虛擬數字人在斷層解剖學實驗教學中的應用研究

侯繼野 姜楊 郭林娜 姚立杰 沈雷

[摘要] 隨著現代信息網絡化的飛速發展，數字化課程也在全國各大醫學高校教學普遍開展起來。斷層解剖學是研究正常人體不同方位層面上器官結構的位置、形態、毗鄰的一門醫學學科，是醫學影像學專業學生的專業基礎課程，是學好醫學影像診斷學、超聲學、介入放射學的橋梁學科，但本課程知識內容繁多、復雜，學生學習記憶本課程知識點困難，教學效果不夠理想。本研究在本課程實驗課教學上結合虛擬數字人教學，豐富教學手段，讓學習者學習情景更逼真、立體、生動，自主學習主動性更強，取得較好教學效果，教學質量明顯提高。

[關鍵詞] 虛擬數字人;斷層解剖學;實驗教學;應用研究

[中圖分類號] R322 [文獻標識碼] A [文章編號] 1672-5654（2019）05（b）-0127-02

斷層解剖學是建立在系統解剖學和局部解剖學基礎之上的一門學科，主要學習斷面上器官結構的位置、形態及毗鄰，知識結構由整體的學習進入了斷面學習，相對于前兩門課程，本門課程學習內容復雜，記憶人體斷面上的結構較多，人體斷面層數較多，變化相對復雜，學生難以理解、記憶較困難，導致期末考試復習不理想，分數較低甚至不及格。實驗課是本門課程的重要組成部分，在以往實驗教學主要采用教師先講授斷層標本和模型，最后學生觀察標本和模型的講授模式，講課模式傳統、單一，學生學習結構知識枯燥、乏味，學習效率較低。由于實驗室斷層標本數量有限，實驗課學生數量多，在課堂內學生觀察標本時間有限，也是學生學習效率低的原因之一。實驗室斷層標本難以保存，修復困難，許多結構觀察不清晰，學生很難辨認，許多學生學習興趣下降，學習效率低。教學效果的好壞直接影響以后學習的專業課程和臨床實習[1]。隨著電子科技發展，醫學領域也逐漸開展數字課程研究[2]。本教研室在2015年引進的虛擬數字人，改善實驗授課教學環境，操作簡單、方便、立體直觀，虛擬數字人系統包含大量男女性斷面圖片，圖片可以任意放大、標記、旋轉、連續觀察等功能，對于學生學習和記憶斷層解剖學結構有很大幫助，為以后學習影像診斷學、超聲學、介入放射學等相關課程打下堅實基礎，在以后進入臨床閱片、疾病診斷也有較好的幫助[3]。

1? 對象與方法

1.1? 研究對象

選取齊齊哈爾醫學院2015級醫學影像學專業1個班學生共50人，隨機分成2組，每組25人。實驗組采用傳統式授課結合虛擬數字人教學系統進行教學，對照組采用傳統式授課教學。授課教師為同一教師，較少數據的差異性。

1.2? 授課方法

實驗課前給實驗組學生講解虛擬數字人的操作方法，方便在實驗課學生操作正確、規范。

在實驗授課課堂上，課堂上教師給出該次課觀察重點結構名稱。對照組學生分成4組，每組5～6人，前30 min，教師首先講授標本和模型重點結構，中間30 min，學生以小組為單位進行觀察、討論標本和模型，后30 min教師進行總結和考核。實驗組學生分成4組，每組5～6人，前30 min，有2組學生通過虛擬數字人觀察、討論重點結構，另2組通過斷層標本和模型觀察、討論重點結構，中間30 min，兩部分學生相互調換，后30 min，教師進行總結和考核。

1.3? 授課內容

根據斷層解剖學課程實驗教學大綱，以頭部、胸部、腹部三部分章節為重要章節，主要實習觀察頭部橫斷面、胸部橫斷面、腹部橫斷面。見表1。

1.4? 教學評價

實驗教學結束后統一進行實驗考核和調查問卷。實驗考核10個結構，每個結構2分，共計20分，出題范圍為頭部、胸部、腹部三章節內容，通過放映斷層標本幻燈片考核學生結構辨認，學生寫出結構名稱，由同一教師進行出題和評分，保持試題難易度和評分標準一致。考試成績用SPSS 18.0軟件對數據進行統計分析，采用t檢驗，P<0.05為差異有統計學意義。調查問卷在實驗課程結束后進行，對實驗組學生通過記憶斷層結構的準確性、自主學習的能力、團隊合作精神、學習效率四部分進行調查問卷。

2? 結果

2.1? 實驗考核

通過實驗考核檢測兩組學生實驗成績，考核10個結構，分數設定為20分，每個結構2分，授課教師不參與出題和評卷。對照組實驗考試平均成績（13.41±0.76）分，實驗組實驗考試平均成績（18.22±0.23）分，實驗組實驗考試平均成績明顯高于對照組實驗考試平均成績，差異有統計學意義（P<0.05）。

2.2? 調查問卷

對實驗組學生發放調查問卷25份，全部收回。通過記憶斷層結構的準確性、自主學習的能力、團隊合作精神、學習效率4部分進行調查。可見實驗組學生記憶斷層結構的準確性、自主學習的能力、學習效率滿意度分別為85.2%、83.0%、80.8%，大部分學生滿意這種教學方式，教學效果提高明顯，同時團隊合作精神滿意度達78.4%，可以提高學生之間的溝通合作能力。見表2。

3? 討論

該教研室斷層解剖學課程理論課時少，課程涵蓋知識量大、內容復雜、難以理解，教師講授過程由整體向斷面過渡，辨認每個斷面上結構，由于理論課堂上講授知識點時間有限，學生學習枯燥、理解困難，記憶知識點不準確、效率低。實驗授課是斷層解剖學重要組成部分，大部分學生在實驗授課學習效率較高，他們在課前復習理論課講授過章節的知識點，在進入實驗室內觀察標本和模型進行學習、辨認和記憶，加深對解剖結構的掌握程度。但實驗授課斷層標本數量有限，學生數量還較多，導致在課堂上一定時間內進行觀察標本數量有限。再一，斷層標本保存效果不好，長時間使用導致標本變干，一些細小結構無法進行觀察，導致學生學習主動性降低，學習效率下降。虛擬數字人是實驗教學改革的重要方向[4]，該研究采用虛擬數字人教學結合標本、模型觀察，可以在虛擬數字人觀察整體器官結構的位置、形態和毗鄰，再轉入斷面繼續進行學習和記憶，更好地從整體進入斷面學習，學習者也可以連續觀察斷面結構，重塑形成整體，結合實驗室標本、模型的觀察，加深對人體整體和三維斷面的掌握，提高學生學習效率和自主學習能動性，改善以往實驗教學環境，提高教學質量，提升教學條件，本課程利用虛擬數字人學習大致過程：如肝的斷面實習，重點和難點是肝段的劃分，先復習肝的大體解剖，再進入肝的斷面解剖，在斷面上辨認肝內管道，進行肝段劃分，結合觀察肝斷面標本、模型，循序漸進地系統學習，學生理解知識點扎實、準確，在以后對肝占位性病變的精確定位診斷打下堅實基礎。

虛擬數字人的優點：①操作簡單、易懂，學生可以在課堂上自行進行操作學習。②功能強大，結構中英文結構標注，有旋轉、放大、標記和連續觀察等功能。③通過觀察某一結構，可以觀察其周圍毗鄰結構，更好地學習斷層解剖學知識。④可以連續斷面觀察，由整體向斷面過渡，由斷面向整體過渡效果好。⑤減少尸體標本使用，改善教學環境，保護師生身心健康。

虛擬數字人的缺點：①只能局限在實驗室內使用虛擬數字人，學生在教室以外不能使用，局限了使用時間和地點。②費用高昂，一個實驗室只能配備幾臺，學生使用時間有限，限制了使用時間。

虛擬數字人是現代科技的產物，已經廣泛應用醫學院校教育領域及臨床外科治療領域[5]，本教研室引進數字人軟件在斷層解剖學實驗課進行授課，通過分組進行教學研究，最后進行實驗考核和調查問卷，結果顯示采用虛擬數字人結合標本模型講授方式效果明顯高于標本模型的傳統式講授，增強學生自主學習能力和解決問題能力，也提高了學生之間的團隊合作和溝通能力，教學效果明顯提高，教學環境明顯改善，學生更好地向影像診斷學、超聲學、介入放射學等專業課過渡，為學生在以后進入臨床實習和工作打下堅實基礎。

[參考文獻]

[1]? 李治華，曹靖，尚琳，等.斷層解剖學教學的實踐與體會[J].解剖學研究，2010，32（6）：454-456.

[2? 陳丹，周新璐.探討數字化虛擬人在解剖實驗教學中的應用[J].醫藥，2016，29（6）：263-264.

[3]? 李成，曹承亮，單增強，等.影像讀片在人體斷層解剖學實驗教學中的應用[J].解剖學雜志，2015，38（5）：640-641.

[4]? 呂婷，劉桂鈴，杜海洲，等.虛擬現實技術在生物醫學領域中的應用[J].中國組織工程研究與臨床康復，2010，14（43）：8099-8103.

[5]? 王松濤，陶晶，崔衛剛，等.數字人解剖系統在解剖學實驗教學中的應用初探[J].中國高等醫學教育，2018（2）：84-85.

（收稿日期：2019-02-17）