息网络化的飞速发展，数字化课程也在全国各大医学高校教学普遍开展起来。断层解剖学是研究正常人体不同方位层面上器官结构的位置、形态、毗邻的一门医学学科，是医学影像学专业学生的专业基础课程，是学好医学影像诊断学、超声学、介入放射学的桥梁学科，但本课程知识内容繁多、复杂，学生学习记忆本课程知识点困难，教学效果不够理想。本研究在本课程实验课教学上结合虚拟数字人教学，丰富教学手段，让学习者学习情景更逼真、立体、生动，自主学习主动性更强，取得较好教学效果，教学质量明显提高。

[关键词] 虚拟数字人;断层解剖学;实验教学;应用研究

[中图分类号] R322 [文献标识码] A [文章编号] 1672-5654（2019）05（b）-0127-02

断层解剖学是建立在系统解剖学和局部解剖学基础之上的一门学科，主要学习断面上器官结构的位置、形态及毗邻，知识结构由整体的学习进入了断面学习，相对于前两门课程，本门课程学习内容复杂，记忆人体断面上的结构较多，人体断面层数较多，变化相对复杂，学生难以理解、记忆较困难，导致期末考试复习不理想，分数较低甚至不及格。实验课是本门课程的重要组成部分，在以往实验教学主要采用教师先讲授断层标本和模型，最后学生观察标本和模型的讲授模式，讲课模式传统、单一，学生学习结构知识枯燥、乏味，学习效率较低。由于实验室断层标本数量有限，实验课学生数量多，在课堂内学生观察标本时间有限，也是学生学习效率低的原因之一。实验室断层标本难以保存，修复困难，许多结构观察不清晰，学生很难辨认，许多学生学习兴趣下降，学习效率低。教学效果的好坏直接影响以后学习的专业课程和临床实习[1]。随着电子科技发展，医学领域也逐渐开展数字课程研究[2]。本教研室在2015年引进的虚拟数字人，改善实验授课教学环境，操作简单、方便、立体直观，虚拟数字人系统包含大量男女性断面图片，图片可以任意放大、标记、旋转、连续观察等功能，对于学生学习和记忆断层解剖学结构有很大帮助，为以后学习影像诊断学、超声学、介入放射学等相关课程打下坚实基础，在以后进入临床阅片、疾病诊断也有较好的帮助[3]。

1  对象与方法

1.1  研究对象

选取齐齐哈尔医学院2015级医学影像学专业1个班学生共50人，随机分成2组，每组25人。实验组采用传统式授课结合虚拟数字人教学系统进行教学，对照组采用传统式授课教学。授课教师为同一教师，较少数据的差异性。

1.2  授课方法

实验课前给实验组学生讲解虚拟数字人的操作方法，方便在实验课学生操作正确、规范。

在实验授课课堂上，课堂上教师给出该次课观察重点结构名称。对照组学生分成4组，每组5～6人，前30 min，教师首先讲授标本和模型重点结构，中间30 min，学生以小組为单位进行观察、讨论标本和模型，后30 min教师进行总结和考核。实验组学生分成4组，每组5～6人，前30 min，有2组学生通过虚拟数字人观察、讨论重点结构，另2组通过断层标本和模型观察、讨论重点结构，中间30 min，两部分学生相互调换，后30 min，教师进行总结和考核。

1.3  授课内容

根据断层解剖学课程实验教学大纲，以头部、胸部、腹部三部分章节为重要章节，主要实习观察头部横断面、胸部横断面、腹部横断面。见表1。

1.4  教学评价

实验教学结束后统一进行实验考核和调查问卷。实验考核10个结构，每个结构2分，共计20分，出题范围为头部、胸部、腹部三章节内容，通过放映断层标本幻灯片考核学生结构辨认，学生写出结构名称，由同一教师进行出题和评分，保持试题难易度和评分标准一致。考试成绩用SPSS 18.0软件对数据进行统计分析，采用t检验，P<0.05为差异有统计学意义。调查问卷在实验课程结束后进行，对实验组学生通过记忆断层结构的准确性、自主学习的能力、团队合作精神、学习效率四部分进行调查问卷。

2  结果

2.1  实验考核

通过实验考核检测两组学生实验成绩，考核10个结构，分数设定为20分，每个结构2分，授课教师不参与出题和评卷。对照组实验考试平均成绩（13.41±0.76）分，实验组实验考试平均成绩（18.22±0.23）分，实验组实验考试平均成绩明显高于对照组实验考试平均成绩，差异有统计学意义（P<0.05）。

2.2  调查问卷

对实验组学生发放调查问卷25份，全部收回。通过记忆断层结构的准确性、自主学习的能力、团队合作精神、学习效率4部分进行调查。可见实验组学生记忆断层结构的准确性、自主学习的能力、学习效率满意度分别为85.2%、83.0%、80.8%，大部分学生满意这种教学方式，教学效果提高明显，同时团队合作精神满意度达78.4%，可以提高学生之间的沟通合作能力。见表2。

3  讨论

该教研室断层解剖学课程理论课时少，课程涵盖知识量大、内容复杂、难以理解，教师讲授过程由整体向断面过渡，辨认每个断面上结构，由于理论课堂上讲授知识点时间有限，学生学习枯燥、理解困难，记忆知识点不准确、效率低。实验授课是断层解剖学重要组成部分，大部分学生在实验授课学习效率较高，他们在课前复习理论课讲授过章节的知识点，在进入实验室内观察标本和模型进行学习、辨认和记忆，加深对解剖结构的掌握程度。但实验授课断层标本数量有限，学生数量还较多，导致在课堂上一定时间内进行观察标本数量有限。再一，断层标本保存效果不好，长时间使用导致标本变干，一些细小结构无法进行观察，导致学生学习主动性降低，学习效率下降。虚拟数字人是实验教学改革的重要方向[4]，该研究采用虚拟数字人教学结合标本、模型观察，可以在虚拟数字人观察整体器官结构的位置、形态和毗邻，再转入断面继续进行学习和记忆，更好地从整体进入断面学习，学习者也可以连续观察断面结构，重塑形成整体，结合实验室标本、模型的观察，加深对人体整体和三维断面的掌握，提高学生学习效率和自主学习能动性，改善以往实验教学环境，提高教学质量，提升教学条件，本课程利用虚拟数字人学习大致过程：如肝的断面实习，重点和难点是肝段的划分，先复习肝的大体解剖，再进入肝的断面解剖，在断面上辨认肝内管道，进行肝段划分，结合观察肝断面标本、模型，循序渐进地系统学习，学生理解知识点扎实、准确，在以后对肝占位性病变的精确定位诊断打下坚实基础。

虚拟数字人的优点：①操作简单、易懂，学生可以在课堂上自行进行操作学习。②功能强大，结构中英文结构标注，有旋转、放大、标记和连续观察等功能。③通过观察某一结构，可以观察其周围毗邻结构，更好地学习断层解剖学知识。④可以连续断面观察，由整体向断面过渡，由断面向整体过渡效果好。⑤减少尸体标本使用，改善教学环境，保护师生身心健康。

虚拟数字人的缺点：①只能局限在实验室内使用虚拟数字人，学生在教室以外不能使用，局限了使用时间和地点。②费用高昂，一个实验室只能配备几台，学生使用时间有限，限制了使用时间。

虚拟数字人是现代科技的产物，已经广泛应用医学院校教育领域及临床外科治疗领域[5]，本教研室引进数字人软件在断层解剖学实验课进行授课，通过分组进行教学研究，最后进行实验考核和调查问卷，结果显示采用虚拟数字人结合标本模型讲授方式效果明显高于标本模型的传统式讲授，增强学生自主学习能力和解决问题能力，也提高了学生之间的团队合作和沟通能力，教学效果明显提高，教学环境明显改善，学生更好地向影像诊断学、超声学、介入放射学等专业课过渡，为学生在以后进入临床实习和工作打下坚实基础。

[参考文献]

[1]  李治华，曹靖，尚琳，等.断层解剖学教学的实践与体会[J].解剖学研究，2010，32（6）：454-456.

[2  陈丹，周新璐.探讨数字化虚拟人在解剖实验教学中的应用[J].医药，2016，29（6）：263-264.

[3]  李成，曹承亮，单增强，等.影像读片在人体断层解剖学实验教学中的应用[J].解剖学杂志，2015，38（5）：640-641.

[4]  吕婷，刘桂铃，杜海洲，等.虚拟现实技术在生物医学领域中的应用[J].中国组织工程研究与临床康复，2010，14（43）：8099-8103.

[5]  王松涛，陶晶，崔卫刚，等.数字人解剖系统在解剖学实验教学中的应用初探[J].中国高等医学教育，2018（2）：84-85.

（收稿日期：2019-02-17）