融虚拟仿真理念下3D解剖图像在人体解剖学教学中的应用

融虚拟仿真理念下3D解剖图像在人体解剖学教学中的应用

张天宝

皖北卫生职业学院 人体解剖学, 安徽省 宿州市 234000

【摘要】:目的：观察虚拟仿真理念下3D解剖图像在人体解剖学教学中的应用效果，旨在对人体解剖教学提供参考建议。方法：以皖北卫生职业学院57名学生为研究对象，学生在入校后由教务处随机分班，根据班级学生分为两个班级，2020级临床医学专业1班（30名）学生为对照组，临床医学专业3班（27名）为观察组，其中对照组采取传统解剖教学，观察组采取虚拟仿真教学联合3D解剖标本教学，比较三组学生在不同教学模式下教学质量、课堂评价、解剖方法等。结果：观察组理论知识与实验成绩高于对照组，组间有差异(P<0.05)；观察组在生动趣味性、图像真实性、注意力、知识接受程度、学习兴趣上高于对照组（P<0.05）；观察组学生临床应用、功能、位置结构等方面上学习效果高于对照组（P<0.05）。结论：在融虚拟仿真理念下联合3D解剖图像能够有效人体解剖学教学中的教学质量，学生课堂评价较高，趣味性更强，随堂测验成绩高。

【关键词】： 虚拟仿真；3D解剖图像；人体解剖学；教学

以此教学现状下，虚拟仿真技术在人体解剖学教学中的应用逐渐得到人们的认可，3D解剖图像是一种仿真式的解剖结构[1]，基于全息化数字技术能够清晰展现解剖细节，给学生提供耳目一新的教学体验[2-3]。虚拟仿真技术是以计算机为载体，输入大量人体真实数据信息，将器官与组织结构通过虚拟影像的方式针[4]。通过此项技术可为医学教学提供大量的解剖学资料，对目前解剖标本减少、临床供求矛盾减少的现状有所缓解。我校建立了虚拟仿真平台，该平台由数字、多媒体系统及多媒体硬件组成，免于尸体标本的资源限制，具有一定的应用型。本文通过调查问卷，成绩分析的研究方法对虚拟仿真理念下3D解剖图像在人体解剖学中的应用提出分析，其主要内容如下。

1资料与方法

1.1一般资料

以皖北卫生职业学院2020级临床医学专业1班（30名）学生为对照组，临床医学专业3班（27名）为观察组，学生在入校后由教务处随机分班，根据班级情况分为两组，其中对照组男12名，女18名，年龄：19~21岁，年龄均数20.18±3.19岁；观察组中男14名，女13名，年龄：19~21岁，年龄均数20.21±3.13岁；两组患者的年龄、性别、教育背景等基线资料的差异具有均衡性（P>0.05）可比。

1.2研究方法

对照组采取传统解剖教学+3D解剖教学，观察组采取虚拟仿真教学联合3D解剖标本教学，学生均需接受为期1个学期的人体解剖学教学，完成教学后首先进行理论、实验考试，理论考试使用同一套试卷，满分为100分，标本考核使用抽签的形式进行，共计75分，通过调查问卷的方式统计结果。

1.2.1对照组采取传统解剖教学+3D解剖教学，使用教学大纲将各个系统的实物标本进行整合，包括封瓶标本，教学模型以及解剖挂图。教师通过口头式为学生耐心讲解解剖标本的结构、位置结构及功能特性，并对重点内容加以讲解。依据教材的固有章节合理安排教学进度，以教师为主角，教师讲、学生听，在每学时前5min依据常规教学方案结合多媒体PPT教学，对形态学特点进行重点讲解，剩余5min总结当堂课程，并由学生自主复习或预习。3D解剖教学实现：搭载高清解剖互动录播系统统EC-1080P，该软件具有以下几个功能:⑴可观察任意三维结构，包括对图像的拖动、旋转、缩放、平移，同时可仰视、俯视图像变化。⑵可实现透明度调节、手动分离、查找、立体显示、随手画等功能。⑶可以拖动横、矢、冠三个方向，并对三维模型进行切割，从而得到任意位置的断面图像，可放大、缩小平移并可保留截图。⑷可实现而为断层结构、三维结构的同步定位，并在任意3个断面中可点击任意解剖结构定位到对应的三维结构。

1.2.2 观察组采取融虚拟仿真理念下3D解剖图像，虚拟仿真技术由山东易创数字有限公司开发解剖系统V3.5，该项系统搭载了独立服务器，充分保障了资源的可靠性与安全性，可实时容纳100多个客户端同时学习，同时搭配独立服务器，充分保障信息资源的安全与可靠。搭配高清解剖系统后能够实现3D解剖图像的高清播放，并安排专人维护。具体内容如下：⑴教学前期准备。①课时安排。为了让教学内容更为直观、系统，在虚拟仿真技术下将人体解剖八大系统进行讲解，以临床为导向，系统解剖学为核心对解剖学知识进行细致讲解，在学识不变的情况下适当分配课时，同时本着知识点连贯性原则将各个系统的知识点连贯起来，配合我校“医学基础概要”的基本要求，形成教学概论、解剖概论等内容，共计安排90学时课程。②教学资源整合。a.将线上资源进行整合并发布于学习通上，实现基础与临床的高度融合，建立线上、线下混合课程，并设立学生交流模块，教师评价模块对学生学习情况进行沟通。b.多媒体辅助。使用多媒体编排设计教学大纲、课程目标，并提炼临床重点内容上传有教学教材各个单元中，同时建立教学QQ群，并对相关病例进行精选将重点内容发布在qq群中，并引入其他教学资源。c.教学设计。本次教学实行立体化混合教学方案，主要教学设计包括传统教学、线上网络化学习、PBL教学、翻转课堂、思维导图等多种教学模式，全方位激发学生的学习乐趣，充分利用虚拟教学系统让学生的自主学习更加灵活，探索更多的教学模式。每次理论课2学时共90 min，在第1学时的前5 min开始课堂要点学习，然后导入经典病例，然后随机抽取学生对问题进行的预习，最后的25 min给学生留下充足的提问时间，并对教学内容进行讨论。第2学时则对学生遗漏的知识进行查缺补漏，时间约为35 min，剩下10 min将知识总结归纳后进行思考。实验课则以翻转课堂为基本，充分发挥实物标本与虚拟实验系统的优势，对标本的解剖结构、毗邻关系进行论证，包括对结构、锥孔、椎间孔及相关长、短韧带位置等复杂结构进行复述。依据虚拟仿真技术的教学特点，总体教学设计应与教学大纲符合，对于部分教学内应该与临床实践紧密相合，具体教学设计应该见表1。

表1 融虚拟仿真下实验内容讲解

1.3评价标准

⑴教学成绩与理论成绩：收集学生期末人体解剖学成绩将其记录后并对比分析。⑵问卷调查：自制调查问卷对学生人体解剖学教学效果进行评价，问卷分值0~10分，得分高说明学生教学成绩高。⑶随堂测试：设置随堂测试，对学生临床应用、功能、位置结构三个方面进行考试，分值0~50分。分值高说明教学效果好，Cronbach's α=0.764。

1.4统计学分析

借助SPSS 20.0统计，符合正态分布计量资料组间两两比较（）采用t检验，不符合正态分布计数资料[n(%)]，二分类变量采用χ2检验，显著性水准α=0.05。

2结果

2.1 理论知识与实验成绩

观察组理论知识与实验成绩高于对照组，组间有差异(P<0.05)，见表2。

表2 分组比较两组理论知识、实验成绩（，分）

2.2 教学质量

观察组在生动趣味性、图像真实性、注意力、知识接受程度、学习兴趣上高于对照组（P<0.05）。见表3。

表3 分组比较生动趣味性、图像真实性、注意力、知识接受程度、学习兴趣（，分）

2.3 随堂测验结果

观察组学生临床应用、功能、位置结构等方面上学习效果高于对照组（P<0.05），见表4。

表4 分组比较两组随堂测验结果（，分）

3讨论

虚拟仿真技术是计算系统为基础联合多种虚拟仿真技术制成虚拟实验环境，通过预定的实验能够提高教学交互性、真实性，并制定虚拟模型[5]。当前，医学院学生不断增多，解剖样本量严重不足，尤其是人体解剖中神经系统标本的制作，标本损耗较大，结构复杂，样本易破坏。传统人体解剖学教学过程中，福尔马林的刺激性气味是不可回避的问题，对此大部分新生有一定的畏难心理或者消极情绪，虚拟仿真技术则对此项问题有了更深一步的解决方案。

目前医学院校处于不断扩张的阶段，标本消耗大，样本量不足，尤其是神经系统方面的标本更是缺失。人体解剖学作为医学各专业必修课程之一，对学生临床知识培养意义非凡。通过信息化教学能够引领人体解剖学课程的进步与创新，并经教学实践下也存在一定的问题。人体解剖学名词多、课时多，为此深化课程改革，化繁为简是人体解剖学课程教学方向之一。虚拟仿真技术是通过建立三维结构反复观察目标，最大化的节约资源，有效改善了实物标本不足的问题。虚拟仿真技术消除了学生在时间、空间上的限制，为学生提供了很多的线上资源，也将教学变得更为直观，有趣。有关研究报道,部分医学院系统解剖学缺乏足够的学习时长，因此解剖学教育逐渐减少，但随着影像学或者内镜成像等医学的不断发展，高水平的解剖人才需求性更高解剖学晦涩难懂、内容繁多单一的教学讲述很难直观的让学生理解到形态结构与毗邻关系。虚拟仿真技术能将繁杂的知识转化为直观的影像降低难度的同时有助于解剖学的理解与记忆。结果显示，观察组理论知识与实验成绩高于对照组(P<0.05)，说明融虚拟仿真理念下3D解剖图像对学生成绩有所改善，对理论成绩、实验成绩上均有显著提高，章喜明等人报道虚实结合实验教学模式能够提高线上与线下教学效果，拓展学习时空与提高学习兴趣，与本次研究结果一致；观察组在生动趣味性、图像真实性、注意力、知识接受程度、学习兴趣上高于对照组（

P<0.05），说明该项教学模式下能够提高学生趣味性、学生在知识接受、注意力提高上均有显著提高；观察组学生临床应用、功能、位置结构等方面上学习效果高于对照组（P<0.05），说明课堂效果更好，对学生临床应用、功能、位置结构等方面均等有不同程度的提高，但整体上偏高。

综上所述，融虚拟仿真理念下3D解剖图像能够系统性为整体教学模式有很好支撑，改善教学质量，学生兴趣获得了提高，能够促进教学模式的创新并完善，充分发挥现代信息化教学的优势，不断推进当代医学教育的发展，为实用性医学人才培养体系建设提供建议。

参考文献

 [1]王洪凯, 张楠, 孙孝邦, 等. 包含中国人群解剖学差异的Web端三维器官模型可视化系统的构建及应用[J]. 解剖学报, 2019,50(2):220-226.

[2]孙若凡, 张唯唯. 基于3D U-Net实现人体耳软骨MRI图像的解剖结构分割[J]. 中国生物医学工程学报, 2021,40(5):531-539.

[3]宋春雪, 张鹏, 訾春艳, 等. 虚拟仿真技术联合智慧职教云课堂在分娩护理实训教学中的应用[J]. 护理学杂志, 2021,36(23):65-68.

[4]章喜明, 李锦新, 朱晓琴, 等. 基于虚实结合的基础医学虚拟仿真实验教学平台构建与应用[J]. 实验室研究与探索, 2019,38(10):273-276.

[5]王灿, 胡霞, 王旭光, 等. 融虚拟仿真于中医临床专业解剖课立体化教学改革探索——以运动系统为例[J]. 齐齐哈尔医学院学报, 2021,42(15):1348-1353.