虚拟人在高职解剖学实验教学中的应用*

林加福 吴碧莲 李 丹

（福建卫生职业技术学院，福州 350101）

2001年钟世镇院士在第174 次香山会议提出“中国数字人”的构想，指出数字人（或虚拟人）的研究，还是一个较新的领域[1]。2007年张天伍[2]用Flash技术设计了一个局部解剖学虚拟实验室，实现初级人机对话，但缺少三维动画。2011年张云龙[3]认为虚拟解剖实验室是以CT、MRI扫描、人体切片等数据为基础，应用虚拟现实技术在计算机上重现虚拟人或数字人的实物图像和三维动画，可模拟各种解剖学操作。2017年陈波等[4]在原解剖实验室安装人体数字解剖软件，发现虚拟人结合实地操作可让遗体的利用率倍增。前述报道多是描述性，并未将虚拟解剖实验室和传统实验室两者的教学效果行量化比较。因本校遗体匮乏，故引进虚拟解剖实验室作为实验教学补充，将本校2019级药学专业所有学生随机分为虚拟解剖实验室教学组（实验组）和传统解剖实验室教学组（对照组），以课堂小测成绩进行量化比较，探讨虚拟实验室替代传统实验室的可能性。

1 材料和方法

1.1 一般资料

选取本校2019级药学专业8个班级随机分为4组（我校所有新生入学均电脑随机分班），理论授课是大班（2个行政班）进行，实验授课为小班（单个行政班）进行，同一大班内的2个行政班为同一组别，实验课前后顺序依次交替，减少组内前后时间差异。对照组1：2019级药学301班+2019级药学302班，实验组1：2019级药学303班+2019级药学304班，对照组2：2019级药学305班+2019级药学306班， 实验组2：2019级药学307班+2019级药学308班。

1.2 实验方法

本课程名称为人体解剖学，总共48学时（理论36+实验12），教材为贺伟主编《人体解剖生理学》第三版的解剖部分。所有班级理论和实验部分均由同一位教师完成。实验课每次2学时，选取3次进行课堂小测。将3次小测的平均成绩作为平时成绩，占总成绩20%，另期中成绩30%，期末成绩50%。

实验组和对照组的实验室面积同样大小。实验组的实验授课采用国内某公司开发的《中国数字人解剖系统》，包括教师端（1主4次）和学生端（32个），每个实验桌有4个学生端，每个学生端口由2个学生合作操作，每节课只容纳1个教学班。

对照组的实验授课采用传统实验室，因本校标本量较少，故药学专业的实验教学除运动系统的骨骼为标本外，其余部分的教学只向学生提供模型，最后1节实验课才由教师带领看标本。另我校有人体形态科学馆，内有全身各系统的标本展示，课外均向所有学生开放。传统实验室包括1个教师讲桌、1套教学电脑和投影仪，8个实验桌，每个实验桌可坐8人，桌子中间摆放教学标本和模型，每节课同样只可容纳1个教学班。按教学进度先后共进行3次小测。实验内容包括：

实验组的实验课分3部分：①PPT展示本次实验课要求掌握的内容（约3 min）；②由学生自己操作，对照课堂要求、课本与《中国数字人解剖系统》一起学习（45 ～50 min，按座位号2名学生为1小组，8人为1大组，最后1组可少于8人），学习过程中同桌可相互交流，或者向老师请教，不可离开自己实验桌；③课内最后7 min进行班级小测。小测内容为PPT展示20张，每张PPT测试1个器官或结构名称，每张PPT停留时间为20 s后自动播放下一张，为避免出现作弊现象，小测的过程中会有带教老师随机拍照与摄影留存。小测结束后，答卷统一收取后由老师改卷并整理成绩，答卷留存。

对照组的实验课同样分3部分：①同实验组；②由学生自己操作，对照PPT所要求知识点、课本与教学模型一起学习，余同实验组；③课内最后7 min进行班级小测，小测内容与形式同实验组。小测结束后答卷处理同实验组。

1.3 观察指标

主要观察指标为每次实验课堂小测成绩，分析实验组和对照组是否存在组间及整体差异。

1.4 统计学处理

采用统计学软件SPSS20.0对数据进行分析，计量资料以±s表示，采用单因素方差检验、t检验和中位数（Me）比较，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

高职学生学习素质整体偏低，平均成绩在60分以下；学生之间素质参差不齐，小测成绩最高100分，最低5分，标准差特别大。个别学生请假缺课则当次小测成绩计为0分，小测结果见表1。

表1 实验组与对照组3 次实验课小测成绩

2.1 区间比较

小测1中实验组1成绩（44.82±18.08）低于对照组1（49.94±19.96）和实验组2（50.36±17.51），差异有统计学意义（P＜0.05），其余之间差异无统计学意义；小测2中对照组1成绩（37.66±18.48）最低，与实验组1（44.45±19.67）、对照组2（50.63±20.57）和实验组2（49.67±13.76）相比，差异均有统计学意义（P＜0.05），实验组1成绩低于对照组2，差异也有统计学意义（P＜0.05），其余之间差异无统计学意义。

小测3中对照 组1成 绩（39.59±16.19）低 于实验组1（42.65±14.45）、 对照组2（46.80±14.69）和实验组2（50.45±13.90），差异有统计学意义（P＜0.05）。实验组1的成绩（42.65±14.45）小于实验组2（50.45±13.90），差异有统计学意义（P＜0.01），其余之间差异无统计学意义。各组间中位数的差异无统计学意义。

2.2 整体比较

对照组整体成绩（45.30±18.37）和实验组整体成绩（47.09±16.61）比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。前2次小测对照组成绩与实验组成绩相比，差异没有统计学意义。小测3对照组的成绩（43.18±15.83）低于实验组的成绩（46.58±14.66），两者间差异有统计学意义（P＜0.05） （表2）。对照组与实验组中位数的差异无统计学意义。

表2 实验组和对照组3 次小测成绩比较

3 讨论

解剖学理论课教学是二维平面，学生由此很难理解三维的人体立体形态结构，所以实验课是解剖学教学的基础，是不可或缺的一部分。传统的实验教学方法包括标本、教学模型观察和活体触摸法等[4-6]，但标本有强刺激性气味可伤害呼吸系统，生均标本占用率低[4]；模型形式僵硬，不能满足多角度、多层次的教学需求[5]。虚拟仿真技术应用于解剖学教学能够弥补上述缺点，已成为国内外研究热点[7-9]，同时是我国高等教育信息化建设的一项重要举措[9]。但解剖学是形态学学科，实验教学首选仍是实物标本，虚拟人只能是一种教学辅助工具，或无奈的替代。

3.1 统计数据分析比较

本研究结果显示，对照组与实验组成绩整体上并无差异，前2次小测实验组与对照组成绩也没有差异，但小测3对照组成绩低于实验组成绩，差异有统计学意义，所以两者间的差异可能需要较长时间应用才能显示出来，也可能需要更多的测试来证明两者间没有差异。

综上所述，笔者认为虚拟实验室和传统实验室在高职院校药学专业解剖学实验教学中的应用差别不大，或者需要更长时间的应用才能显示两者的差异。本次研究只采用实验小测成绩来对虚拟实验室和传统实验室进行比较，指标相对单一，下一步将从两者间的使用成本、学生的喜爱和接受程度等不同指标来多方面进行比较。

3.2 虚拟实验室的不足

虽然虚拟实验室的应用效果已经跟传统实验室没有明显差别，长期使用效果可能优于传统实验室，但仍然有待提高。①虚拟程度还不够逼真，观察对象有时过于灵敏，有时延迟，图片快速切换可致视觉不适；②少数图片存在形态学错误，图片上的标签不够细致，有部分的骨性、肌性标志和器官典型结构的标签欠缺，数据库仍需完善；③教师端电脑PPT课件、虚拟软件与屏幕白板之间的切换存在卡壳的情况；④教师端与学生端之间信息传输不稳定，学生屏幕会比教师屏幕延迟几秒到十多秒不等，延迟程度会随着程序使用时间变长而变长。