基于“數(shù)字人”的創(chuàng)新性實驗項目在正常人體學(xué)教學(xué)中的實踐

王新艷，呂葉輝，王從榮，姚 磊，李志宏

（上海健康醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，上海 201318）

正常人體學(xué)是研究正常人體形態(tài)結(jié)構(gòu)及生命發(fā)展規(guī)律的科學(xué)，是醫(yī)學(xué)及醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生必修的重要基礎(chǔ)課程，而人體解剖結(jié)構(gòu)是學(xué)習(xí)該課程的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)解剖學(xué)實驗教學(xué)，大多采用圖片、器官模型和尸體等手段，由于醫(yī)學(xué)院校大量擴招，實驗教學(xué)設(shè)備老化、標本模型數(shù)量不足、尸源緊張等問題逐漸凸顯。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化虛擬仿真實驗教學(xué)已蔚然成風(fēng)，應(yīng)用數(shù)字虛擬技術(shù)，將大量人體斷面數(shù)據(jù)信息通過計算機整合建成人體三維立體結(jié)構(gòu)圖像，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建“數(shù)字人”解剖系統(tǒng)[1-2]。此項技術(shù)契合虛擬仿真教學(xué)的要求，彌補了傳統(tǒng)解剖教學(xué)的不足，因此，我?；A(chǔ)醫(yī)學(xué)院于2016年引進“數(shù)字人”交互解剖觸控教學(xué)系統(tǒng)（簡稱“數(shù)字人”），搭建了先進的高清數(shù)字解剖平臺，在充分發(fā)揮平臺優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，進行了實驗課程改革。

1 “數(shù)字人”在實驗教學(xué)中的應(yīng)用及教學(xué)研究現(xiàn)狀

“數(shù)字人”軟件包括系統(tǒng)解剖學(xué)、局部解剖學(xué)、斷層解剖學(xué)、解剖學(xué)微課和自主學(xué)習(xí)5個模塊，經(jīng)三維重建的“數(shù)字人”的每個重要解剖結(jié)構(gòu)均加注了文字說明和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)標注，可以通過觸屏任意旋轉(zhuǎn)方向，觀察解剖結(jié)構(gòu)，隨意放大縮小，多視角、全方位觀察。另外，該系統(tǒng)還有很多快捷方便的功能，如背景切換、標注、分離、透明、剝離、查找、發(fā)音、隨手畫等，上課過程中教師和學(xué)生可以通過觸屏進行講解與學(xué)習(xí)；微課和自主學(xué)習(xí)模塊可以幫助學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況進行預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)?！皵?shù)字人”近年來在國內(nèi)各個醫(yī)學(xué)院校解剖學(xué)教學(xué)中得到了廣泛使用，在大量教學(xué)研究中，人們發(fā)現(xiàn)其能很好地提升教學(xué)效果。問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，運用“數(shù)字人”教學(xué)可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強知識吸引力，提高知識的易接受性[3-4]，通過與對照組對比發(fā)現(xiàn)，“數(shù)字人”的運用可以明顯提高學(xué)生學(xué)習(xí)成績，使學(xué)生對解剖位置、結(jié)構(gòu)的認識更加深刻，部分研究還發(fā)現(xiàn)可以加深學(xué)生對器官功能的掌握。對教師的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，“數(shù)字人”可以作為很好地輔助教學(xué)工具，突破教學(xué)難點，更好地促進師生互動[5-7]。

盡管“數(shù)字人”擁有諸多優(yōu)點，但是在實際教學(xué)過程中我們發(fā)現(xiàn)，如果單純地將“數(shù)字人”作為解剖模型和標本的替代品，實驗課仍舊是教師在觸屏上指認和描述解剖結(jié)構(gòu)，學(xué)生在電腦前觀察和聆聽這樣單一的形式，那么這個系統(tǒng)只是一種可以自主操控的教學(xué)課件，長此以往，學(xué)生漸漸失去新鮮感，教學(xué)效果和學(xué)習(xí)興趣也難以提高。為解決這一問題，我們圍繞如何充分發(fā)掘“數(shù)字人”功能，有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果這一主題進行了實驗教學(xué)改革。

2 基于“數(shù)字人”的正常人體學(xué)實驗教學(xué)改革

正常人體學(xué)是一門綜合性課程，其內(nèi)容包括人體解剖結(jié)構(gòu)、組織結(jié)構(gòu)及生理功能，熟悉解剖結(jié)構(gòu)是理解生理功能的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)解剖模型一般是展示單一器官形態(tài)或者局部結(jié)構(gòu)，對于如脈管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等涉及全身的結(jié)構(gòu)，運用模型往往很難使學(xué)生形成一個整體認識，不能使知識體系化、完整化。利用“數(shù)字人”可以解決這一問題，每個系統(tǒng)的解剖結(jié)構(gòu)都可以由整體到局部、由局部再到整體地去觀察。為此，我們根據(jù)正常人體學(xué)課程特色和教學(xué)大綱，選出可以利用“數(shù)字人”教學(xué)的章節(jié)，包括運動系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、脈管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和感覺器官8個章節(jié)，然后針對每個章節(jié)的教學(xué)難點和重點，設(shè)計1～2個創(chuàng)新性實驗項目，每個項目以臨床案例或者情景案例為引導(dǎo)，拋出相關(guān)問題，問題圍繞章節(jié)重要知識點展開，引發(fā)學(xué)生思考，并在實驗課上結(jié)合“數(shù)字人”將所學(xué)理論知識運用于實踐，解決實際問題，激發(fā)學(xué)生探索欲和學(xué)習(xí)興趣。這些實驗項目適用于我校臨床醫(yī)學(xué)、護理、檢驗、影像專業(yè)學(xué)生。

3 基于“數(shù)字人”的創(chuàng)新性實驗項目的實施

3.1 實驗項目設(shè)計

傳統(tǒng)正常人體學(xué)實驗項目以解剖和組織學(xué)結(jié)構(gòu)的觀察、描寫為主，缺乏創(chuàng)新性，難以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。我們以臨床問題或者情景案例為引導(dǎo)，針對不同專業(yè)設(shè)計不同臨床案例。例如，學(xué)習(xí)脈管系統(tǒng)時，針對臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)設(shè)計“肺栓塞”的案例，以“下肢深靜脈血栓如何到達肺動脈”為主要問題；針對影像專業(yè)設(shè)計“為病人進行左冠狀動脈造影術(shù)”的案例，以“在肱動脈做穿刺，要經(jīng)過哪些解剖結(jié)構(gòu)才能到達左冠狀動脈”為問題；針對護理專業(yè)設(shè)計“為闌尾炎病人進行手背靜脈注射”的案例，以“藥物如何到達闌尾”為主要問題。課堂上學(xué)生以小組為單位，討論并綜合利用所學(xué)知識去解決臨床問題，在討論過程中利用“數(shù)字人”單獨顯示所選結(jié)構(gòu)，隱藏其他結(jié)構(gòu)的功能，并隨意拉伸和縮小，以便觀察各個結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。學(xué)生自主探究，利用截圖制作課件，在課堂展示并進行小組成果匯報。

3.2 教學(xué)實踐

我們將2017級影像專業(yè)的一個班設(shè)為實驗組，另一個班設(shè)為對照組，對照組采用傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法，由任課教師對解剖學(xué)模型和標本進行逐一講解，之后學(xué)生自學(xué)、辨認標本并完成實驗報告中的填圖作業(yè)。實驗組采用創(chuàng)新性實驗項目，具體過程如下：

（1）回顧理論：教師對本次實驗課涉及的概念、知識點等進行概括，使學(xué)生對教學(xué)重點有一個全面的了解。

（2）運用“數(shù)字人”進行案例分析：學(xué)生每7～8人分為一個小組，任課教師用臨床案例或者情景案例引出問題，學(xué)生以小組為單位進行討論，借助課本、圖譜、“數(shù)字人”自主探究并解決問題，對解剖結(jié)構(gòu)進行辨認、觀察，如問題牽涉多個系統(tǒng)，可以將不同系統(tǒng)的器官結(jié)構(gòu)特點相結(jié)合。例如，將脈管系統(tǒng)的血管和消化系統(tǒng)某器官供血之間的關(guān)系進行結(jié)合，利用“數(shù)字人”有目的地選擇解剖結(jié)構(gòu)，保存圖片作為參考資料。課下，學(xué)生利用這些資料制作PPT，第二次課上進行成果匯報。

（3）學(xué)習(xí)效果評價：教師對學(xué)生課堂表現(xiàn)、小組合作、成果展示等進行評價，結(jié)合隨堂測驗綜合評價學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

3.3 教學(xué)效果評價

（1）學(xué)生問卷調(diào)查：了解學(xué)生對各自教學(xué)方法的評價，于學(xué)期結(jié)束后發(fā)放調(diào)查問卷，包括學(xué)習(xí)興趣、知識易接受性、自主學(xué)習(xí)能力、臨床思維的建立、團隊合作能力5方面。

（2）測試成績：包括隨堂測試和期末考試。隨堂實驗測驗要求學(xué)生在標本、模型和圖片上進行重要解剖結(jié)構(gòu)辨認。期末考試為筆試，題型包括選擇題、簡答題和論述題，內(nèi)容涉及重要器官結(jié)構(gòu)的位置、形態(tài)、功能、臨床應(yīng)用等。兩種測試成績各占50%，計算總分。

4 結(jié)果

學(xué)生問卷調(diào)查結(jié)果顯示，實驗組96%的學(xué)生認為基于“數(shù)字人”的創(chuàng)新性實驗項目激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣、使難點知識更易理解，提高了自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)了臨床思維，增強了團隊協(xié)作能力。實驗組期末總評成績顯著高于對照組，對于解剖結(jié)構(gòu)位置、功能的掌握情況明顯優(yōu)于對照組學(xué)生。

5 討論

利用“數(shù)字人”進行實驗，通過動態(tài)顯示高清三維結(jié)構(gòu)、觸屏操控和人機互動進行實驗教學(xué)，這種自控式和體驗式的教學(xué)形式有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與積極性?！皵?shù)字人”可以使許多復(fù)雜結(jié)構(gòu)更直觀、抽象結(jié)構(gòu)更具體，結(jié)合以解決臨床問題的項目，使學(xué)生從原來的觀看教師展示模型變?yōu)橹鲃犹剿餮芯繂栴}，學(xué)習(xí)由被動轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?，由聆聽轉(zhuǎn)變?yōu)橛懻?。一方面，促進其主動思考和自主學(xué)習(xí)，使其對知識的掌握從死記硬背轉(zhuǎn)變?yōu)槔斫?、?nèi)化；另一方面，可以使學(xué)生透過現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)本質(zhì)，具備初步的臨床思維能力。小組協(xié)作增強了學(xué)生團隊協(xié)作及表達能力，而多樣化的考核評價體系可以避免學(xué)生考前突擊，保證學(xué)習(xí)持續(xù)高效，提高教學(xué)效果。

目前，我學(xué)院正在進行基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)整合式教學(xué)，在總結(jié)該創(chuàng)新項目實施經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，未來可以將其與疾病學(xué)、病原微生物學(xué)和藥理學(xué)相結(jié)合，應(yīng)用于課程教學(xué)研究與改革中，使實驗教學(xué)手段更加豐富、高效。