三维计算机辅助教学在中耳解剖实践中的应用

李阳 盛颖 高天喜 侯炜 闫静 许映龙 吴宝俊

中耳是耳鼻咽喉解剖的最复杂部分，其结构细小、深在，无法直视，毗邻关系复杂，很难立体空间想象。传统教学多采用解剖图例、颞骨组织切片及普通CT 等二维模式施教，教师的讲解不易表达清楚，学生的学习也很表浅，很容易产生学习挫败感，不利于后续的耳科临床学习。随着科技的发展，三维计算机辅助（3D computer assisted instruction，3D CAI）教学逐渐应用于医学教育的很多方面[1]。这种教学模式能借助计算机软件，应用动态三维立体解剖取代传统的二维图像，从各个方位和角度显示复杂的解剖结构和空间的毗邻关系[2]。同时可以增加教学的吸引力和创造性，调动学习积极性，明显提高学习效率[3-5]。本项目将计算机三维教学模式引入本科生的中耳解剖实习课，探索其教学应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取学校2013 级临床医学五年制本科2 个班的医学生，随机分为两组：实验组（计算机三维模拟模式）22 人，对照组（传统教学）23 人。两组学生性别、年龄、生源、入学成绩和基础课成绩差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。

1.2 研究方法

1.2.1 实验组 采用3D CAI 教学。教师下载Medical Kos 软件（META Corporation，Japan）及3D 解剖视频（http://otopathologylaboratory.org），将颞骨三维解剖投影于黑板进行带教。将实物解剖与虚拟解剖相结合，先整体讲述，再逐一分解、旋转中耳解剖结构，从不同层次、角度、方位讲解其相互毗邻关系，力求突出重点、生动有趣、加深印象，尽可能把立体三维解剖在临床教学中的优势表现出来（图1）。

1.2.2 对照组 采用传统的多媒体课件授课。更多的依靠口头描述的方式，将解剖图片、颞骨模型讲解清楚，力争让学生理解并加深印象。

1.3 评价指标

图1 3D CAI 中耳解剖教学图像

由课题组教师列出调查项目，对实践示教、教学内容、教学方法的满意度，调查项目分为“优、良、中、差”四级，制作成不记名问卷调查表，由两组学生对教学方法进行评价，对各项目的满意度进行组间比较。学期末对两组学生进行理论考试，考试内容、考试时间均无差别。

1.4 统计学方法

所得数据录入SPSS 20.0 统计软件。符合正态分布的计量资料用（）表示，两组之间比较采用t检验。非正态分布的计量资料用Median（P25，P75）表示，两组之间的比较采用Mann-Whiteney 检验。两组间的性别、生源和问卷满意度比较采用χ2检验。以P＜0.05 表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 学生对教学方法的评价

实验组学生对教学内容、教学方法的满意度分别为90.9%和95.2%，而对照组对教学内容、教学方法的满意度分别为65.2%和69.6%，均显著低于实验组（P＜0.05）。见表1。

表1 两组学生调查问卷满意度优良率的比较 [人（%）]

2.2 学生自信心评价

问卷调查显示实践课之前，两组中大多数学生认为中耳解剖不易理解和记忆，二者差异并无统计学意义（P＞0.05）。经过中耳解剖实践课的学习，实验组和对照组分别有63.6%和30.4%的学生认为中耳解剖容易理解和记忆，二者差异具有统计学意义（P＜0.05），见表2。

在实践课之前，两组中大多数学生没有信心辨识中耳解剖结构，二者差异并无统计学意义（P＞0.05）。经过实践课的学习，实验组和对照组分别有59.1% 和26.1% 的学生认为自己有信心辨识出中耳结构，二者具有显著性差异（P＜0.05），见表3。

表2 两组学生对中耳解剖认知评价 [人（%）]

表3 两组学生自信心自我评价 [人（%）]

2.3 考试成绩分析

理论考试中，中耳解剖所占分数为10 分。如图2 所示，实验组学生成绩为9（8，10），而对照组学生的成绩为6（5，6），对照组显著低于实验组（P＜0.05）。

图2 两组学生中耳解剖考试成绩的比较

3 讨论

耳颞部解剖结构微小复杂，形态不规则，空间关系复杂，是临床和教学的难点。而传统耳解剖的学习依赖于教师对解剖图片、模型的讲解，以及学生颞骨解剖训练，在显微镜下对解剖层次及解剖结构、空间关系的辨识。但受到标本来源以及解剖条件的限制，很难满足学生颞骨解剖学习的需要。1994年，可视化人类工程（visible human project）创新性的将计算机三维模拟教学应用于解剖教学，即采用三维成像技术将二维图形转化为直观、精确的立体图形，并经过旋转影像和电子“解剖”，从不同角度进行观察。这种技术对不同组织的结构进行自显影,并标记为各自不同的颜色,从而可真实形象地再现各结构的解剖空间关系已被命名为“非损伤的立体解剖”，不但为学习者提高立体视角，更好的显露隐藏细节结构，而且节省了解剖标本[6-8]。目前，3D 模式已经用于耳科教学，是学习耳科解剖的有效方法[9-10]。但很多学者利用CT或MRI 图像进行内部结构的三维重建[11-12]。对于医学生来说，影像学三维图像难度较大，需要一定的解剖基础。本研究采用的3D CAI 教学将实物解剖与虚拟解剖相结合，将真实颞骨解剖图片进行重建，图像更真实、直观，同时结合三维动画显示，学生可以从不同角度、不同层次学习中耳的复杂结构，更深刻的理解这些复杂结构的空间立体关系。本研究中的教学对象为没有经过耳鼻咽喉头颈外科轮转的医学本科生，这种3D CAI教学内容、教学方法的满意度分别为90.9% 和95.5%，显著高于对照组，进一步说明3D CAI 教学是具有吸引力的、深受学生欢迎的教学模式。

中耳解剖是耳科学的难点，也是后续学习耳病理生理及耳临床疾病的基础。本研究中，虽然两组学生在进入临床实习前都学习过中耳解剖，但大多数学生认为中耳解剖难以理解和记忆，没有信心辨识中耳解剖结构。这也反映出传统的按照教材的“大课式”教学并不能把复杂的中耳解剖讲解清楚，相反会增加学生对耳科学习的恐惧感，不利于后续耳科临床相关影像学的进一步学习。因此，在临床实习阶段继续中耳解剖学习就尤为重要。虽然我们在传统的“小课式”教学中采用2D 的图片、动画、视频等表达授课内容，但效果并不明显。相反，实验组采用3D CAI 教学，明显提高了学生的学习兴趣和教学质量。63.6%的学生认为中耳解剖容易理解和记忆，59.1% 的学生认为自己有信心辨识出中耳结构，明显高于对照组。比如鼓室六壁的结构，学生容易机械的联想到教科书上描述的火柴盒样结构，并没有立体的概念。而通过3D 虚拟显示，学生更加清楚的认识到，鼓室的结构并非像火柴盒似的长方体结构，鼓膜作为鼓室外侧壁结构，是向前下45 度倾斜，而鼓室内侧壁的重要解剖标志，如鼓膜张肌半管、匙突、齿突、面神经水平段、鼓岬并非在一个纵行的平面，而是彼此成一定空间关系排列。

3D CAI 中耳解剖教学作为一种新兴的解剖教学方式，自身也有不足。比如教学成本较高，某些3D 动画不够细腻。但相对2D图像，3D CAI 图像立体、清晰、直观，内容新颖，吸引力强，已经显露出了其他教学手段难以比拟的优势，弥补了教材内容的单一和枯燥，激发学生的学习兴趣，从而大大提高耳科解剖的教学效果，为保障教学质量打下扎实的基础。