数字化虚拟增强现实技术在人体解剖学教学中的应用

司银楚 杨俊明 万 凤

（1 北京中医药大学解剖学教研室，2 北京奥医科技有限公司，北京 100029）

人体解剖学是研究人体形态的重要基础学科，是医学类专业的基础和重要的课程，涉及内容多且繁杂，教学周期却短。由于人体解剖学知识点的抽象、微观等特点，传统条件下，在教学过程中讲解难度大，即使应用了多媒体，也只是把文字和图片内容从黑板转移到了显示器，并未解决教学难度和效果问题。利用数字化虚拟技术能将人体呈现三维立体结构图像，在教学中有效地展示和讲解医学知识，便于学生理解和内化复杂的解剖学知识点[1-3]。基于人体解剖学教学的实际情况，本研究以“智慧医教云平台（奥医慧学）”为教学辅助工具，探讨数字化虚拟技术在人体解剖学教学中的应用，希望能够对解剖教学研究活动带来一定的参考价值。

1 对象和方法

1.1 技术资料

“智慧医教云平台”简称“奥医慧学”，是由“管理端”、“教师端”、“学生端”3个应用端组成的系统化服务平台。教师端的应用对象是教师，可利用三维立体的人体数据在线创建个性化3D课件、习题库等资源，创建班级，每次发送学生的任务会形成学情数据；学生使用学生端在线认证学校加入老师创建的班级，建立与教师的实时通信链接，应用三维立体的增强现实技术（augmented reality，AR）教材资源学习，自带与知识点一对一匹配的习题库，能够边学边测；管理端实现学情、教学成果、教学资源建设等多维度教学管理大数据智能统计。3个端的应用让管、教、学、测形成完整教学闭环。

1.2 研究对象

以本校2019级卓越中医班A、B班，这2个班级的正常人体解剖学课程为样本，整个学期72学时。其中卓越中医A班的解剖学课程使用奥医慧学辅助教学，卓越中医B班未使用奥医慧学辅助教学。2个班级前期知识基础、教材、课时、教学大纲和任课老师一致。

1.3 学生自学

卓越中医A班学生通过奥医慧学学生端辅助自学。使用的AR教材是完全同步自用教材的，利用AR的三维解剖资源学习，通过与知识点匹配习题库自测自练，在线认证后加入老师创建的班级，在班级中接收和完成教师发送的学习任务，避免完全死记硬背的低效学习方法，提高认知能力及自学效率和效果。

1.4 教师教学

解剖学会有大量繁杂、抽象、微观的知识，教学过程中口述讲解难度大，学生理解也有难度。教师可根据教学情况，在线自主编辑“3D课件”并保存在平台云端，课上利用奥医慧学教师端的“3D课件”授课。课件中的3D模型资源可放大、缩小、旋转、移动，各结构可透明和隐藏显示，重要结构配有知识点标注和详情解释，部分结构含有医学仿真动画效果，知识点的英文翻译功能，每个3D模型资源都可以再次编辑，教师自主增添知识点，插入图片、动画。在“3D课件”中编辑课前预习任务和课后测试任务，发送至班级的学生。

在教师端的班级功能中，可以查看学情数据，数据涉及学生的上网时间、学习时长、任务试题正确率，通过数据了解学生学习情况，调整教学方案。

2 结果

2.1 平时成绩

卓越中医班采用的是形成成绩评价方式，平时成绩占比30%，期末成绩占比70%。平时成绩以60个填图在线测试来评价，而未将2班教师在奥医慧学上发送的预习、测试任务成绩算入平时成绩。卓越中医A班的平时成绩为（83.7±4.49）分，B成绩为（72.34±3.50）分，两班成绩统计比较差异有统计学意义（P<0.05）。

2.2 期末成绩

卓越中医A班期末成绩（79.73±10.29）分，卓越中医B班期末成绩（76.13±7.44）分。经统计分析差异无统计学意义（P>0.05）。

2.3 成绩比较

通过卓越中医A班、卓越中医B班的成绩对比，可以得出：卓越中医A班应用奥医慧学授课和自学，平时成绩和期末平均成绩高于卓越中医B班，由于平时成绩以填图在线测试来评价，2班成绩比较差异有统计学意义，凸显了奥医慧学AR虚拟软件的优势。期末考试以记忆型题和理解性题为主，2个班成绩差别没有统计学意义。

3 讨论

3.1 教学效果分析

本研究结果显示，使用奥医慧学的卓越中医A班成绩明显提高，可见现代数字化虚拟技术与人体解剖学的结合和应用，可使解剖学教学获得较高水平的教学效果。

数字化虚拟技术改变了解剖学教学以文字、图片为主传统的展示方式，三维模拟的人体解剖资源，使抽象、微观、复杂的讲解内容呈现立体、直观、形象，减轻教师授课讲解难度，提升知识传播转化能力[4]。同时让学生加深对人体解剖学知识的印象和理解，通过AR教材的三维自学资源，自测自练，课上课下双向提高学习效率和效果。奥医慧学的数字化虚拟技术与互联网技术的结合，可以智能统计大量学生学习行为和学习效果数据，在教师端可视化呈现，可以帮助教师制订有效教学决策，提供个性化学习指导，也为精准推送个性化学习资源提供了决策依据。

3.2 对策与建议

基于上述的研究结果，奥医慧学在人体解剖学教学中发挥着积极的作用。可以将奥医慧学向本校解剖教师和多个班级推广应用，通过“3D课件”创建，形成本校在线教学资源库，实现网络化在线课堂授课，不再受时间和空间的限制，灵活便捷。并将教师发送的学习任务完成情况和测试成绩都纳入平时成绩，使数据更加客观反映学习结果，让课前、课中、课后用数据支持教学。数据驱动的教与学，是解剖学课程的深入推进与发展的方向与途径。

信息化教学平台是实现在线教学的基础，数字教育资源是实现在线教学的重要保障[5]。目前各级院校对教育信息化的建设仍然存在认知盲区，多数院校只看重单一的线下数字教学工具的应用，而忽略线上教学信息化平台建设的意义。2020年突如其来的疫情，为防止教育断层，国家第一时间号召全国院校开展“停课不停学”，这是对近几年来院校信息化教学建设成果的直接检验，但因数字化虚拟的解剖学教学产品形式多为PC端，缺少互联网属性，不能满足线上教学需要，导致对线上解剖学教学资源需求强烈。疫情期间的3～6月份，奥医慧学教学平台服务了百所医学院校，满足了部分院校解剖学课程线上教学的需求，发挥了良好的教学作用和效果，但多数医学院校缺少线上教学平台和资源，教学效果不太理想。

提升解剖学教师信息化教学能力。信息化教学是现代教育发展的必然，而目前的现实情况是，教师信息化教学能力参差不齐，过去的经验与应用水平等都影响着在线教学模式的选用与教学活动的开展，尤其疫情期间，在线教育的大规模实施，暴露的这一问题明显，信息化教学能力高低将会直接影响教学质量和效果[6]。解剖学课程的解学周期短，教学任务重，老师们应主动了解信息化教学工具，合理借用教学辅助工具，解剖学教学团队的教师也可相互协作，优势互补，共同提升信息化教学能力。

笔者以本校使用奥医慧学教学为例，研究和探讨如何应用数字化虚拟技术的教学平台辅助解剖学课上教学，如何通过线上引导和培养医学生自学能力，以及如何完成教学行为和教学结果的数据反馈，实现新信息化教学模式下以数据驱动教与学，这3个方面做了初步尝试，希望能为提高解剖学课程的教学效率和效果，提升学生认知能力和培养自学兴趣，提供经验借鉴和理论依据。