基于“数字人”的人体解剖学创新型实验研究和实践

张华 秦迎

[摘 要] “数字人”是现代计算机信息技术与医学学科相互整合的产物，它的出现必将对现代医学及医学教育的发展产生重大影响。通过在临床专业三年制专科生的人体解剖学实验教学过程中使用数字人开展创新型实验，和传统的人体解剖学实验教学方法做对比，探索出了适合医学生的教学方式，同时，也培养了学生的创新意识和能力。

[关 键 词] 数字人；人体解剖学；信息化教学

[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）18-0116-02

人体解剖学是医学生最重要的基础医学课程之一，隶属于形态学，是研究人体形态的学科，其学科性质和特点决定了这门学科在实验教学中，教学模型及大体标本常常扮演着重要的角色。但近十余年来，随着我国高校招生规模不断扩大，教学标本使用量不断增加，人体解剖学教学所使用的人体标本资源愈发紧张，标本的严重缺乏影响了人体解剖学。而单纯的观察性实验，学生缺乏参与性和创造性。怎样让医学生学好人体解剖学，一直是解剖学教师探索的课题。“数字人”解剖系统能清楚显示人体的三维结构，其结构精准、完整，表面纹理真实[1][2]。

觸摸屏的出现使手机、电脑的发展迈向了一个新的阶段。“数字人”结合最先进的触摸屏技术应运而生，通过计算机三维重建术，将大量连续的人体断面数据在计算机整合重建成人体三维立体结构图像，它的出现可以说是医学与现代信息技术、计算机技术相结合发展的一个飞跃[3]。自从“数字人”出现以来，已经被广泛应用于医学界，尤其是人体形态学科。经三维重建的数字人体可以从任意角度、任意方向上进行观察，使用者通过触摸屏可以随意旋转、拉伸、切割图像。数字技术对人体解剖学的教学乃至整个医学教育领域产生了很大的影响[4]。

山东医学高等专科学校医学基础部人体解剖学教研室引进了目前最先进“V5中国数字人”触摸屏解剖系统（以下简称“数字人”），运用最先进的数字技术服务于人体解剖学教学，在教学过程中产生了明显的成效。本文将对先进的“数字人”在人体解剖学实验教学中运用的体会进行简要概述。

一、“数字人”在人体解剖学实验教学中的应用

我们将2015级临床医学专业1个班级设为实验组，另外1个班级设为对照组，在人体解剖学实验教学中，实验组使用“数字人”开展教学，对照组不使用此设备。两组教学内容、授课教师均相同。在实验班的实验教学具体如下：

（一）以心血管系统为例，基于“数字人”的设计性实验

传统的解剖学实验课，通过老师示教，学生观察大体标本、相关模型和挂图来掌握心、动脉、静脉的结构。动脉、静脉分布广，不容易观察，特别是小的血管，观察起来更是难上加难。即使观察到，也无法形成完整的体系。因此，传统的教学方式无法生动地再现血液循环的过程，学生学完了，脑海中只是知识碎片。

基于“数字人”开展的心血管系统的设计性实验，包含了课前任务、课上设计性实验、课后制作思维导图三个环节。

1.课前任务以临床问题为引导，如，手背静脉网注射抗生素怎样到达阑尾？病例以实验任务表的方式课前通过教学平台发送给学生，学生接收到任务后，通过小组讨论、查找资料等方式进行课前学习和准备。

2.在课上，学生利用“数字人”系统建立虚拟仿真模型，以翻转课堂的形式进行小组讨论、演示和汇报。建成的数字模型，生动地展现了抗生素从手背静脉网进入血液循环到达阑尾的过程。学生边思考，边动手建立数字模型。和传统的实验课单纯观察、验证相比，增强了学生的参与性，学习过程就变得更加生动、有趣，从而做到紧盯教学重点，突破教学难点。

教师再借助解剖学AR技术，可以让学生观察正在跳动的心脏以及出入心脏的大血管，心脏的胸肋面和膈面，心尖和心底的结构以及心脏表面的四条沟。通过透明处理，观察四个心腔内的情况，心脏瓣膜的位置、结构和开合。最后，借助解剖学高清录播系统让学生观察心脏大体标本，从虚过渡到实，实现虚、实结合，且必须遵循“以实为本，以虚补实，虚实结合”的原则[5][6]。

3.课下，学生依据本次课内容，完成思维导图，做思维导图的过程，进一步理清知识脉络、巩固知识，学生脑海中建立起了心血管系统完整的知识体系，做到知识的融会贯通。

实验组的学生通过此种方式达到知识迁移。如，分析以下案例：口服药物怎样通过尿液排出？学生建成的数字模型，再现了药物进入口腔到咽、食管、胃、小肠、吸收进入肝门静脉系，经下腔静脉到右心，经肺循环至左心，再到主动脉、肾动脉，在肾内形成尿液，经肾乳头、肾小盏、肾大盏、肾盂、输尿管、膀胱，然后经尿道排出体外的过程。

学生在“数字人”上建立数字模型解答以上问题的过程中，把消化系统、心血管系统、泌尿系统的知识点串联起来，实现了人体解剖学各系统之间知识的衔接和整合。在建立数字模型的过程中，体现了学生的主体性，增强了学生的参与性，同时也培养了学生的思维能力、动手能力和创新能力。

本设计性实验亦可应用于其他专业的解剖学实验教学。如，让护理专业的学生思考并建立数字模型解释PICC插管怎样达到右心。影像专业的学生思考并建立选择性冠脉造影的路径。

二、“数字人”应用效果和评价

（一）考核

人体解剖学教学结束后，对实验班和对照班的学生进行闭卷笔试。采用双盲法集体流水阅卷，考试成绩满分为100分。使用SPSS21.0软件对成绩进行统计学处理，P<0.05表示差异有统计学意义。（详见表1）

（二）问卷调查

对实验班和对照班的学生进行无记名问卷调查，以了解学生对“数字人”在人体解剖学教学中应用效果的评价。调查主要包括学习兴趣、生动趣味性等四项内容（详见表2），采用不记名打分，共发放问卷97份，回收97份，回收率100%。

三、结果和分析

“数字人”的出现可以说是医学与现代信息技术、计算机技术相结合发展的一个飞跃，自从“数字人”出现以来，已经被广泛应用于医学界尤其是临床外科及医学教育领域[7]。

从实验班和对照班理论考试结果的比较（表1）可以看出，两班成绩存在明显差异（P<0.05），由于两个班级学生的专业相同，学生为随机分班，授课教师相同，因此可以认为使用数字人开展创新型教学，能提高学生对系统解剖学理论知识的掌握程度。这可能与实验班学生建立了大量数字人模型和学习主动性的调动有关。实验班和对照班的满意度调查问卷分析结果表明，两班学生在生动趣味性、知识易接受性、吸引注意力、学习興趣（表2）几个指标的比较分析中都有显著差异（P<0.05），实验班学生均明显高于对照班学生。

从以上数据可以看到，利用“数字人”开展实验课的班级和传统班级相比，不管是学习成绩，还是学习兴趣，都比传统班有了显著的提高，同时培养了学生的创新能力。

四、成果

由学生完成的，秦迎、张华老师指导的《基于中国数字人的实验过程创新》在2016年山东省第三届大学生科技创新大赛中荣获二等奖。

教学相长，在使用“数字人”技术开展信息化实验教学的过程中，教师的授课能力也相应地得到了提高。《视器》（作者：秦迎、张华）和《川流不息——心血管系统》（作者：秦迎、孙志军、许可）在2016年和2017年的山东省职业院校信息化教学大赛中，分别获得省赛三等奖和二等奖。

综上所述，虚拟仿真实验教学必将对高等教育质量的提升和实验教学改革的深化产生积极而重要的影响[8]。借助于“数字人”，可以让学生做中学，老师做中教，师生之间有了更多的互动和交流，充分实现了医学教学和信息化教学的深度融合。

参考文献：

[1]刘万和.教育改革中数字化教学的利弊分析[J].甘肃科技，2012，28（10）：77-78.

[2]Gang G，Li XC，Wu GQ，etal.Three-dimensional reconstruction of digitized human liver：based on Chinese Visible Human[J].Clin Med J（engl），2012，123（2）：146-150.

[3]程昊，周波，李宏伟，等.计算机三维数字人体模型在人体解剖学中的应用[J].现代医药卫生，2009，25（22）：3519.

[4]任银祥，王德贵，宋焱峰，等.数字化技术在人体解剖学教学中的应用[J].当代医学，2012（31）：162-163.

[5]谌新兴，龚兴牡，石慧娟，等.医学虚拟实验平台在实验教学中的应用[J].卫生职业教育，2016，34（2）：45-46.

[6]林凤屏，黄飞，陈必链.虚拟实验室在生物教学中的应用与研究[J].实验室科学，2016，19（2）：152-154，158.

[7]许世兵，杨波.数字人研究现状及展望[J].广东医学，2013，34（1-6）：2585-2587.

[8]徐晓辉，兰草，张东祥.综合性大学创业虚拟仿真实验教学平台体系建设[J].实验室科学，2016，19（5）：90-93.