解剖學的數字化教學方法研究

胡亨伍 李松濤

摘要：解剖學是一門醫學生必修科目。分析其傳統教學中存在的問題，以及實驗教學用具的不足，利用計算機技術建立解剖學的數字化教學環境，將數字化教學和傳統教學相結合，改善教學條件，使醫學生能夠實時、多維、交互地學習解剖學知識，鍛煉技能。

關鍵詞：解剖學 ； 數字化 ； 教學系統； 教學方法

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2163（2015）05-

The Innovation on Digital Teaching Method of Anatomy

HU Hengwu LI Songtao

（School of Information Engineering， Guangdong Medical college ， Dongguan Guangdong 523808 ， China）

Abstract： Anatomy is a compulsory course for medical students. According to the analysis of the existing problems in traditional teaching and the shortage of experimental teaching equipment， the paper establishes an digital teaching environment of anatomy by computer technology， which could provide for students the experiments real-timely， multi-dimensionally and interactively through the combination of digital teaching and traditional teaching method. The given fruits could easily train the skills.

Keywords：Anatomy ； Digitalization ； Teaching System ； Teaching Method

0 引言

隨著計算機技術的廣泛應用，以計算機技術為支撐的數字智能控制已經滲透到現代醫療的各個領域，發展成為新的數字醫療，促使醫療技術向專業化、精準化、微創化和遠程化方面快速發展[1-2]，導致傳統教學模式與數字醫療現實脫節，在校醫學生與當前應用實際脫軌。基于此，如何在實物標本不足[3]的情況下，通過探索其他途徑和方法來改善傳統教學模式，滿足醫學院校培養醫學生的相應需求，即已成為時下的焦點研究課題。為此，采用數字化技術對解剖學的傳統教學方式進行改革，也就是通過數字化教學為學生提供實時、交互、多維的解剖學學習環境，醫學生不再受任何時間、地點所限地開展學習和實踐訓練，這就勢將使得解剖學傳統教學模式中的問題現狀獲得圓滿解決，同時強勢促進理想教學目標的全面達成。下面即對這一研究實現展開全面論述。

1 解剖學傳統教學模式存在的問題

一直以來解剖學都是采用傳統的教學方法，教學方法停留在“看”與“摸”的層面上。醫學生往往是被動地接受專業老師的“填注式”[4]教學方式教授，即通過教師講授和“看”教學模具的方式學習知識。由于教學進度安排所致，每個章節要指定學時來完成講授，在這個過程中，講課形式單一、學生參與度低，都是老師用教學模具實施講解，學生只能努力“看”和“聽”而未能將實踐操作與理論密切聯系，致使所講內容對學生來說是抽象、晦澀又枯燥的文字堆疊。而在實踐操作時卻又由于理論講授時有些內容本來疏于理解，或因即時記憶而涉及遺忘，因此就很難使“看”、“聽”的與“摸”實物標本建立生動、統一聯系，從而在一定程度上影響了教學實踐效果。

隨著多媒體技術在教學中的應用，解剖學也概莫能外，既可將多媒體技術用于理論教學，也可以用于實踐操作教學。在整個教學周期中都可以進行多媒體標本示教，利用二維的畫面直觀展示出組織器官解剖結構，同時附以傳統的講解。這一聯合模式實現了優勢互補，取長補短，從而提升了教與學的活躍性。但是，仍需看到，通過多媒體可將標本的組織器官結構真實、清晰地顯示出來，教師再利用標本講解，卻只是豐富了“看”的內容，學生依然無法在講解的同時進行實踐操作，實現無縫連接，強化學生所學。另外一點則是采用實物標本進行實踐教學，現階段實物標本卻仍處于緊缺狀態，難以滿足醫學生的實踐教學需求。

2 數字化實驗室建設

針對解剖學傳統教學中的如上情境問題，研究分析可知，即需利用數字化技術改進教學方法，建立一個解剖學的數字化教學環境。這樣的一個數字化教學環境主要依托數字化實驗室的出現和形成。數字化實驗室創建包括用于理論教學的講授環境、實踐操作的訓練環境及輔助管理環境，需要將已有的解剖實驗室和計算機實驗室改造成數字化綜合實驗室。通過購買大數據、高負載服務器處置學生計算機端發送的請求，并升級學生計算機，使其具有高性能運行速度、數據處理能力和專業級圖形圖像處理顯卡等，由服務器和計算機構成離散的圖形圖像數據處理場地，為數字化教學提供硬件環境；數字人體[5]和仿真手術刀[6]已有高校和公司構建完成，在其基礎上進一步開發有數字化教學系統軟件，為數字化教學提供基礎環境，同時更要在系統中設計教學管理工具對醫學生操作訓練進行管理，保證教學的效果；建立虛擬標本考核模塊，依據教學進度安排虛擬標本考試，及時考察學生所學內容。

數字化教學系統如圖1所示，包括數字人體、虛擬手術刀、三維重建系統、虛擬標本考核系統、教學管理工具五大部分和擴展功能。其中，數字人體包含了人體所有的組織器官結構，醫學生可以全面地了解人體結構，在其上模擬人體生命循環，而且這一部分也是數字化教學系統的核心部件；虛擬手術刀由帶力反饋裝置的仿真手術刀和數字化的手術刀組成，用仿真手術刀控制數字手術刀進行組織器官解剖，產生碰撞、變形等數據信息，其后將由三維重建系統進行重建、并獲得解剖結果；三維重建系統主要采用繪制算法對虛擬手術刀產生的碰撞、變形等數據信息進行三維重建，也可以對醫療設備產生的圖形圖像數據進行立體重建，旨在實現多維度、多層次觀察；虛擬標本考核系統主要通過三維重建系統生成虛擬標本，用虛擬手術刀進行實踐操作，為醫學生提供訓練和考核所用；教學管理工具主要是對教學進度、解剖訓練、階段考核、教學資源、數字化實驗室開放情況等執行和實施管理。綜上所述，整個系統的核心是數字人體、虛擬手術刀和三維重建，可為醫學生構建了數字化、可視化的解剖標本，而醫學生則可以充分利用系統達到學習解剖課程和鍛煉技能的目的。

系統軟件在Windows操作環境下采用C#、OpenGL、 VTK和Openhaptic開發實現，并為使用者設計了B/S模式的用戶界面，使其與日常用計算機習慣相一致。該系統軟件界面是標準式的菜單操作選項，一般包括“文件”、“數字人體”、“虛擬手術刀”、“三維重建”、“教學管理工具”、“擴展”和“幫助”等。

3 數字化教學模式

在此基礎上，首先可以通過數字化教學環境改善傳統教學模式。傳統教學一般包括教學用具、多媒體、實物標本等，用“看”、“聽”和“摸”的手段教授解剖學知識。但教學用具、實物標本和多媒體展現的都是單獨、分立的，不能揭示人體的多維層次結構，另外也沒有充分的實物標本來保障實踐操作訓練，理論指導對技能訓練仍未臻至一體或滿意。數字化教學系統可以建立實時、交互、多維的數字人或虛擬標本，醫學生可以反復觀察人體結構及其解剖關系，并通過仿真手術刀對感興趣的組織器官進行解剖。這就突破了傳統教學條件的限制，完成了理論知識與實踐操作的實時連接，強化了知識理解程度，使難學、難懂的科目也充滿了系列美圖，充分調動了學生的學習樂趣。

其次，將數字化實驗室和數字化教學系統開放。醫學生可以自由選擇時間到數字化實驗室，又或者通過個人計算機登錄WEB進入數字化教學系統進行自主學習，醫學生還可通過管理工具中的微信、QQ語音、留言、電子郵件等多種方式給老師發送信息，老師通過教師端回復問題，方便了學生與老師溝通。用上述方式達到了以學生為中心的教學目標，學生成了教學的核心，所有教學資源都是學生以其學習目的為軸心發生的特征選擇性配置，這樣就為學生提供一個廣闊、自主的學習空間。

最后，依據教學進度通過虛擬標本考核系統安排標本考試。標本考試是檢驗學生學習成效的主要手段。由于實物標本的緊缺，縮減標本考核內容，嚴重阻礙了教學的推進。在數字化教學系統中，醫學生可以反復使用數字人體或三維重建的組織器官，也可以反復使用虛擬手術刀解剖，進而依據需求安排虛擬標本考核，及時考核學生所學知識，使學生的學習更加有目的性和針對性。

4 結束語

數字化教學改善了傳統解剖教學，緊跟當前醫療節奏，緩解實驗教學用具的緊缺，用多樣的數字化的教學方法拉近與解剖學的距離，促進教學手段的改革，提高醫學院校的教學質量、教學效果，尤其是對提高醫學生的實踐操作能力具有深遠意義。

參考文獻

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[2] 黎健偉. 數字化組織瓣的虛擬解剖學測量及其臨床初步應用[D].廣州：南方醫科大學，2009.

[3] 司道文，張廷才，張宇新，人體解剖學實驗教學模式改革的探索與實踐[J]. 中國現代醫學雜志，2009，9（19）：1426-1427.

[4] 楊衛生，人體解剖學教學方法改革初探[J]. 中國醫藥導報，2010，28（7）：115-116.

[5] 畢思文， 汪湘，羅述謙，數字人體（人體系統數字學）的概念、框架、內涵和應用[A]. 第九屆全國醫藥信息學大會CMIA'02論文集[C]. 北京： 中國電子學會， 2002.

[6] 付玉錦，原 魁，杜清秀，基于手術刀的虛擬外科手術系統仿真器[J]. 計算機工程與應用，2005，19（2）：97-100.