基于虛擬數(shù)字人的翻轉(zhuǎn)課堂模式在斷層解剖學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

楊顯國，尹金鵬，張慶遠(yuǎn)

（南陽醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部，河南 南陽 473061）

翻轉(zhuǎn)課堂是指重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時(shí)間，將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生[1]。斷層解剖學(xué)是用斷層方法研究人體在冠狀面、水平面、矢狀面等斷面上器官的位置、結(jié)構(gòu)、毗鄰的科學(xué)，是臨床影像學(xué)的形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)[2]。隨著臨床影像技術(shù)（如X線、超聲、CT、MRI）的不斷發(fā)展，斷層解剖學(xué)在醫(yī)學(xué)影像專業(yè)中的地位日益重要。斷層解剖學(xué)斷面多，每個(gè)斷面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相鄰斷面結(jié)構(gòu)相似但又有區(qū)別。由于學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)不扎實(shí)以及學(xué)習(xí)方法不科學(xué)等原因[3]，死記硬背重要斷面的結(jié)構(gòu)名稱，嚴(yán)重影響學(xué)生對斷層解剖學(xué)的學(xué)習(xí)興趣和效果[4]。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，利用虛擬數(shù)字人技術(shù)進(jìn)行斷層解剖學(xué)教學(xué)已成為一種趨勢，它為學(xué)生創(chuàng)造了一種可重復(fù)操作、直觀、三維立體、清楚的學(xué)習(xí)環(huán)境[5]。為此，我校引進(jìn)虛擬數(shù)字人軟件，在斷層解剖學(xué)教學(xué)中采用基于虛擬數(shù)字人的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，現(xiàn)分享如下。

1 對象與方法

1.1 研究對象

以我校2019級?？漆t(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)學(xué)生為研究對象，隨機(jī)選取60人為對照組，60人為實(shí)驗(yàn)組，均為大學(xué)一年級學(xué)生，在第二學(xué)期學(xué)習(xí)斷層解剖學(xué)。兩組學(xué)生的一般資料（性別、年齡、學(xué)習(xí)成績）比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。

1.2 研究方法

實(shí)驗(yàn)組與對照組的理論課及實(shí)驗(yàn)課均由相同教師完成，教學(xué)學(xué)時(shí)總數(shù)、使用的教材、考核方式和考核內(nèi)容均相同。對照組采用傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行授課；實(shí)驗(yàn)組采用基于虛擬數(shù)字人的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。實(shí)驗(yàn)組具體教學(xué)過程如下:（1）課前:教師通過分析教學(xué)內(nèi)容，精選相關(guān)教學(xué)資料，例如微課、電子圖譜、視頻、課件、習(xí)題等，提前一周通過學(xué)習(xí)通平臺發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生進(jìn)行針對性預(yù)習(xí)。（2）課中:首先，教師利用虛擬數(shù)字人軟件，要求學(xué)生對每個(gè)器官的主要結(jié)構(gòu)及空間毗鄰關(guān)系進(jìn)行辨認(rèn)。其次，依次拖動矢狀面、冠狀面、水平面3個(gè)方向的虛擬切面對人體進(jìn)行切割，顯示出相應(yīng)的斷面，要求學(xué)生辨認(rèn)這些斷面中主要的結(jié)構(gòu)名稱。對于錯(cuò)誤率較高或者較難辨認(rèn)的結(jié)構(gòu)，教師進(jìn)行針對性講解，答疑解惑。最后，教師對應(yīng)配上同斷層的影像學(xué)圖片讓學(xué)生進(jìn)一步辨認(rèn)，進(jìn)行基礎(chǔ)與臨床的結(jié)合。（3）課后:通過學(xué)習(xí)通的習(xí)題，檢測學(xué)生對知識的掌握情況。實(shí)驗(yàn)課使用虛擬數(shù)字人軟件和直接觀察斷層標(biāo)本相結(jié)合的方式進(jìn)行。

1.3 評價(jià)方法

課程結(jié)束，對兩組學(xué)生的總成績進(jìn)行比較分析，總成績包括平時(shí)成績（20%）、實(shí)驗(yàn)成績（30%）和理論成績（50%）。并對教學(xué)方法的評價(jià)進(jìn)行問卷調(diào)查。數(shù)據(jù)用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)組與對照組學(xué)生的學(xué)習(xí)成績比較

從研究結(jié)果可以看出，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的平時(shí)成績、理論成績、實(shí)驗(yàn)成績及總成績均高于對照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)組與對照組學(xué)生的學(xué)習(xí)成績比較（±s，分）

表1 實(shí)驗(yàn)組與對照組學(xué)生的學(xué)習(xí)成績比較（±s，分）

組別實(shí)驗(yàn)組對照組t P平時(shí)成績85.64±7.51 82.31±8.85 2.222 0.028理論成績86.87±10.42 80.75±14.79 2.620 0.010實(shí)驗(yàn)成績91.23±9.866 84.54±12.13 3.315 0.001總成績87.93±9.256 82.20±11.93 2.942 0.004

2.2 實(shí)驗(yàn)組與對照組學(xué)生的問卷調(diào)查結(jié)果比較

從研究結(jié)果可以看出，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生對教學(xué)方法的接受度高于對照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；實(shí)驗(yàn)組認(rèn)為本組所采用的教學(xué)方法能提高學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)效率、空間定位能力、自主學(xué)習(xí)能力、分析和解決問題能力、語言表達(dá)能力、臨床思維能力的人數(shù)比例顯著高于對照組（P＜0.05），見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)組與對照組學(xué)生的問卷調(diào)查結(jié)果比較

3 討論

3.1 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的起源

翻轉(zhuǎn)課堂起源于美國，兩名教師嘗試將PPT課件利用錄屏軟件錄制成視頻，并配以聲音和字幕，然后將視頻上傳網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，使不能到學(xué)校上課的學(xué)生隨時(shí)可以登錄網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)在家中學(xué)習(xí)。這一新的教學(xué)模式彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)的不足，迅速在美國推廣。這種先學(xué)后教的模式與傳統(tǒng)教學(xué)安排不同，稱為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。教師在課前將有關(guān)的教學(xué)資源上傳網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，學(xué)生利用學(xué)習(xí)終端隨時(shí)隨地進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，在學(xué)校，學(xué)生以課前所學(xué)知識為基礎(chǔ)，通過同學(xué)之間交流及教師答疑解惑，最終將知識消化、吸收[6]，達(dá)到掌握知識的目的。

3.2 斷層解剖學(xué)教學(xué)中實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的必要性

在斷層解剖學(xué)教學(xué)中實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂的原因:（1）尸體短缺。近幾年，由于國家重視職業(yè)教育，高職醫(yī)學(xué)院校學(xué)生人數(shù)增多[7]，再加上很多人受傳統(tǒng)觀念影響，不愿將去世親人的尸體用于醫(yī)學(xué)研究，造成尸體嚴(yán)重不足。（2）福爾馬林的危害。由于福爾馬林具有揮發(fā)性和毒性，尤其對人體的呼吸系統(tǒng)和眼有很大影響，當(dāng)氣溫較高或者通風(fēng)條件不好時(shí)，氣味刺鼻，讓人難以靠近。（3）尸體解剖操作勞累、辛苦、周期長等因素，也大大降低了斷層解剖學(xué)的教學(xué)效果。（4）學(xué)習(xí)時(shí)間及地點(diǎn)不受限制。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)地點(diǎn)更加靈活。目前大學(xué)生課外活動很多，大部分學(xué)生需要花費(fèi)不少時(shí)間參加各種活動，如參加學(xué)術(shù)講座、志愿者活動、文藝演出、體育比賽、學(xué)生會工作等，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式可以很好地解決學(xué)習(xí)時(shí)間及地點(diǎn)的沖突，學(xué)生能夠更加合理地安排學(xué)習(xí)時(shí)間，也不再局限于教室這一學(xué)習(xí)地點(diǎn)。

3.3 基于虛擬數(shù)字人的翻轉(zhuǎn)課堂在斷層解剖學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢

隨著網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的飛速發(fā)展、移動終端學(xué)習(xí)軟件的增多，虛擬教學(xué)手段進(jìn)入高校課堂[8]。虛擬數(shù)字人是現(xiàn)代科技發(fā)展的產(chǎn)物[9]，虛擬數(shù)字人支撐下的翻轉(zhuǎn)課堂為斷層解剖學(xué)教學(xué)改革提供了新的思路。本研究將虛擬數(shù)字人與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合應(yīng)用于斷層解剖學(xué)教學(xué)，有如下優(yōu)勢。

3.3.1 三維立體顯示，提高學(xué)生對人體結(jié)構(gòu)的空間定位能力在斷層解剖學(xué)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生對人體結(jié)構(gòu)的空間定位能力是非常重要的，但是僅通過觀察二維平面圖片達(dá)不到教學(xué)目標(biāo)，學(xué)生并不能對器官空間位置、形態(tài)結(jié)構(gòu)、毗鄰關(guān)系進(jìn)行準(zhǔn)確描述。虛擬數(shù)字人呈現(xiàn)的人體結(jié)構(gòu)是三維立體的，且能夠根據(jù)需要增加或減少結(jié)構(gòu)，還可以透明化、逐層分離深層結(jié)構(gòu)等，實(shí)現(xiàn)多角度、全方位觀察[10]，對每個(gè)器官的位置、結(jié)構(gòu)及器官間的空間毗鄰關(guān)系能夠清晰、直觀、立體顯示，可較好地突破教學(xué)難點(diǎn)，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。通過運(yùn)用虛擬數(shù)字人進(jìn)行斷層解剖學(xué)教學(xué)，將復(fù)雜、難懂、難記的各斷面結(jié)構(gòu)三維立體顯示，易于理解記憶，使學(xué)生的人體結(jié)構(gòu)空間定位能力有了極大提高[11]。

3.3.2 提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)積極性 虛擬數(shù)字人操作簡單、方便易行，學(xué)生可以在課堂上自主進(jìn)行操作學(xué)習(xí)[12]，提高動手能力和主動探索能力，適合愛玩電子產(chǎn)品的學(xué)生，讓學(xué)生在“玩中學(xué)、學(xué)中玩”，使學(xué)習(xí)過程主動性更高、趣味性更強(qiáng)[13]。由于虛擬數(shù)字人可以清楚、直觀顯示各器官的結(jié)構(gòu)及空間毗鄰關(guān)系，學(xué)生在人體器官空間結(jié)構(gòu)上的疑惑瞬間被解開，不再單純死記硬背文字與圖片，可以更好地理解掌握斷層解剖學(xué)知識，與被動聽課的傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，能降低學(xué)習(xí)難度，提高學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣[14]。虛擬數(shù)字人系統(tǒng)還設(shè)有自主檢測模塊，有解剖標(biāo)本辨認(rèn)、理論知識檢測題等，學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)完成之后還可以隨時(shí)檢測對解剖知識的掌握程度，學(xué)習(xí)目標(biāo)非常明確，深受學(xué)生歡迎。

3.3.3 提高學(xué)生的主體地位及自主學(xué)習(xí)能力 翻轉(zhuǎn)課堂把“教師講、學(xué)生聽”的傳統(tǒng)教學(xué)模式翻轉(zhuǎn)過來，將教師課堂講授轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生課前自主學(xué)習(xí)，突破時(shí)間、地點(diǎn)限制。通過線下的課堂教學(xué)進(jìn)行答疑解惑、鞏固知識點(diǎn)和拓展學(xué)生聯(lián)系臨床的思考，能更好地培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題能力、語言表達(dá)能力、臨床思維能力等，從而使學(xué)生由被動接受知識向主動探索知識轉(zhuǎn)變[15]。通過教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位[16]和自主學(xué)習(xí)能力。本研究結(jié)果顯示，虛擬數(shù)字人結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂模式不僅讓枯燥的斷層解剖學(xué)課程變得更加生動、形象、有趣，同時(shí)著眼于教育教學(xué)改革，促進(jìn)多學(xué)科交叉融合、協(xié)同發(fā)展，將會成為解剖學(xué)科教育發(fā)展的希望和亮點(diǎn)[17]?；谔摂M數(shù)字人的翻轉(zhuǎn)課堂模式應(yīng)用于斷層解剖學(xué)教學(xué)，能夠有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性及學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)的主體地位及空間定位能力等。但在斷層解剖學(xué)實(shí)際教學(xué)中也發(fā)現(xiàn)了一些問題:（1）實(shí)驗(yàn)組學(xué)生雖然考核成績不錯(cuò)，但如果單一考查學(xué)生對標(biāo)本結(jié)構(gòu)掌握情況和臨床操作能力，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生在尸體標(biāo)本上操作不夠準(zhǔn)確和靈活。（2）虛擬數(shù)字人教學(xué)系統(tǒng)信息量非常大，對學(xué)生的電腦操作熟練程度有較高的要求。由于授課對象是大學(xué)一年級學(xué)生，部分學(xué)生在拆分、透明化解剖結(jié)構(gòu)時(shí)，操作不夠嫻熟，一定程度上造成學(xué)習(xí)效果的差異。隨著教學(xué)的推進(jìn)，可能還有更多類似問題或者其他問題出現(xiàn)。

數(shù)字人終究是虛擬的，和真實(shí)標(biāo)本存在一定差異，一些微細(xì)結(jié)構(gòu)無法完全、準(zhǔn)確顯示[18]，不能完全代替肉眼觀察標(biāo)本的現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)[19]，所以在教學(xué)中需要結(jié)合傳統(tǒng)的斷層解剖標(biāo)本、模型等實(shí)物教具，虛實(shí)結(jié)合、揚(yáng)長避短，使傳統(tǒng)教學(xué)工具與信息化教學(xué)手段完美融合。如何綜合應(yīng)用信息化教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)手段，如何協(xié)調(diào)各學(xué)科之間的交叉影響等問題，在今后的教學(xué)實(shí)踐中，還要不斷優(yōu)化和完善該教學(xué)方法，努力提高斷層解剖學(xué)教學(xué)水平和教學(xué)效果。