虛擬數(shù)字人系統(tǒng)在解剖學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用

師哲

[摘? 要]本文以探討數(shù)字人系統(tǒng)在解剖學(xué)實驗教學(xué)中與以往實驗教學(xué)相比教學(xué)效果如何為目的。選取寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)院護(hù)理專業(yè)2個班級的學(xué)生，由一名老師采用不同教學(xué)模式進(jìn)行授課，得到數(shù)字人系統(tǒng)教學(xué)效果更好，實驗標(biāo)本測試和實驗報告成績優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)班的結(jié)果。結(jié)論證明數(shù)字人系統(tǒng)在實際教學(xué)過程中，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)解剖學(xué)知識并提高實驗教學(xué)的效果。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字人系統(tǒng)? 解剖學(xué)? 實驗教學(xué)? 教學(xué)效果

數(shù)字人系統(tǒng)在解剖學(xué)實驗教學(xué)中的背景

隨著信息化技術(shù)的迅猛發(fā)展，三維立體數(shù)字人技術(shù)被越來越多的醫(yī)學(xué)院校所采用。近年來，利用虛擬數(shù)字人技術(shù)進(jìn)行解剖學(xué)實驗教學(xué)已成為一種方向，它為學(xué)習(xí)者創(chuàng)造了一種圖像逼真、三維立體、可重復(fù)操作的學(xué)習(xí)環(huán)境，為解剖學(xué)實驗教學(xué)帶來了一種全新的教學(xué)模式。寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)院于2018年9月建成3D數(shù)碼解剖實驗室，實驗室內(nèi)有數(shù)字人系統(tǒng)教師端1臺、數(shù)字人系統(tǒng)學(xué)生端6臺、高清錄播解剖互動系統(tǒng)、平衡臂式無影燈、全自動空氣凈化系統(tǒng)、活動式解剖臺等組成。數(shù)字人系統(tǒng)是將大量真實人體斷面數(shù)據(jù)信息在計算機里整合重建成人體三維立體結(jié)構(gòu)圖像，是醫(yī)學(xué)與信息技術(shù)計算機技術(shù)相結(jié)合的成果。數(shù)字人系統(tǒng)內(nèi)容設(shè)置緊貼教學(xué)大綱，操作簡單易用。系統(tǒng)內(nèi)包括有系統(tǒng)解剖學(xué)、局部解剖學(xué)、斷層解剖學(xué)、解剖學(xué)微課、自主學(xué)習(xí)5大模塊，共建有5000多個人體三維圖形，300多個解剖學(xué)微課視頻和自主學(xué)習(xí)平臺。數(shù)字人解剖實驗室的建立在照顧傳統(tǒng)解剖學(xué)教學(xué)的同時，又突出了數(shù)字人系統(tǒng)在教學(xué)中的優(yōu)勢，虛實對照、相互結(jié)合，從而達(dá)到了理想的教學(xué)效果。為驗證數(shù)字人的教學(xué)效果，筆者選取該院護(hù)理專業(yè)學(xué)生使用數(shù)字人系統(tǒng)學(xué)習(xí)，分析新技術(shù)在教學(xué)中的優(yōu)勢與不足，以供各位老師參考指正。

1.對象與方法

（1）對象。選取該院2018級護(hù)理專業(yè)2個班級學(xué)生為研究對象，每班55人，由一名授課老師分別對2個班級講課，兩班均為女生，兩班學(xué)生無統(tǒng)計學(xué)差異，具有可比性。

（2）方法。2個班級在第一學(xué)期進(jìn)行人體解剖學(xué)實驗教學(xué)，教材選用人體解剖學(xué)與組織胚胎學(xué)，由人民衛(wèi)生出版社出版。其中一個班進(jìn)行傳統(tǒng)教學(xué)模式，即老師先進(jìn)行人體解剖標(biāo)本示教講解，講解結(jié)束后開始觀察標(biāo)本學(xué)習(xí)，結(jié)合實驗?zāi)繕?biāo)、寫出實驗報告。另外一個班在原有實驗教學(xué)基礎(chǔ)上增加數(shù)字人解剖系統(tǒng)講解。

（3）觀察指標(biāo)。對比2個班級的課堂學(xué)習(xí)興趣進(jìn)行觀察，采取課堂上實驗標(biāo)本測試的方式對2個班級學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評比，同時對2個班級學(xué)生的實驗報告進(jìn)行評比。其中實驗標(biāo)本測試為65分，實驗報告為35分。

2.結(jié)果

（1）課堂學(xué)習(xí)興趣。對比傳統(tǒng)實驗教學(xué)班級，增加了數(shù)字人系統(tǒng)內(nèi)容的班級明顯表現(xiàn)出更為主動積極的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生更容易接受新的實驗教學(xué)模式，實驗自主學(xué)習(xí)能力提高了，比較全面地掌握了解剖學(xué)知識。

（2）實驗標(biāo)本測試和實驗報告。在2個班級的實驗標(biāo)本測試中，數(shù)字人系統(tǒng)班級學(xué)生辨認(rèn)標(biāo)本成績更好。同時在實驗課時，該班比傳統(tǒng)教學(xué)班學(xué)習(xí)積極性更高，實驗報告完成情況也出色。由此說明數(shù)字人系統(tǒng)班級對解剖學(xué)知識更容易掌握，為今后護(hù)理專業(yè)知識學(xué)習(xí)奠定了堅實基礎(chǔ)（見表1）。

表1 兩個教學(xué)班實驗標(biāo)本測試和實驗報告成績比較/（x±s）分

3.討論

傳統(tǒng)解剖實驗教學(xué)大多由老師先講解示教，講解結(jié)束后學(xué)生自己觀察或動手解剖標(biāo)本學(xué)習(xí)。人體解剖學(xué)使用的標(biāo)本需要進(jìn)行甲醛液體固定防腐處理，有較大的刺激性氣味，對老師和學(xué)生有一定的損害。因此在進(jìn)行實驗教學(xué)時，需要具有良好的通風(fēng)和凈化設(shè)備。學(xué)生學(xué)習(xí)解剖標(biāo)本只能在實驗室進(jìn)行，不利于自主學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)興趣大打折扣，而數(shù)字人系統(tǒng)打破了以往傳統(tǒng)教學(xué)模式，使解剖實驗教學(xué)邁入了一個新的時代。

數(shù)字人系統(tǒng)在解剖學(xué)實驗教學(xué)中的優(yōu)勢

1.三維立體顯示 圖形逼真直觀

數(shù)字人解剖系統(tǒng)是通過計算機整合重建技術(shù)將人體斷層數(shù)據(jù)，男性2110層、精度0.1mm，女性3640層、精度0.1mm，三維重建立體結(jié)構(gòu)圖像。該系統(tǒng)內(nèi)配合多點觸控，可對三維立體結(jié)構(gòu)圖像多角度拖動、旋轉(zhuǎn)、縮小、透明、分離及書畫等操作，并有仰視和俯視等功能。由于人體結(jié)構(gòu)是三維重建，因此解剖結(jié)構(gòu)可任意組合并隨意旋轉(zhuǎn)與縮放，還可多角度多方位觀察，例如：在軀干肌實驗時，需要展示背部肌肉形態(tài)，以前實驗課都要將整個尸體全部反轉(zhuǎn)過來觀察，觀察結(jié)束后，再反轉(zhuǎn)回去。數(shù)字人系統(tǒng)只需動動手指，背部肌肉結(jié)構(gòu)全部展示清楚，可多角度隨意觀察并分離深層結(jié)構(gòu)。在學(xué)習(xí)胰腺標(biāo)本時，因胃在胰的上方，需要把胃翻開才能觀察到胰腺，而數(shù)字人系統(tǒng)只需把胃點一下透明功能，胰腺即刻清晰可見。這些特點使老師在實驗授課過程中可結(jié)合各種解剖標(biāo)本、模型，直觀形象地進(jìn)行對比教學(xué)，實驗教學(xué)效果明顯提高。

2.自主學(xué)習(xí)能力提高 增強學(xué)習(xí)興趣

數(shù)字人系統(tǒng)的建設(shè)耗費了大量的資金，如何使昂貴的資源發(fā)揮最大效用這才是建設(shè)實驗室的初衷，所以要讓學(xué)生感興趣，喜歡使用數(shù)字人系統(tǒng)學(xué)習(xí)。數(shù)字人系統(tǒng)學(xué)生端也是觸屏，老師示教結(jié)束后，學(xué)生可通過學(xué)生端系統(tǒng)對老師講授的內(nèi)容進(jìn)行觀察學(xué)習(xí)，結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)功能分離、透明、隨手畫、標(biāo)注等功能實現(xiàn)完全自主學(xué)習(xí)。在三維人體的各個系統(tǒng)及器官任意漫游，使枯燥的學(xué)習(xí)變得有趣，學(xué)生學(xué)習(xí)自覺性大大提高了。以往學(xué)生對人體器官內(nèi)部空間理解較遲鈍，實驗效果不佳。數(shù)字人系統(tǒng)可通過手動分離功能，解決學(xué)生的學(xué)習(xí)困惑，例如：膀胱三角標(biāo)本觀察時因位置較深，加之膀胱體積較小觀察起來不太方便，學(xué)生很難理解。現(xiàn)在有了數(shù)字人系統(tǒng)可輕松解決這一難題。只需點擊手動分離把膀胱尖一部分移開，內(nèi)部三角結(jié)構(gòu)清晰可見，還可旋轉(zhuǎn)觀察兩側(cè)輸尿管口及尿道內(nèi)口結(jié)構(gòu)。學(xué)生在人體器官內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)上的疑惑瞬間就被打開，由此學(xué)生學(xué)習(xí)興趣顯著提高。另外，數(shù)字人系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)有學(xué)生自主學(xué)習(xí)功能，學(xué)生對自己所學(xué)知識掌握程度如何，可進(jìn)入該模塊學(xué)習(xí)。模塊內(nèi)有理論知識題和解剖標(biāo)本辨認(rèn)題，學(xué)生可以隨時檢測自己對解剖知識的掌握程度，學(xué)習(xí)目標(biāo)明確，針對性也強，學(xué)習(xí)積極性被調(diào)動起來。

3.系統(tǒng)重復(fù)操作 定期升級

傳統(tǒng)人體解剖學(xué)實驗教學(xué)每學(xué)期都要消耗一批標(biāo)本。近年來學(xué)校招生規(guī)模擴大，尸源標(biāo)本越來越少，學(xué)生學(xué)習(xí)人體標(biāo)本的機會也相應(yīng)減少，進(jìn)而影響實驗教學(xué)的質(zhì)量。數(shù)字人系統(tǒng)的出現(xiàn)大大緩解了解剖標(biāo)本不足的問題。數(shù)字人系統(tǒng)是基于大量數(shù)據(jù)整合而成的實用軟件系統(tǒng)，按照系統(tǒng)解剖學(xué)及局部解剖學(xué)編制目錄，展示人體各解剖形態(tài)結(jié)構(gòu)。同時操作區(qū)設(shè)置多種功能便于學(xué)習(xí)。實驗教學(xué)時，只需少部分時間進(jìn)行操作演示，學(xué)生就能自行學(xué)習(xí)操作。如果課堂上沒有及時掌握教學(xué)內(nèi)容，課后及晚自習(xí)也可繼續(xù)使用學(xué)習(xí)，完全不受尸體標(biāo)本影響，這是過去解剖實驗教學(xué)無法達(dá)到的。信息化時代技術(shù)更新日新月異，數(shù)字人系統(tǒng)隨著相關(guān)技術(shù)的成熟，也在不斷地更新升級。將來的數(shù)字人系統(tǒng)也許會更接近人體解剖操作過程，為今后醫(yī)學(xué)各專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)創(chuàng)造無盡想象。

4.改變傳統(tǒng)教學(xué)模式 不斷適應(yīng)新技術(shù)

以往解剖學(xué)實驗教學(xué)，主要依靠教師示教來完成。班級人數(shù)較多，實驗室標(biāo)本有限，不能照顧到每個同學(xué)。上課時一張解剖臺前只能容納十幾個同學(xué)觀察，后面的同學(xué)距離標(biāo)本較遠(yuǎn)，觀察標(biāo)本效果較差。加之人體標(biāo)本都是經(jīng)過甲醛液浸泡過的，氣味較大，刺激性明顯，學(xué)生觀察標(biāo)本愿望降低。那么實驗課效果就會下降。每次到實驗標(biāo)本辨認(rèn)時，往往陰差陽錯。自從有了數(shù)字人系統(tǒng)以來，老師和學(xué)生不在因?qū)嶒灅?biāo)本觀察不清而困惑了，刺激的氣味沒有了，環(huán)境大大改善了。在實驗課上學(xué)生們爭先恐后的圍在三維立體學(xué)習(xí)機前，結(jié)合實驗教學(xué)內(nèi)容，仔細(xì)認(rèn)真的觀察學(xué)習(xí)，標(biāo)本辨認(rèn)準(zhǔn)確無誤。數(shù)字人系統(tǒng)是近年來新穎的三維技術(shù)整合系統(tǒng)，凝聚著科研人員的智慧，它的開發(fā)就是為一線教師和學(xué)生服務(wù)的。所以我們要努力學(xué)習(xí)新技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，把教學(xué)和新技術(shù)很好的結(jié)合起來，為醫(yī)學(xué)教育發(fā)展水平的提高提供有力的支持。

數(shù)字人系統(tǒng)在解剖學(xué)實驗教學(xué)中的問題

1.不能完全代替標(biāo)本解剖

數(shù)字人系統(tǒng)是一項新興技術(shù)，它的優(yōu)點在于三維逼真效果、可重復(fù)操作等，但無法代替人體標(biāo)本解剖操作。三維效果顯示的人體結(jié)構(gòu)與實際標(biāo)本還是有些差距，在人體標(biāo)本解剖時，人的各種感官刺激（視覺、觸覺、嗅覺、聽覺）是數(shù)字人系統(tǒng)無法提供的，還有做標(biāo)本解剖時需要其他老師的配合，這種團(tuán)隊合作精神也是數(shù)字人系統(tǒng)達(dá)不到的。實驗標(biāo)本操作才是學(xué)生學(xué)好人體解剖學(xué)的真本領(lǐng)，數(shù)字人系統(tǒng)還不能完全取代實驗標(biāo)本學(xué)習(xí)。

2.與真實標(biāo)本有差異

我們在以往人體標(biāo)本解剖時，每個標(biāo)本都存在差異，這些差異是三維技術(shù)無法彌補的。人體器官的顏色、外形、質(zhì)地與數(shù)字人系統(tǒng)提供的圖形是有差別的，三維圖像的顏色是人為著色與實際標(biāo)本不符，如肺的顏色，解剖書描述是暗紅色或黑紅色，數(shù)字人系統(tǒng)肺是玫瑰紅色的，差別較大。另外，一些解剖標(biāo)本的結(jié)構(gòu)也沒有詳盡標(biāo)出，數(shù)字人系統(tǒng)也是不能全面詳盡地展示出來，這時還需要在實驗課上仔細(xì)觀察標(biāo)本來彌補。

3.軟件不可復(fù)制

數(shù)字人軟件系統(tǒng)屬于商業(yè)秘密，版權(quán)獨有，教學(xué)使用時只限于實驗室內(nèi)，軟件內(nèi)容不能下載，具有唯一性。數(shù)字人系統(tǒng)為解剖實驗教學(xué)帶來了新技術(shù)，但是教師有時也想制作自己的課件或微課，借用數(shù)字人軟件部分內(nèi)容不能滿足。希望數(shù)字人系統(tǒng)能夠在今后不斷地升級產(chǎn)品質(zhì)量，把一些普遍性的或技術(shù)等級不高的軟件適當(dāng)放開，滿足一線教師自己制作教學(xué)課件，豐富教學(xué)資源，為醫(yī)學(xué)教學(xué)改革與發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

此次研究結(jié)果說明，與以往解剖實驗教學(xué)相比，數(shù)字人系統(tǒng)應(yīng)用在解剖實驗教學(xué)中為實驗教學(xué)提供了一種全新的教學(xué)模式。傳統(tǒng)與現(xiàn)代的結(jié)合，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)解剖學(xué)的興趣，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力及實驗操作能力，取得了良好的實驗教學(xué)效果。但數(shù)字人系統(tǒng)畢竟是新技術(shù)，在有些人體解剖標(biāo)本結(jié)構(gòu)上還是無法完全展示，加之個體差異較大，因此還無法完全代替解剖實驗教學(xué)及實驗標(biāo)本操作。總之，每一種新技術(shù)在應(yīng)用時都會遇到一些問題，老師應(yīng)客觀公正地去看待，最大限度地發(fā)揮新技術(shù)的優(yōu)勢，取其之長、補己之短，為提高解剖實驗教學(xué)水平、培養(yǎng)更多優(yōu)秀醫(yī)學(xué)人才而努力。

參考文獻(xiàn)：

[1]林立武.虛擬解剖在中專解剖教學(xué)中的應(yīng)用[J].解剖學(xué)雜志，2013（6）：2.

[2]陳金鋒，鄭二來，尹春麗.數(shù)字人解剖系統(tǒng)在人體解剖學(xué)教學(xué)及社會服務(wù)中的應(yīng)用[J].廣東職業(yè)技術(shù)教育與研究，2018（5）：26-28.

[3]王松濤，陶晶，崔衛(wèi)剛.數(shù)字人解剖系統(tǒng)在解剖學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用初探[J].中國高等醫(yī)學(xué)教育，2018（2）：84-85.

[4]張雨薇，王薇，趙健.數(shù)字人系統(tǒng)在解剖學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].醫(yī)學(xué)新知雜志，2018（2）：220-221.

[5]張慶金，陳金緒，李桂成.數(shù)字人解剖系統(tǒng)在人體解剖學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用體會[J].右江民族醫(yī)學(xué)院學(xué)報，2015（4）：649-656.

作者單位：寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)院? 陜西寶雞