基于BP神经网络模型的人体解剖学实验室开放影响因素分析

李成龙，张 莉

人体解剖学是医学类院校的基础课程，也是医学生最早接触的必修课程之一[1]。医学类院校作为我国高等教育的基地，在新时代培养高质量的医疗卫生人才方面发挥重要作用[2]。人体解剖学实验教学在思政教育、人文教育、创新教育和临床技能学习等方面发挥重要作用。目前，国内部分重点高校均积极开展实验室开放教学的尝试[3-4]。开放人体解剖学实验室不仅促进其管理趋于标准化、系统化和科学化，而且可提高实验室建设水平、人体标本(器官)的利用率以及课程思政内涵，更有利于实现思政教育与专业教学融合、人文教育与学科结合以及基础医学与临床医学结合[5]，从而丰富和扩展实验室育人功能。

医学生参与人体解剖学实验室开放教学受诸多因素的影响，而临床医学专业学生(以下简称“临床医学生”)是医学教育的主要对象。因此，本研究采用具有任意复杂模式分类能力和良好多维函数映射能力的误差逆转播(back propagation,BP)神经网络模型，分析影响临床医学生参与人体解剖学实验室开放教学的因素，以便提前做出判断，并采取相应的措施，实现实验室开放教学的目标。

1 对象与方法

1.1 研究对象 由于职业院校临床医学专业招生人数限制，故对我校2020级347名和2021级543名参加人体解剖学课程学习的临床医学生分别进行随机问卷调查，并对调查结果进行合并分析，以期基于大样本得到科学的分析结果。

1.2 调查方法 结合已有文献和当前人体解剖学实验课过程中临床医学生学习态度，编制调查问卷。在小班级先进行试验，并根据调查结果及相关专家意见进行调整，再形成正式调查问卷。调查表主要项目包括性别、开放政策、开放愿望、开放时间、开放方式、开放类型以及疫情因素等。采用在线问卷的调查方法，自愿参与，独立填写。共回收调查问卷623份，其中有效问卷595份，有效率为 95.51%。

1.3 BP神经网络模型构建方法 以当前是否愿意参与人体解剖学实验室开放为因变量(是=1，否=2) ，建立BP神经网络模型。设置：利用标准化(A) 算法；隐藏层数为1层；激活函数为双曲正切；输出层为Softmax；培训类型为批处理；梯度下降算法，最初学习率值为0.4，动能0.9。问卷数据按7∶3随机分成训练集409例和验证集186例，训练集用于网络训练并建立模型；验证集用于检验网络模型对训练集的预测能力。

1.4 统计学方法 采用χ2检验、Fisher′s确切概率法、BP神经网络模型和ROC曲线分析。

2 结果

2.1 临床医学生参与实验室开放影响因素的单因素分析 595名临床医学生中，588名(98.82%)愿意参与人体解剖学实验室开放教学；其中310名学生不关注或不知道实验室开放政策；超过2/3的临床医学生认为实验室应在周末开放，并且希望有教师在场指导；528名临床医学生曾经有人体解剖学实验室开放愿望，且组间差异显著(P<0.05)；379名临床医学生在开放的人体解剖学实验室内主要是观察实验教学标本和模型，但组间差异无统计学意义(P>0.05)；而新冠疫情并不是影响临床医学生参与人体解剖学实验室开放的显著因素(P>0.05)(见表1)。

表1 影响临床医学生参与实验室开放的单因素分析(n)

2.2 临床医学生参与实验室开放的BP神经网络模型分析 以是否愿意参与人体解剖学实验室开放为因变量作为输出结果，以调查的各因素为输入变量，最终BP神经网络模型体系的结构包括输入层(21个节点)、隐藏层(8个节点)和输出层(2个节点)。结果中的自变量重要性排序依次为开放愿望(100%)、开放类型(80.2%)、性别(65%)、开放时间(61.4%)、开放政策(40.6%)、开放方式(35%)、疫情因素(28.2%)(见图1)。BP神经网络模型的ROC曲线下面积为0.724(见图2)。

3 讨论

开放人体解剖学实验室，打破实验室“封闭”状态，实行相对“开放”的实验室育人模式，即提高实验室资源的利用率，引导临床医学生参与实验室开放教学和管理，也提高临床医学生的学习积极性和责任感[6-7]；同时，人体解剖学实验室开放有利于基础医学向临床医学的转化，并且可在实验室开放过程中融入医学人文和职业道德教育思想，促进实验教学课程思政改革[8-9]。此外，实验室开放更有利于提高实验技术人员专业水平和实验教师队伍的建设[10]。因此，实验室开放教学，不仅对学生、教师和学校有利，还可在实验开放教学过程中融入多种思政元素，实现三育人的目标。然而，在实验室开放过程中，最重要的是学生参与。因此，必须分析临床医学生参与实验室开放的影响因素。

通过对595名临床医学生的问卷调查分析发现，有超过1/2的学生对实验室开放政策不了解或不关注。因此，医学院校有必要增加实验室开放政策的透明度和宣传力度。此外，开放时间和性别虽然不是影响临床医学生参与人体解剖学实验室开放的显著因素，但二者在模型中的重要性较高，且考虑到实验室的教学任务安排以及医学生的学习生活习惯和择业选择，因此在制定实验室开放的过程中也不能忽视。新冠疫情对临床医学生参与人体解剖学实验室开放的影响并不显著，可能是由于临床医学生与其他专业学生相比，需要投入更多的精力在学业上，同时也可能是新冠疫情防控过程中，各地医护人员不顾个人得失，弘扬集体主义、爱国主义以及社会主义核心价值观，为了国家利益和人民健康奋战在一线，给学生树立了正面的榜样，激发学生的学习积极性[11]。因此，在实验室开放过程中宣传社会主义核心价值观思想非常有必要。

实验室开放类型虽然不是影响临床医学生参与人体解剖学实验室开放的显著因素，但具有较高的重要性排名；且大部分临床医学生参与实验室开放的目的主要是观察人体标本，而参与具有操作性和创造性的标本解剖和自主设计实验却占少数。这种现象折射出临床医学生的实践动手能力和创新能力较弱，不利于临床技能的学习和临床思维的形成，更可能影响创新教育的发展[12-13]。因此，在人体解剖学实验室开放的过程中，有必要融入创新性教育思政元素。

本研究还发现，曾经对人体解剖学实验室开放有愿望的临床医学生更愿意参与其中，是实验室开放的重要影响因素，位居BP神经网络模型重要性排名第一。这说明理想信念对学生的实践具有重要的导向作用[14-15]。因此，在学生的日常教育活动中，必须树立崇高的职业理想和医德医风，广泛宣传与职业和医德医风相关的思政元素，树立正确的价值观，实现真正的课程思政教育，达到真正的育人目的，为祖国的高等医学教育和医疗卫生事业培养高质量人才。

综上，通过构建BP神经网络模型，得到影响人体解剖学实验室的开放因素，其中以开放愿望和开放类型最为重要。且人体解剖学实验室开放教学过程中不仅能融合多种思政元素，又可实现专业教育与思政教育的完美结合，是三育人的重要场地。因此，高等医学类职业院校要重视人体解剖学实验室的开放教学，并努力探索出一套与实验室开放相融合的课程思政体系，促进高等医学育人功能的深入发展。