虚拟现实技术在神经系统解剖学教学中的应用研究

刘圆，任力杰，王洋，章能华，郑妍，吴小红，胡祎

脑血管病是世界第二大死亡原因，是我国的第一位死亡原因，因其高致残率和高发病率等特点，给我国造成了高经济负担。目前，脑血管病的防治工作虽已初见成效，但早诊早治仍是医务人员的主要工作。对神经系统解剖的充分掌握，将为做好早诊早治工作打下基础。传统解剖学教学模式以理论讲授为主，辅以尸体标本、模型及图谱影像等教学工具，这种模式不够具象化且难以掌握，限制了医师的培养，新型解剖学教学模式是众望所归[1-2]。虚拟现实（virtual reality，VR）技术是一种将多元信息融合而形成的人机互动状态，该状态可调动用户的视听觉等多种感知模拟的虚拟世界，使人产生身临其境的感觉[3-4]。VR技术应用于医学，又称虚拟医学或仿真医学，给医学诊断、治疗和手术等领域带来很大变化，尤其在医学教育方面。医学生可在虚拟环境中反复训练，避免真实操作带来的风险和心理压力，增强学习兴趣，缩短学习周期[5]。同时，VR技术可以突破时间、地点、临床病例等限制，解决了尸体资源紧张的现实问题，使解剖实践课更加简单化[6]。VR技术在一定程度上使解剖学授课上升了新的台阶[7]。

本研究在神经系统解剖教学过程，将VR教学模式与传统教学模式进行对照，通过课后评价对比教学效果差异，并通过调查问卷探索学生对VR教学的兴趣度，以及VR教学是否提高学习效率等。同时，探索VR教学模式的优化方案，为VR技术在解剖学教学的推广奠定基础。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选择深圳大学医学院2017级临床医学专业未参加过VR教学、未学习神经病学的98名大学三年级医学生为研究对象。第一阶段学生共56人，其中男性19人，女性37人；第二阶段学生共42人，其中男性16人，女性26人。

1.2 方法

1.2.1 分组 采取分阶段随机对照试验，实施分两阶段。采用随机数字表法将医学生分为两阶段，再分为对照组（传统方法组）和试验组（VR技术组）。

1.2.2 教学方法 教学大纲以人民卫生出版社第8版《解剖学》《神经病学》教材为基准，第一阶段教学内容为脑的解剖和功能，第二阶段教学内容为脑血管的解剖。第一阶段：由同一带教老师同一天为两组医学生讲授神经系统解剖，试验组采用VR技术学习解剖学知识，每名医学生可实操VR设备5～10 min。对照组采用模型及图文影像形式，借助PPT幻灯片和人体解剖模型进行教学，并对医学生的问题进行解答，时长2 h。课程中全程录像，并观察每名医学生的兴趣度、理解力及不良反应等。第二阶段：由同一老师于1周后为两组医学生授课，除课程内容和难度不同外，其他步骤完全同第一阶段。

1.2.3 调查问卷 课后匿名发放调查问卷。查阅国内外文献，结合专家意见，制订调查问卷，其中第1题总体满意度需学生从1～10分中选取一个整数来打分，第2～11题10个维度分别从非常同意、同意、不同意及非常不同意4个角度进行回答。调查问卷题目如下：①您对此教学模式整体满意程度（计量资料）；②有助于对神经系统解剖的理解；③增加了对学习的兴趣度；④是一种实用、有效的教学手段；⑤可提高对知识的掌握程度；⑥可提高学习效率；⑦提高您的参与度；⑧使学习变得更有趣；⑨提高学习的积极性；⑩提高课程的互动性；未来应该被广泛应用；询问试验组学生对课程的评价及意见（开放性试题）。

1.2.4 考核方法 课程结束后，进行统一命题的闭卷考试，限时10 min，两个阶段的试卷分别由10道单项选择题组成，每道题1分，总计10分。题目包括神经和血管结构、功能、组成和定位，难度与深圳大学神经病学期末考试相同。考察学生对理论知识的掌握程度，其中第一阶段的试题难度高于第二阶段课程。

1.2.5 设备 设备采用人民卫生出版社有限公司生产的3D解剖虚拟训练器，可在虚拟场景中全方位观看人体结构，任意拆解和抓取人体结构等操作。设备软件含有中枢神经系统解剖结构数量≥278个，周围神经系统解剖结构数量≥289个，且与医学院校通用《解剖学》教材一致，依据四川大学华西基础医学与法医学院标本资源库和《中国人体质调查》等资料，在四川大学数位专家的全程指导下开发，具有权威性。

1.3 统计学方法 数据采用SPSS 22.0软件进行统计和分析，计数资料以例数表示，比较采用χ2检验，计量资料以表示，比较采用t检验，等级资料采用Mann-WhitneyU检验，以P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料 第一阶段中试验组26人，其中男性6人，女性20人，平均年龄21.5±0.8岁，《解剖学》笔试成绩为72.00±12.37分。对照组共30人，其中男性13人，女性17人，平均年龄21.6±0.7岁，《解剖学》笔试成绩为67.31±10.87分。两组学生性别（χ2=2.55，P=0.11）、年龄（t=-0.49，P=0.63）、基线成绩（t=-1.49，P=0.14）差异均无统计学意义。

第二阶段试验组共20人，其中男性9人，女性11人，平均年龄20.6±4.4岁，《解剖学》笔试成绩为74.95±11.77分。对照组22人，其中男性7人，女性15人，平均年龄21.3±0.7岁，《解剖学》笔试成绩为71.59±9.65分。两组学生性别（χ2=0.77，P=0.38）、年龄（t=-0.76，P=0.46）、基线成绩（t=1.02，P=0.32）差异均无统计学意义。

2.2 教学评价 第一阶段、第二阶段试验组成绩高于对照组，差异有统计学意义（表1）。

表1 两阶段试验组与对照组理论课成绩比较

2.3 调查问卷结果

2.3.1 整体满意度 经对问卷筛选后，第一阶段对照组收集24份有效问卷，试验组收集25份有效试卷。第二阶段对照组收集16份有效问卷，试验组收集19份有效试卷。第一阶段、第二阶段两组整体满意度差异无统计学意义（表2）。

表2 两阶段试验组与对照组整体满意度评价

2.3.2 各维度教学效果评价 将两个阶段中试验组和对照组的问卷合并统计，发现试验组学生对VR教学“使学习变得更有趣”“提高课程的互动性”的评价高于对照组，差异有统计学意义，其他维度两组差异均无统计学意义（表3）。

表3 两阶段试验组与对照组（合并统计）各维度教学效果评价

2.3.3 建议和意见 课后12位医学生主动参与反馈，参与测评的医学生表示此教学方法很好，提高了上课时的专注度，希望可广泛用于教师讲课，以达到事半功倍的效果，提高学习效率。部分学生提出了建设性意见，如建议延长自主练习时间，使VR设备的解剖结构更加精细。学生认为此种教学方法很有趣，激发了学习热情，减少了对神经病学的恐惧。学生希望将VR教学早日应用于现实教学中。

3 讨论

传统神经系统解剖教学使用标本、模型及视频图画等方式增强学生对知识的理解，但仍比较抽象。另外，教学模具的局限性、尸体标本的数量及质量也会对学生的理解产生影响，这些因素都在一定程度上降低学生的学习积极性，进而阻碍解剖学教学的发展[8]。VR技术支持多人同时操作，且可反复操作，打破模具和标本的数量限制，降低了教学用品损耗[9-10]。

本研究通过采取分阶段随机对照的试验方式，减少因课程难度不同导致结果不同所带来的偏倚。两阶段试验可避免因试卷难易度及试题构成对试验结果的影响。

在教学的两个阶段中，试验组学生的理论成绩均高于传统组学生，表明VR技术更有助于医学生掌握解剖学理论知识，提高学习成绩。因课后试卷于课后及时发放，故应用VR技术的教学方法可能是一种比传统教学方法更及时、更直观、更有效的获取知识的方式，但对医学生远期的影响仍待进一步研究。

问卷调查中，学生认为VR教学使学习变得有趣且提高了课程的互动性。兴趣是促进学习的内在驱动力，因此有利于学生提高学习成绩。另外，入组的大部分医学生表示，如果有VR设备可用，他们更愿意使用VR作为学习工具。

综上所述，在神经系统解剖学教学过程中引入VR技术可突破对教学模型及尸体的依赖，将抽象的神经组织以一种的逼真的方式展现给学生，提高学生的理解能力，激发学生的学习积极性和兴趣，提高学生的学习成绩。VR为解剖学教学带来新的机遇，值得进一步推广和应用。