虚拟数字人系统在解剖学实验教学中的应用

师哲

[摘  要]本文以探讨数字人系统在解剖学实验教学中与以往实验教学相比教学效果如何为目的。选取宝鸡职业技术学院医学院护理专业2个班级的学生，由一名老师采用不同教学模式进行授课，得到数字人系统教学效果更好，实验标本测试和实验报告成绩优于传统教学班的结果。结论证明数字人系统在实际教学过程中，有利于学生学习解剖学知识并提高实验教学的效果。

[关键词]数字人系统  解剖学  实验教学  教学效果

数字人系统在解剖学实验教学中的背景

随着信息化技术的迅猛发展，三维立体数字人技术被越来越多的医学院校所采用。近年来，利用虚拟数字人技术进行解剖学实验教学已成为一种方向，它为学习者创造了一种图像逼真、三維立体、可重复操作的学习环境，为解剖学实验教学带来了一种全新的教学模式。宝鸡职业技术学院医学院于2018年9月建成3D数码解剖实验室，实验室内有数字人系统教师端1台、数字人系统学生端6台、高清录播解剖互动系统、平衡臂式无影灯、全自动空气净化系统、活动式解剖台等组成。数字人系统是将大量真实人体断面数据信息在计算机里整合重建成人体三维立体结构图像，是医学与信息技术计算机技术相结合的成果。数字人系统内容设置紧贴教学大纲，操作简单易用。系统内包括有系统解剖学、局部解剖学、断层解剖学、解剖学微课、自主学习5大模块，共建有5000多个人体三维图形，300多个解剖学微课视频和自主学习平台。数字人解剖实验室的建立在照顾传统解剖学教学的同时，又突出了数字人系统在教学中的优势，虚实对照、相互结合，从而达到了理想的教学效果。为验证数字人的教学效果，笔者选取该院护理专业学生使用数字人系统学习，分析新技术在教学中的优势与不足，以供各位老师参考指正。

1.对象与方法

（1）对象。选取该院2018级护理专业2个班级学生为研究对象，每班55人，由一名授课老师分别对2个班级讲课，两班均为女生，两班学生无统计学差异，具有可比性。

（2）方法。2个班级在第一学期进行人体解剖学实验教学，教材选用人体解剖学与组织胚胎学，由人民卫生出版社出版。其中一个班进行传统教学模式，即老师先进行人体解剖标本示教讲解，讲解结束后开始观察标本学习，结合实验目标、写出实验报告。另外一个班在原有实验教学基础上增加数字人解剖系统讲解。

（3）观察指标。对比2个班级的课堂学习兴趣进行观察，采取课堂上实验标本测试的方式对2个班级学生的学习效果进行评比，同时对2个班级学生的实验报告进行评比。其中实验标本测试为65分，实验报告为35分。

2.结果

（1）课堂学习兴趣。对比传统实验教学班级，增加了数字人系统内容的班级明显表现出更为主动积极的学习兴趣，学生更容易接受新的实验教学模式，实验自主学习能力提高了，比较全面地掌握了解剖学知识。

（2）实验标本测试和实验报告。在2个班级的实验标本测试中，数字人系统班级学生辨认标本成绩更好。同时在实验课时，该班比传统教学班学习积极性更高，实验报告完成情况也出色。由此说明数字人系统班级对解剖学知识更容易掌握，为今后护理专业知识学习奠定了坚实基础（见表1）。

表1 两个教学班实验标本测试和实验报告成绩比较/（x±s）分

3.讨论

传统解剖实验教学大多由老师先讲解示教，讲解结束后学生自己观察或动手解剖标本学习。人体解剖学使用的标本需要进行甲醛液体固定防腐处理，有较大的刺激性气味，对老师和学生有一定的损害。因此在进行实验教学时，需要具有良好的通风和净化设备。学生学习解剖标本只能在实验室进行，不利于自主学习，学习兴趣大打折扣，而数字人系统打破了以往传统教学模式，使解剖实验教学迈入了一个新的时代。

数字人系统在解剖学实验教学中的优势

1.三维立体显示 图形逼真直观

数字人解剖系统是通过计算机整合重建技术将人体断层数据，男性2110层、精度0.1mm，女性3640层、精度0.1mm，三维重建立体结构图像。该系统内配合多点触控，可对三维立体结构图像多角度拖动、旋转、缩小、透明、分离及书画等操作，并有仰视和俯视等功能。由于人体结构是三维重建，因此解剖结构可任意组合并随意旋转与缩放，还可多角度多方位观察，例如：在躯干肌实验时，需要展示背部肌肉形态，以前实验课都要将整个尸体全部反转过来观察，观察结束后，再反转回去。数字人系统只需动动手指，背部肌肉结构全部展示清楚，可多角度随意观察并分离深层结构。在学习胰腺标本时，因胃在胰的上方，需要把胃翻开才能观察到胰腺，而数字人系统只需把胃点一下透明功能，胰腺即刻清晰可见。这些特点使老师在实验授课过程中可结合各种解剖标本、模型，直观形象地进行对比教学，实验教学效果明显提高。

2.自主学习能力提高 增强学习兴趣

数字人系统的建设耗费了大量的资金，如何使昂贵的资源发挥最大效用这才是建设实验室的初衷，所以要让学生感兴趣，喜欢使用数字人系统学习。数字人系统学生端也是触屏，老师示教结束后，学生可通过学生端系统对老师讲授的内容进行观察学习，结合系统内功能分离、透明、随手画、标注等功能实现完全自主学习。在三维人体的各个系统及器官任意漫游，使枯燥的学习变得有趣，学生学习自觉性大大提高了。以往学生对人体器官内部空间理解较迟钝，实验效果不佳。数字人系统可通过手动分离功能，解决学生的学习困惑，例如：膀胱三角标本观察时因位置较深，加之膀胱体积较小观察起来不太方便，学生很难理解。现在有了数字人系统可轻松解决这一难题。只需点击手动分离把膀胱尖一部分移开，内部三角结构清晰可见，还可旋转观察两侧输尿管口及尿道内口结构。学生在人体器官内部空间结构上的疑惑瞬间就被打开，由此学生学习兴趣显著提高。另外，数字人系统内还设有学生自主学习功能，学生对自己所学知识掌握程度如何，可进入该模块学习。模块内有理论知识题和解剖标本辨认题，学生可以随时检测自己对解剖知识的掌握程度，学习目标明确，针对性也强，学习积极性被调动起来。

3.系统重复操作 定期升级

传统人体解剖学实验教学每学期都要消耗一批标本。近年来学校招生规模扩大，尸源标本越来越少，学生学习人体标本的机会也相应减少，进而影响实验教学的质量。数字人系统的出现大大缓解了解剖标本不足的问题。数字人系统是基于大量数据整合而成的实用软件系统，按照系统解剖学及局部解剖学编制目录，展示人体各解剖形态结构。同时操作区设置多种功能便于学习。实验教学时，只需少部分时间进行操作演示，学生就能自行学习操作。如果课堂上没有及时掌握教学内容，课后及晚自习也可继续使用学习，完全不受尸体标本影响，这是过去解剖实验教学无法达到的。信息化时代技术更新日新月异，数字人系统随着相关技术的成熟，也在不断地更新升级。将来的数字人系统也许会更接近人体解剖操作过程，为今后医学各专业学生学习创造无尽想象。

4.改变传统教学模式 不断适应新技术

以往解剖学实验教学，主要依靠教师示教来完成。班级人数较多，实验室标本有限，不能照顾到每个同学。上课时一张解剖台前只能容纳十几个同学观察，后面的同学距离标本较远，观察标本效果较差。加之人体标本都是经过甲醛液浸泡过的，气味较大，刺激性明显，学生观察标本愿望降低。那么实验课效果就会下降。每次到实验标本辨认时，往往阴差阳错。自从有了数字人系统以来，老师和学生不在因实验标本观察不清而困惑了，刺激的气味没有了，环境大大改善了。在实验课上学生们争先恐后的围在三维立体学习机前，结合实验教学内容，仔细认真的观察学习，标本辨认准确无误。数字人系统是近年来新颖的三维技术整合系统，凝聚着科研人员的智慧，它的开发就是为一线教师和学生服务的。所以我们要努力学习新技术在教学中的應用，把教学和新技术很好的结合起来，为医学教育发展水平的提高提供有力的支持。

数字人系统在解剖学实验教学中的问题

1.不能完全代替标本解剖

数字人系统是一项新兴技术，它的优点在于三维逼真效果、可重复操作等，但无法代替人体标本解剖操作。三维效果显示的人体结构与实际标本还是有些差距，在人体标本解剖时，人的各种感官刺激（视觉、触觉、嗅觉、听觉）是数字人系统无法提供的，还有做标本解剖时需要其他老师的配合，这种团队合作精神也是数字人系统达不到的。实验标本操作才是学生学好人体解剖学的真本领，数字人系统还不能完全取代实验标本学习。

2.与真实标本有差异

我们在以往人体标本解剖时，每个标本都存在差异，这些差异是三维技术无法弥补的。人体器官的颜色、外形、质地与数字人系统提供的图形是有差别的，三维图像的颜色是人为着色与实际标本不符，如肺的颜色，解剖书描述是暗红色或黑红色，数字人系统肺是玫瑰红色的，差别较大。另外，一些解剖标本的结构也没有详尽标出，数字人系统也是不能全面详尽地展示出来，这时还需要在实验课上仔细观察标本来弥补。

3.软件不可复制

数字人软件系统属于商业秘密，版权独有，教学使用时只限于实验室内，软件内容不能下载，具有唯一性。数字人系统为解剖实验教学带来了新技术，但是教师有时也想制作自己的课件或微课，借用数字人软件部分内容不能满足。希望数字人系统能够在今后不断地升级产品质量，把一些普遍性的或技术等级不高的软件适当放开，满足一线教师自己制作教学课件，丰富教学资源，为医学教学改革与发展贡献力量。

此次研究结果说明，与以往解剖实验教学相比，数字人系统应用在解剖实验教学中为实验教学提供了一种全新的教学模式。传统与现代的结合，促进了学生学习解剖学的兴趣，提高了学生自主学习能力及实验操作能力，取得了良好的实验教学效果。但数字人系统毕竟是新技术，在有些人体解剖标本结构上还是无法完全展示，加之个体差异较大，因此还无法完全代替解剖实验教学及实验标本操作。总之，每一种新技术在应用时都会遇到一些问题，老师应客观公正地去看待，最大限度地发挥新技术的优势，取其之长、补己之短，为提高解剖实验教学水平、培养更多优秀医学人才而努力。

参考文献：

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作者单位：宝鸡职业技术学院医学院  陕西宝鸡