基于虚拟数字人建立人体解剖学自主学习平台的探讨与实践

卢巍 蒋振东 杨文利 陈思 李建平 杨琳

人体解剖学是医学教育中最重要的基础课程。学习和掌握好人体各器官结构特点与毗邻关系、了解其生理功能是学习临床课程的基础。我校人体解剖学教研室承担了系统解剖学、局部解剖学、断层解剖学等课程。在解剖实验教学中，人体标本的观察是不可缺少的重要环节，随着时代的发展及技术的进步，虚拟数字人软件的不断发展，虚拟仿真技术也为解剖学提供了帮助；在“互联网+”时代下，移动智能设备的发展为解剖学的实验教学在时间与空间上提供了更多的可能；微课的开发与应用等等的发展也导致解剖学教学理念及教学方式发生变化.同时，教师的角色逐渐发生变化，教师不仅仅是知识的传授者，更应充当教学过程中的引导者、组织者与促进者，促使教学过程“以教师为中心”向“以学生为中心”的转变[1]。如何利用虚拟数字人教学软件、移动智能设备结合传统的解剖学教学方式，提高学生的自主学习能力，以提高解剖学的教学效果，是我们现阶段关注的重点。

1 传统解剖学教学存在的问题

人体解剖学课程的讲授分为理论课和实验课。理论课上主要老师讲授，学生被动听讲为主。老师课前根据教材大纲制作相应章节包含文字、图片、短视频等元素的课件，课程中出现大量的专有名词，这些专有名词形态描述较多、比较抽象，学习记忆难[2]，单纯的讲授不利于学生的主观能动性，理论课上的文字描述和二维图片都无法使抽象的人体解剖结构在学生们的头脑中形象化、具体化，教学效果有待进一步提高。实验课上，主要以老师对实物标本重难点讲解后学生观察实物标本为主。近年来，实验标本资源不足，实验课任务重、课时少且实验标本稀少，学生无法进行深入学习，不能满足大学生自主学习能力的培养要求。导致人体解剖结构在学生的脑海中没有形成一个三维立体的结构，对各器官毗邻关系掌握不够，使得人体解剖学知识不能很好的服务于临床学科的学习。如何把传统解剖学教学方式结合现代解剖学的软件，提高人体解剖学教学效果，并提高学生主动学习能力，是我们现阶段关注的重点。

2 虚拟数字人软件的优缺点

2.1 优点

虚拟数字人有以下优点：（1）较为直观、可以三维立体展示复杂的人体结构及毗邻关系。虚拟数字人包含了人体的各个系统，模拟的组织、器官、系统逼真，能够轻松观察到实验标本不能清楚观察的组织、器官，如神经、心血管系统等。可从不同角度立体观察人体构造，并根据需要对选定解剖结构进行隐藏，理解目标结构的毗邻关系。在虚拟数字人完整、立体、直观的展示下，原本抽象、枯燥乏味的结构变得形象、具体，帮助学生建立立体的人体构造，并熟悉、掌握各个器官的位置、形态、毗邻关系等，培养学生的空间想象能力。除此之外，模拟解剖的功能还能让学生体验动态解剖过程，增强学生的感性认识，解决了人体解剖标本稀缺，学生无法解剖的问题[3]。（2）提高学生自主学习能力。虚拟数字人形象生动、操作简单，还添加了微课等教学素材。除此之外有方便的数字化功能，包括分离显示功能、透明化功能、染色功能、逐层剥离功能等。学生可以主动操作，发挥主观能动性，利用这些功能掌握复杂的人体结构。老师主要引导学生观察，激发学生的三维立体思维，避免了“填鸭式”教学，提高学生的自主学习能力[4]。（3）操作简单、功能强大、利用率高。界面简洁，使用简单，断层精准，建模真实[5]，可重复利用再加上强大的配套功能，不仅可以节约了实验课成本，解决学生多、实验标本稀少的问题，还能大大提高解剖学实验课的效率。

2.2 不足之处

虚拟数字人软件也有一些不足之处，阻碍学生们自主学习的进程：（1）虚拟数字人包含的知识点太多，学生需要花较多的时间熟悉软件的应用，学生短时间难以抓住重点，成为了学生自主学习的障碍，手机端加载又太慢，只能在实验室使用，降低了数字人的使用效率；（2）仿真度不够，虚拟数字人主要是帮助学生学习立体人体解剖结构，器官的形态、位置、毗邻关系、与临床相关的结构特点等，但是血管和神经等结构的仿真度不够理想，细节部分与真实人体还是有一定的差异，且缺乏触摸感，学生无法感知到各个人体解剖结构的物理属性。学生学习解剖学最终的目的还是服务临床真实的人，故该技术无法完全取代实物标本[5]。

3 建立自主学习平台

在现阶段教学条件下，单纯以教师讲授为主的教学模式，大部分学生感觉枯燥乏味，在学习过程中不能主动参与，导致不能全身心投入。如何促使讲授过程变得生动，积极改善学生课堂氛围，激发学生学习求知欲，提高学生自主学习的效果是教师关注重点[6]。解剖学课程建设应充分利用现有的实验设施，移动智能设备，结合传统的解剖学教学方式，利用虚拟数字人的基础上建立学生自主学生学习平台。转变教师的角色，教师不仅仅是知识的传授者，也是教学资源的提供者，学生学习的引导者。为学生自主学习能力提供了丰富的教学资源，并有效进行整合，促使学生主动地获取知识，提高自主学习能力。

3.1 完善解剖学资源库

3.1.1 图片库

图片库包括二维图片、3D 图片、flash 动画。二维图片库，以格式解剖学、奈特图谱为主要的资料源再结合网络资源，根据教材大纲要求挑选出最合适的图片并按教材章节罗列。3D 图片库为移动端3D 图谱APP（如3D body），学生课后通过3D图谱进行复习加深学习印象，还可根据自己的需求进行探索。flash 动画以动态的形式形象生动的展现一部分“过程式”知识点。图片库还可以增加生命科学和人文医学的内容，培养学生学习兴趣，促进学习积极主动全面发展。部分图片来源于自制拍摄的标本图片，利用实验室现有的瓶装标本和质量较好的游离标本，拍摄建立图库，并标注结构。学生在实验室观察瓶装标本和游离标本时，遇到不会的结构，可以依据自制图片库里标注的结构，主动学习。能够使学生从书本上的示意图与观察到的实物图密切结合，学生对人体结构的理解就更加深刻。

3.1.2 重难点微视频

以往的是把整个内容，按照章节，把教学视频放在电脑终端，视频的长度大概是40 min 左右。视频的时间相对较长，学习重点难点的话，学生还要从较长的视频中去寻找，导致学生积极性降低，现阶段对长的视频课程利用率不高。从网络资源中甄选出适合学生的各章节重难点名师讲解微视频，再结合本校优秀教师团队个性化录制，依据每次实验课的重点及难点，做成微视频，时间是3～5 min。学生遇到相关问题时，可在短时间找到此教学资源，自主观看，从而在自主学习时做到有的放矢，不会对丰富的课程资源感到无从下手[7]。微视频的特点是“微”即时间短，学生还可充分利用碎片化时间进行反复学习，使学习更有针对性[8]，能不容易使学生产生懈怠情绪。从学生的角度去分解解剖学学习内容，从学生的角度去分解解剖学学习内容，也能帮助高年级的医学生，在学习临床课程的时候，特别是外科学习的时候，对解剖学知识进行复习和回顾，更有利于搭建由基础到临床的桥梁。

3.1.3 实物标本

实物标本能真实、客观的展现人体解剖构造，亲身感受各种器官、组织的物理属性、质感等，特别是器官位置及毗邻关系。这对以后临床学科的学习是尤为重要的。我们把瓶装标本，依据每次实验课的内容，按照教材里图的顺序编号并依次摆放，有利于学生直接查找并观察，学生自主学习时逻辑性比较强，提高学生学习效率。要充分利用实验室的实物标本，就需要为学生学习提供平台，完善实行实验室开放制度。实验室开放不仅提高可提高实验标本的使用效率，帮助学生完善自己的基础知识，还可以培养学生的临床应用能力和临床思维，同时培养学生独立思考的能力。通过实验室开放，把实物标本、虚拟数字人与重点难点微视频结合，提高学生自主学习能力。

3.1.4 试题库

传统的解剖学考试模式中，教师出题的效率不高，具有随意性和局限性，并不能反映学生在学习过程中存在的问题。如何提高题库的使用，反馈学生的学习情况，对学生平时的学习进行形成性评价，并对一些教学改革效果进行评价，需要完善试题库。试题库的建立，是网络教学的一个重要组成部分，题库是否能客观反映学生对人体解剖学知识的掌握程度非常重要。按照教学大纲的要求，我们设置的题库与教材的章节相一致，根据学习目标，体现基础知识和重点，此外试题库的建立要突出解剖学的教学与临床应用为核心，密切结合临床，不仅考察学生对人体结构知识的掌握程度，还需要考察学生对解剖学知识的综合分析能力，为临床课程的学习奠定扎实的解剖学基础。特别是将在传统试题库中加入填图题，试题的图片从奈特图片、实物标本图片等多种类型的图片整理出各个章节的试题。从不同角度引导学生对标本的观察，培养学生对人体结构建立三维立体的空间结构，而不是简答对相关知识：如名称解释与简答题的背诵。通过考核结构，引导学生多观察标本，加深学生们对人体结构的熟悉，更符合解剖学的学习要求。

3.2 教学平台的构建

教学平台的构建对已经形成的资源库与超星学习通进行整合，建立解剖学课程教学自主学习平台，优化网络环境，支持电脑、手机、平板电脑等多种网络应用终端，建立融合课程设计、课堂教学、师生交流、教学考评、成绩管理、共享平台于一体的人体解剖学自主学习平台[9-12]。教学平台的构建，极大丰富了教学资源，有利于形成一种全新的教学模式和手段，为学生的学习提供了一种直观、自主探索的学习环境，比简单的教学，更容易激发学生学习的积极性，提高教学质量。

3.2.1 课堂教学

课堂教学包括课程介绍、教学大纲、教学计划、电子教材、教学课件、学习任务、重点与难点微视频、名师授课视频、图片库、章节练习题。学生可以随时随地、利用碎片化时间，根据教学大纲、重难点，利用老师精心挑选、整理的网络资源进行有目标的自主学习，解决了学生在庞大网络资源中无从下手的问题，提高教师理论课和实验课效率，学生在实验课遇到不懂的结构时，可以通过观察标本，利用教学平台重点难点的微视频，虚拟数字人软件结合起来学习。并充分利用考试题库来检测自己掌握知识程度，及时查漏补缺，培养自己的自主学习能力；同时，教师也可以利用教学平台，及时发现学生学习过程中存在的问题，使教师的实验课的指导更有针对性。

3.2.2 学习交流

学生之间可按每组5 名进行分组，按小组根据教学大纲进行学习，并完成各章节老师安排的任务，有问题先进行小组间的讨论，再由小组长总结每次学习任务不能解决的问题，各小组限定时间内反馈给老师。师生之间可通过微信/QQ 建立群聊，老师可不受时间和地点的限制回答学生的问题，包括每次学习任务小组问题的统一回复，和其余时段学生的自由问答。此外，学生还可以通过学习平台留言提问。对于同学之间来说，建立学习小组，合作学习有利于促进组内同学相互协作，相互帮助，更容易发现自身学学习过程中的不足之处。这样就可以增强学生学习的兴趣与自信心，提高学习的主动性，相互提问内够加深学生对知识的理解。

3.2.3 教学考评

将整理好的试题库导入学习平台，根据专业要求对试题进行不同层次的分类，使得试题与相应专业相匹配。通过自我检测，学生可根据自动生成的成绩单，弥补知识薄弱点、巩固知识点；通过章节测试，可以生成学生的形成性评价[13-15]。特别是图片题库的使用，可以引导学生多观察实物标本与三维立体的结构，而不是简答的背诵名词解释与问答题。老师通过平台对学生学习情况的监测，可以在教学活动中做到有的放矢的改进，对于学生在学习过程中存在的问题，不同班级或人群掌握的程度不同，可以做针对性指导，及时对教学方式与内容进行调整与改进。

3.2.4 成绩管理

学习通平台记录了学生的形成性评价，老师再将学生的其他部分成绩导入到该平台，自动生成包含学生各项成绩和总成绩的成绩单，轻松管理学生成绩。解决了传统解剖教学中，老师期末需汇总人数多、种类杂的成绩的苦恼。同时，学生对自己的学习效果也可进行自我评价，特别是在进行一些教学改革时，有利于教师对教改的效果进行评价，方便及时收到学生的反馈，及时调整。成绩管理方面也可以针对课程内容也可以提出建议供教师采纳，建立一个良好的互动沟通平台。

现代医学教育正充分利用迅速发展信息技术，推动教学模式从“老师为主导”到“学生为主导”的转变。这是培养学生自主学习能力，为祖国医药卫生事业培养高素质人才的必经之路。利用传统解剖学教学方式，结合虚拟数字人软件，建立的学生自主学习平台，充分利用三维仿真模拟技术的优势，整合有价值的网络资源，为学生提供了人体解剖学自主学习的一体化平台，改进人体解剖学的教学方式，推进学生自主学习能力培养的进程，全面提升人体解剖学教学质量。