三维虚拟仿真教学系统3Dbody在系统解剖学实验教学中的应用体会*

吴天秀 符华春 蔡 洁

（广东医科大学，1 基础医学院解剖学教研室，2 教育技术与信息中心，3 信息工程学院，湛江 524023）

系统解剖学是医学课程的重要基础课。目前，解剖标本来源不足和需求持续增加的矛盾日渐突出，在此背景下，虚拟仿真教学系统走进系统解剖学的实践教学中。数字化虚拟人体（“虚拟人”）以计算机数字化操作平台为基础，将大量真实人体断面数据信息在计算机里整合重建成人体的三维立体结构图像，是医学与信息技术、计算机技术相结合的成果，可以为医学教学提供大量断层解剖学、系统解剖学、局部解剖学的教学素材[1]。为了解决解剖学实验教学中存在的学时缩减，标本来源减少，临床需求突出等问题，我校在虚拟仿真实验教学中心平台的基础上，构建了人体解剖学虚拟仿真实验室。该实验室由数字（虚拟）人、多媒体系统和配套硬件组成。截止论文投稿时，我校将“虚拟人”应用在多个专业、多个层次的解剖实践教学中已超3年，取得一定的教学效果。为了更好的发挥充分发挥“虚拟人”的实际教学效能，本研究拟通过问卷调查和成绩分析，探讨三维虚拟仿真教学系统在系统解剖学实验教学中存在的问题和对策，深化解剖学实践教学改革。

1 对象和方法

1.1 研究对象和分组

本校2016级临床医学专业1班（29人）列为对照组，临床医学24班（30人）列为实验组1，临床医学14班（27人）列为实验组2（学生入校时由教务处随机分入各班，本研究将3个班的学生以班为单位随机分为3组）。对照组采用传统多媒体教学结合解剖标本示教，然后学生自主观察实物标本并行讨论。实验组1采用虚拟仿真教学结合解剖标本示教，学生在实物标本和仿真教学系统中进行观察讨论。实验组2采用虚拟仿真教学结合解剖标本示教，学生在仿真教学系统中进行观察讨论。

1.2 调研方法

3组均进行1个学期的系统解剖学实验教学。教学结束后，进行理论和标本考核，理论考试均采用同1份试卷，满分100分。标本考核采用抽签形式进行，总分75分。同时发放问卷行问卷调查。

表1 采用虚拟仿真教学系统重点讲解实验内容

1.3 整合实验教学内容

根据虚拟仿真实验教学系统的特点，实验教学内容基本符合教学大纲，部分教学内容重新设计使之与临床应用紧密结合。部分教学内容改革详见表1。

1.4 虚拟仿真实验室

本校采用山东易创数字有限公司开发的数字人解剖系统V3.5（专业版，简称“数字人”），该系统配置了独立的服务器，保证了资源的安全和可靠性，可实现100多个客户端同时在线学习。高清解剖互动录播系统EC-1080P 2台，每个虚拟实验室各配置3Dbody数字人解剖软件40套。平台所有设备都安置在中心专用虚拟仿真实验室，由专人管理和维护。数字人解剖系统具备以下几种功能：（1）三维结构任意观察：包括拖动、旋转、平移、缩放，能够实现仰视、俯视等观察效果；（2）多种实用功能：透明度调节、手动分离、自动分离、查找、立体显示、染色随手画，等；（3）人体断层浏览：可通过拖动横、矢、冠3个方向的虚拟切面对三维模型进行切割，得到任意位置的断面图像，能够任意放大、缩小、平移等，可保存截图；（4）二维断层结构和三维结构同步定位：在3个断层截面中点击任意解剖结构，可以快速定位到相应的三维结构。

1.5 传统实验教学材料

包括根据教学大纲准备的各个系统实物标本、封瓶标本、教学模型和挂图。

1.6 统计学处理

采用SPSS13.0进行统计分析。计量资料采用±s表示，组间比较采用方差分析；方差分析后的两两比较采用LSD-t检验。计数资料以频数和百分比表示，组间比较采用χ2检验。

2 结果

2.1 虚拟仿真教学系统对学生成绩的影响

对照组、实验组1和实验组2的理论考核成绩依次为79.5±9.5、89.4±10.8、80.1±8.2，3组间理论考核成绩有差异（P＜0.01）：实验组1的理论考核成绩高于对照组（P＜0.01），实验组2的理论考核成绩与对照组无差异（P＞0.05）；实验组2的理论考核成绩低于实验组1（P＜0.01）。

对照组、实验组1和实验组2的实验考核成绩依次为62.5±6.5、71.5±5.5、58.5±4.5，3组间实验考核成绩有差异（P＜0.01）：实验组1的实验考核成绩高于对照组（P＜0.01），实验组2的实验考核成绩低于对照组（P＜0.05）。实验组2的实验考核成绩低于实验组1（P＜0.01）。

2.2 虚拟仿真教学系统在实验教学中的应用教学反馈

教学结束后，对学生采取了问卷调查，共计发放问卷86份，回收问卷86份，本研究将实验组（共计57份）问卷纳入统计分析。问卷围绕虚拟仿真教学系统（虚拟人）在实验教学中的应用，获得相关的教学反馈。问卷调查结果详见表2。

3 讨论

虚拟仿真实验室主要指在各种计算机系统中通过采用多种虚拟仿真技术实现不同的虚拟实验环境，使得实验者能够在接近真实的实验环境中，完成预定的实验项目[3]，具有交互性，真实性等特点[4]。“虚拟人”即全数字化的人体结构三维模型[5]。本校将山东易创公司的《中国数字人解剖系统》软件应用于人体解剖教学实践中，易创选取第三军医大学人体断面解剖学课题组的真实人体断层数据，已被国内多所知名学校选中用于解剖学教学[6]。本研究拟通过问卷调查和成绩分析，探讨“虚拟人”在实践教学中的利弊。

表2 虚拟仿真教学系统（虚拟人）在系统解剖学实验教学中应用问卷调查结果（%）

3.1 “虚拟人”在系统解剖学实验教学中的优点。

在传统解剖学实验教学中，福尔马林气味的刺激性是每个参与者无法回避的难题，医学新生由此容易产生消极情绪和畏难心理[7]，“虚拟人”的使用则回避了该难题。目前医学院校由于招生人数不断增加，标本损耗比较大。特别是神经系统方面的标本，制作难度大、结构脆弱，标本很容易受到破坏。而“虚拟人”配可在三维结构上针对目标结构反复观察，极大的节约标本资源，这解决了解剖实物标本来源不足的困境。“虚拟人”配置了独立的服务器，可实现学生课后在线学习，消除了学生学习人体解剖学上的时间和空间上的限制。文献显示，大部分医学院的系统解剖学学时不足[8]，即解剖教育面临着教学学时不断缩减的情况，然而影像学和内镜成像等其他侵入性或非侵入性的医疗技术需求的不断增长[9]。“虚拟人”的出现则提供了新思路和新方法，它还可针对细小部位随意切换，对观察对象进行放大、旋转和平移。这些技术优点都有利于临床教学。简而言之，数字化虚拟人体不但立体直观，更使得解剖操作延伸到课堂之外，丰富了教学资源，提高教学效率。

3.2 “虚拟人”在实际教学中的弊端，对教学内容和教学组织提出了新要求。

目前市面上已有不少类似“虚拟人”APP使用软件，结果显示，大部分学生曾经接触过类似的“虚拟人”三维解剖软件。这就对虚拟仿真实验教学提出了新挑战，课堂上教师不能再单纯将“虚拟人”作为一个三维立体图谱讲解，必须针对该教学系统进行新的教学模式设计，进行教学内容改革。面对“虚拟人”的引进，学习者需要充分的专业知识储备，才能充分发挥其作用。虚拟技术应用于临床外科教学已有先例[10-11]，因此，本课题组基于虚拟仿真实验室数字化人体的平台，整合和精选实验教学内容，重点讲解以往的教学难点（如肝段，鼻旁窦的位置和开口），增加了部分临床应用的解剖知识点，如颞耳的形态结构及其在手术中的应用。同时，教学设计上也必须做出相应的改变。在实施虚拟仿真实验教学的2组中，超过半数的学生认为“观察实物标本后再进行虚拟仿真教学”的教学安排效果更佳。以上结果说明，“虚拟人”并非实物，我们仍不能放弃传统标本教学。究其原因，学习环境的改变也导致了参与学习者学习状态的改变。特别是针对不同的教学内容，教师应该如何处理好传统的标本观察和“虚拟人”学习的时间安排；如果将“虚拟人”的观察安排在课前预习和课后复习，如何针对性的指导学生观察，都需要教师不断的细化各项注意事项。

综上所述，经过改革教学模式和教学内容，使得“虚拟人”成为传统教学有效的补充。我们应该将虚拟仿真教学与传统教学模式相互结合，取长补短，达到“虚实结合”。在目前虚拟实验室的开展过程中，如何就后台数据进行统计分析和梳理，使之反馈于教学，是目前虚拟实验室应用中薄弱的环节，需要提升教师对操作系统的掌握，也是我们今后工作的努力方向。