3D 打印技术在人体解剖学实验教学中的应用探讨

周贤熙 宋述财 周丽亭

1.广州中医药大学基础医学院实验教学中心，广东广州 510006；2.广州中医药大学基础医学院中医养生与预防医学系，广东广州 510006；3.湛江市第一中医医院，广东湛江 524000

人体解剖学是一门研究人体形态、位置和结构的基础学科，是医学教育的基础。与其他学科相比，人体解剖学的学习需要良好的三维构建能力，熟悉不同结构的立体关系，具有高度临床相关性。扎实掌握人体解剖学知识将为学生后续的医学课程学习奠定基础。

在科学技术快速发展的时代，科技的进步无时无刻不在影响着高等教育领域，推动教学改革。医学教育开始于农业革命的经验医学，发展至工业革命的科学医学，医学教育每一时期的发展都带着科技的烙印。由于医学教育较长的投入产出周期和公益属性，科技在教学领域的应用相对滞后，将先进的科学技术融入到医学教育中，为医学教育提供技术支持，是满足新医科医学教育体系下人才培养的重要手段。

随着技术的进步，人体解剖学的教学方式发生较大变化，如翻转课堂、PBL（problem-based learning method）教学法、混合式教学法、OBE（outcomesbased education）教学法，这些教学方式利用新兴的科学技术辅助人体解剖学实验教学，取得很好的教学效果。3D 打印技术是以数字模型为基础，通过构建三维数字模型，并制造产品的新兴制造技术，是第3 次工业革命的关键技术之一。3D 打印技术具有满足产品复杂性要求、产品生命周期可持续、个性化等优势，具有极其广阔的应用前景，医学教育领域则被认为是3D 打印技术推广应用的重要领域。然而，3D 打印技术在人体解剖学实验教学领域的应用研究却鲜有文献报道。因此，本文通过探索3D 打印技术在人体解剖学实验教学的教学路径，以期为人体解剖学实验教学的教学改革提供参考。

1 人体解剖学实验教学的现状

人体解剖学的教学方式包括课堂教授、大体标本解剖、实物标本辨识及图谱学习等。以尸体观察和解剖为基础的教学模式代表人体解剖学的一个里程碑，且作为主要的教学方式存在数百年。自17 世纪以来，尸体解剖一直是人体解剖学的“黄金标准”。然而，人体标本涉及伦理、法律、保存等众多潜在风险。①人体标本主要依赖于遗体捐献。受传统观念和宗教信仰的影响及捐献途径的限制，遗体捐献的数量无法满足教学需求。②尸体的获取到完成教学标本的制作周期长，成本高，技术要求高，这是限制人体解剖学教学开展的另一重要因素。③随着教学的开展，教学标本的精细结构往往被损坏却无法及时得到补充，这进一步加剧教学标本的紧缺。

基于此，医学院校有意识地减少人体解剖学的教学时长，学生参与到尸体解剖和标本观察的时间逐渐减少，国外部分医学院校甚至直接取消人体解剖学实验教学课程，这不利于医学教育的发展，影响医学人才的培养。因此，如何利用包括3D 打印技术在内的新兴技术解决现有的教学问题，创新教学模式，提高人才培养质量，成为人体解剖学实验教学的重要研究方向。

2 3D 打印教具在人体解剖学实验教学中的优势

教具是3D 打印技术在人体解剖学实验教学中最为广泛的应用，具有精度高、成型速度快、可缩放的特点，其可快速复制标本，并根据教学需要及时进行调整，“按需制造”教具，也能缩短师生暴露于甲醛等有毒气体的时间，维护师生的身体健康。教具的制作需要强大的数据库支持，3D 打印技术搭建的人体资源数据库可将数据库标本模型制作成教具，线上资源也方便学生访问，有效摆脱实验室的桎梏，突破优质资源分配不均的限制，这既解决了标本陈旧和标本不易保存的问题，也能解决优质标本难以获得的局限，提高学生的标本拥有量，丰富学习体验，实现课堂教学到课后学习的延伸。

普通教具的制作不仅需要数据库的支持，而且需要一定的工厂规模和生产线，还面临交货周期长、行业市场小等诸多风险，这导致了人体解剖学实验教学教具种类少，形式单一，且制作粗糙，缺乏个性化的标本。3D 打印技术根据人体资源数据库，可精准复制组织的三维结构和位置毗邻关系，且产品质量更好，因此，3D 打印技术能够提供比普通教具更具个性化、更有竞争力的教学模型。例如，3D打印技术可等比例放大诸如泪器、听小骨、砧骨、锤骨及肾小球等特殊结构，呈现实际标本观察不到的微细结构，且可根据教学需要和反馈及时调整，使得解剖学知识变得更为直观立体，促进学生与教学内容互动，提高学生自主学习能力。3D 打印技术也可通过颜色渲染技术对教具进行视觉性标记，有助于教师吸引学生的注意力，促进“深度学习”。

与传统的尸体标本和模型相比，3D 打印教具不仅可让学生全方位、多视角地观察人体结构的特点，而且材质结实，不易受损，无毒无气味，更易被学生所接受。3D 打印技术可涵盖更大范围的解剖结构，允许教育者不受限制地复制出人体标本，提高学生平均拥有的人体标本数量。通过3D 打印数据库与生理学、病理学等学科的整合，也能够使人体结构具有动态性，还原人体的生理活动，弥补现有人体解剖学实验教学不具有动态性的缺陷。数字化管理和3D 建模改变了学生接触标本的方式，方便学生从多个角度认识人体结构，有助于学生直观的学习，减缓标本损坏。此外，由于宗教信仰、文化背景、个人经历等因素的影响，部分学生在面对人体标本时可能存在不舒服的情感体验或心理压力，3D 打印教具能够有效降低学生在观察实体标本时的不良反应，提高学习效率。

3 3D打印技术在人体解剖学实验教学中的不足

科技的发展改变了教育场景和教学模式，这要求教师及时将新兴技术融合到教学设计中，而非一成不变地固守传统的教学模式开展教学活动。3D 打印技术具有复制成型、“按需制造”的优势，使其在产品需求量较小的形态与结构设计市场中占据优势，并迅速扩张。虽然人体解剖学作为亟需大量形态与结构设计的医学课程，但3D 打印技术在其教学中的应用亦存在诸多障碍。①对临床专业的学生而言，尸体解剖是学习的基础，解剖过程中尸体的触感、手感对学生后续的临床极其关键，然而，3D 打印教具无法为临床学习提供真实的感觉，这也成为限制3D 打印技术在人体解剖学实验教学应用的主要因素。3D 打印技术无法完全代替尸体解剖。②3D打印材料种类少，加上人体解剖学实验教学环境特殊，适用的打印材料种类更少，这成为限制3D 打印技术在人体解剖学实验教学中运用的另一原因。③技术推广尚未成熟。我国3D 打印行业的发展尚属起步阶段，从业人员存在巨大缺口，技术尚未普及，3D 打印从业人员缺乏专业的医学知识，无法辨识医学结构的正确与否，这进一步限制了3D 打印技术在人体解剖学实验教学中的应用。④3D 打印技术在解剖学教育领域的应用尚属起步阶段，教学人员认识不足，认可度低，在教学过程中占比低，三维结构模型的素材库不足，数据库的建设缓慢。⑤鉴于人体解剖结构的复杂性和独特性，过度依赖数据可能会对研究和处理人体的微小差异产生错误的理解。3D打印教具不具备与标本完全相同的物理特性，在触感、颜色和纹理上存在较大差异，无法完全复刻真实标本。以软组织为例，软组织指人体的皮肤、皮下组织、肌肉、肌腱、韧带、神经、血管等结构，触感较为松软，颜色各异，而3D 打印教具触感较为坚硬，颜色相对单一，无法真实反映软组织的实际状态，在展现软组织上存在一定不足。⑥尸体标本不仅帮助医学生学习医学知识，而且促进团队合作和自我反省，3D 打印技术是否具备相似的教育功能需要进一步研究。

4 展望

由于人体解剖学知识多且抽象，位置毗邻关系复杂，对学生的抽象思维和整体思维均有较高的要求。因此，人体解剖学既是学习重点，也是学习难点，人体解剖学学习过程中所带来的挫败感已然成为医学生学习生涯的“拦路虎”。3D 打印技术为人体解剖学实验教学提供了全新的教学辅助技术，3D打印技术制造的教具和数据库能够有效弥补教学资源的不足，改善实验教学环境，实现课堂教学到课后学习的延伸。3D 打印技术建模的数据库能够有效保存优质的教学资源，打破高校之间的教学资源壁垒，促进教育公平。

虽然3D 打印技术在教学领域的应用尚属前期探索阶段，在教育行业的普及存在诸多困难，但随着3D 打印技术的发展和普及，3D 打印从业人员的技术储备将满足教学的需要，而且人体解剖学属于形态学，学习的重点在于组织结构的形态、位置和毗邻关系，对教具的触感、颜色和纹理要求相对较低，随着3D 打印材料的开发，这些不足也将会得到有效解决。这需要更多的教育者开展3D 打印技术在教育领域的研究，调动教育人员的积极性，充分利用教育者的专业知识素养，推动人体解剖学实验教学模式和教学方式的改革创新。