基于实物标本的3D数字化云解剖教学平台应用研究

郑莹莹 ，胡倩南 ，娄阳云 ，赵红军，史华杰，王 平 ，李 婷 *

（1.杭州医学院临床医学院，浙江 杭州 311399；2.杭州医学院基础医学与法医学院，浙江 杭州 311399；3.郑州国之正生物科技有限公司，河南 郑州 450001）

人体解剖学教学需要培养学生对人体结构的空间思维、想象和分析能力，其方法倚重解剖标本的观察、层次解离、研习等途径。但因人体标本的稀缺性、不易移动性以及解剖模型模具的失真，给学生预习、复习带来一定的不利影响。随着数字技术的迅速发展，诸如中国数字人[1]、3D 解剖 VR[2]、3D body[3]等多种数字解剖软件或App应运而生，但因其操作不便、设备昂贵、缺乏高保真等原因，医学生的使用率不高。例如，3D body软件需要安装特定的App（大部分资源为非免费的），且因基于模型的图片与实物标本相差较大，给解剖学实验教学带来一定的不利影响[4]。

为解决以上问题，在校企合作的基础上构建了基于实物标本的3D数字化云解剖教学平台，并将其应用于人体解剖学教学中。实物标本3D数字化是对真实的解剖标本进行多角度、多层次图像采集后，辅以复杂的计算机数字三维重建技术，构建可沿无限轴向360°旋转、自由缩放的高保真立体数字图像的方法。以下将简单介绍该平台的教学应用情况。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选择我校2020级临床医学专业4个班120名学生为研究对象，所有学生对本研究均知情同意。

1.2 研究方法

采用实验组、对照组比较研究的方法，选择临床医学专业2001班、2002班各30人为实验组；临床医学2003班、2004班各30人为对照组。各班学生按照高考成绩随机均衡分班。

对照组采用传统教学法，实验组利用基于实物标本的3D数字化云解剖教学平台，采用线上线下相结合的教学法。两组学生解剖学教材、大纲、课时一致，且由同一任课教师授课。

1.3 基于实物标本的3D数字化云解剖教学平台的开发

依据第九版《人体解剖学》教材，选择符合我国人型标准的实物标本制成大体标本，再采用进口三维扫描仪，对标本的三维信息进行切割扫描，获取数据，借助计算机辅助几何设计、计算机图形学、计算机动画、计算机视觉、医学图像处理、科学计算和虚拟现实、数字媒体创作等三维数字重建图像技术制作3D数字化解剖教学系统。系统中的标本图像在解剖纹理、结构上与真实标本保持99.9%一致，所包含的结构也以“精准范围”方式被标注，而且可以实现自由旋转、缩放、拆解、重组等功能性操作，实现了真正意义上的真实标本数字化。将制作好的3D数字化解剖教学系统上传微信公众号，创建一款适用于解剖学教学的师生互动和自学平台，实现云教学。因师生的微信使用率几乎达到100%，师生无须再安装新的软件或App，通过手机或其他装有微信的个人终端设备即可随时随地使用。

1.4 教学实施

对照组和实验组均采取小班化教学，即30人一个班，将30个学生分成4个小组，每个小组7～8个学生。以脉管系统内容为例，实验组和对照组均提前一周告知学习内容，督促学生提前预习，实验组利用“云解剖”平台预习。

课堂上，对照组采用传统实验教学法：课上教师首先在模型和标本上进行操作讲解，然后学生以小组为单位结合书本观察模型、实物标本。

实验组利用“云解剖”平台采用线上线下相结合的教学法：除使用“云解剖”平台之外，其余与对照组无异。

课程结束后，立即对两组的脉管系统教学效果进行卷面测评分析，随后对研究对象进行抽样访谈。

1.5 效果评价

1.5.1 卷面测评 脉管系统教学结束后，对所有研究对象进行测评考核。考核试卷由校内一名解剖学资深专家编制，内容包括：心血管系统（6题）、淋巴系统（4题）共10题，每题1分。分别从形态结构、功能、临床意义等方面考核学生对脉管系统的掌握情况。对研究对象采用单盲法测试，即研究对象不知测试的目的及测试分组情况。

1.5.2 抽样访谈 访谈对象的抽样。先以测评成绩从高至低分别对实验组和对照组学生排序，再以测评成绩为分层依据进行随机分层抽样，即在两组中抽取访谈对象时，对象在同一层级的分布上一一对应，如在实验组30～39名随机抽2名，在对照组的30～39名同样随机抽2名。

本次研究每组各选5人为访谈对象，且均知情同意。访谈内容主要围绕“传统教学”和“线上线下结合教学”两个核心概念罗列问题，如“解剖学复习的主要手段是什么”“云解剖平台对解剖学成绩的影响”等。访谈时间为1小时，并做好录音。为防止偏差，整个过程中采用单盲法，即被访谈者不知道分组情况。

1.6 统计学处理

所收集数据采用SPSS 25.0统计软件进行分析，计量资料使用（±s）表示，组间比较采用t检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 卷面测评结果

脉管系统知识课后测评的卷面得分比较结果（见表1）显示：实验组得分高于对照组（P＜0.05）。这提示采用基于“云解剖”平台的线上线下相结合的教学法能提升临床医学专业学生考试成绩。

2.2 访谈结果

本研究对10名学生进行了有关脉管系统课程教学的访谈，总结发现如下几个特点。

（1）实验组利用“云解剖”平台学习，可以点击结构部位放大观察，并配有中英文注释、名词解释等，学习效果更好，且不受时间和场地限制，可有效利用碎片化时间随时随地学习交流，提高了学习效果。

（2）实验组学生普遍认为“云解剖”平台操作方便，不需要安装特定的App，且系统中的数字化标本与教学内容出入较小，还配有旋转、放大、缩小等功能，可以360°无死角并实时还原人体模型，极大地提高了学生学习的积极性。

（3）因人体解剖学课时多、学习压力大，实验组和对照组学生课后都需要复习，但对照组学生认为传统教学资源有限，复习资料大多来自课本和PPT。而实验组认为“云解剖”平台资源丰富、分类清楚，为课外复习提供了便利的条件。

3 讨论

3.1 “云解剖”平台的教学效果

本研究结果表明，与传统教学法相比，基于“云解剖”平台的线上线下相结合的教学法对学生解剖学知识的学习具有明显的促进作用。结合抽样访谈结果，分析这种促进作用的原因可能是由于“云解剖”平台充分利用了学生的碎片化时间；云平台上丰富、高保真、可自由缩放、可任意轴向旋转的数字化标本有利于培养医学生的解剖结构空间思维和激发学生学习解剖学知识的兴趣，从而促进相关知识的掌握。传统解剖学教学法课时有限、标本数量有限且大多浸泡在福尔马林中，不利于调动学生的积极性，而“云解剖”平台具有新颖、直观、操作简单的特征，能激发学生的学习兴趣，增强主观能动性[5]，从而提升学习效果。

3.2 “云解剖”平台的优势和劣势

随着互联网的迅速发展，人类开始迈入信息数字化的新世纪。云技术、大数据、人工智能技术在学生学习、教师教学以及教育教学评价、学校管理等方面得到全面应用，互联网正在改变传统的教育模式[6-7]。传统解剖学教学方法是典型的直观教学法，实物标本稀缺且不便随身携带（可获得性差）限制了它自身的推广应用[8]。而“云解剖”平台具有较好的实物标本替代性，可弥补实物标本存在的缺陷。所以“云解剖”平台是解剖学教学的一个有利补充和必然发展趋势。

“云解剖”平台具有操作简单、无须另装App、免费、高保真性、高可获得性等优势，使医学生或医务工作者可以利用碎片化时间随时随地预习、自学、复习解剖学知识。通过该平台，使用者可以在手机上对解剖结构进行任意旋转、放大、缩小等操作；可以实现对人体任意标本结构的观察；还可以通过题库进行考核，及时对所学知识进行测验和查漏补缺。但“云解剖”平台也有较明显的劣势：前期工作量巨大、开发成本较高，虽然具有高保真性，但与实物标本相比还是存在一定差异，所以在不易获得实物标本的医学院校具有一定的实物标本替代作用，在易获得实物标本的学校也仍然只是一个补充，在功能上完全替代实物标本仍有长远的研发之路。