虚拟仿真技术在中医院校人体解剖学实验教学中的应用

2024-05-16郝莉徐玉英郭艳桦程秀娟游言文

中国新通信 2024年4期

郝莉徐玉英郭艳桦程秀娟游言文

摘要：虚拟仿真是一种交互式的三维动态视景和实体行为的仿真系统。为了探讨虚拟仿真技术在中医院校人体解剖学实验教学中的应用，本文以河南中医药大学2022级中西医临床医学专业本科生为观察对象，将虚拟仿真技术与人体解剖学体循环静脉实验相结合，并通过章节测试和调查问卷进行评价。结果显示，虚拟仿真实验可以有效激发学生主动学习的兴趣，提高体循环静脉章节成绩以及学生对课程的评价。

关键词：虚拟仿真技术；人体解剖学；实验教学

一、引言

虚拟仿真是一种交互式的三维动态视景和实体行为的仿真系统[1]。随着科技的日益发展，虚拟仿真技术已经逐渐渗透至医学教育的各个领域[2]。这项技术不仅可以无损地重现人体解剖结构，还能够仿真模拟复杂的临床情境，为学生提供一个安全的实践场所[3-4]。而学生在此环境中可以深入參与实验，培养主动参与和解决问题的能力。人体解剖学最为重要的医学基础课程之一，是一门研究正常人体形态结构的科学。在学习人体循环静脉内容时，学生往往感觉专业术语繁多、结构错综复杂，难以理解和激发学习兴趣。为此，本研究设计了相应的虚拟临床仿真实验项目，系统地归纳了实验内容和相关知识点，并明确了学习步骤，探讨了虚拟仿真项目在中医院校人体解剖学实验教学中的应用。

本文以河南中医药大学2022级中西医临床医学专业本科生为观察对象，将传统的人体解剖学教学与虚拟仿真实验项目相融合，通过章节知识测试和调查问卷来评估其成效，并分析虚拟仿真项目对人体解剖学实验教学的作用，以期为中医院校人体解剖学课程的实验教学提供新的思路。

二、教学效果评价

（一）教学对象

本研究选取2023年11月至12月学习人体解剖学体循环静脉的河南中医药大学2022级中西医临床医学本科1班和2班的学生208人为观察对象，将1班和2班学生分为实验组（n＝110）和对照组（n＝101），平均年龄（18.73±0.82）岁，对照组平均年龄（18.32±0.63）岁，两组年龄比较差异无统计学意义，具有可比性。1班作为对照组，采取了传统的观察实验方法；而2班作为实验组，在维持传统观察实验方法的基础上，进一步引入了虚拟仿真技术作为实验教学手段。

（二）实验教学过程

在实验组开始实验课程之前，教师需要先在系统后台设置每个模块并发布要求，引导学生在线上预习相关的基础知识。接着，教师需要引导学生注册、登录实验系统，督促学生按照实验提示依次完成四个模块，具体见图1。

其中，第三个模块学生在熟悉后可以选择训练模式，系统不提示信息，学生可以根据虚拟问题或情景，自主选择进行相应的穿刺置管，通过多次练习，比较每次的选择差异（正确或者错误），从而引导学生进行反思，激发学生的学习兴趣。学生在完成前面模块之后，将进入第四个模块理论考试，接受课程重要知识点的考核，并且系统将自动生成成绩报告。在课程结束后，针对成绩报告中反映出来的问题，教师需要对学生进行线下辅导和重难点答疑。

（三）评价方法

1.章节测试

为了评价虚拟仿真实验融入人体解剖学中体循环静脉实验的教学效果，本研究采用中国大学MOOC在线学习平台对两组进行章节测试，试题类型包括单项选择题、多项选择题和判断题，学生须在规定时间完成。成绩分为4个分数段进行统计：＜60分、60～75分、76～90分和91～100分。

2.问卷调查

采用问卷星软件对体循环静脉解剖学教学进行总体评价，发放问卷211份，回收有效答卷205份，回收率为97.16%。问卷调查主要内容是学生对本节课的评价：你喜欢虚拟仿真软件画面吗？软件的操作难易程度如何？软件功能如何？软件运行速度如何？对软件的总体评价等10个小题，每题答案包括A、B、C三个选项，分值依次为10分、8分和6分；计算每份问卷总分，＞85分为优秀，70～84分为合格，＜70分为不合格，达标率=优秀率+合格率。

（四）统计学分析

采用GraphPad Prism 9.0统计软件进行数据分析，计量资料以“x±s”表示，比较采用t检验；计数资料用[n（%）]表示，比较采用χ2检验，以P ＜ 0.05为差异，具有统计学意义。

三、研究结果与分析

（一）学生章节测试成绩分析

本研究通过MOOC章节测试检测了学生对体循环静脉人体解剖学知识的掌握情况。从表1中的结果可以看出，两组学生成绩分布有统计学差异（P＜0.001），对照组平均成绩为72.23±10.69，实验组平均成绩为80.12±9.40，两组差异具有统计学意义（P＜0.05）（见表1）。成绩差异的主要原因是在传统教学模式基础上加入虚拟仿真的教学方式可以调动学生学习积极性，激发学生的内在动力。

（二）两组学生对实验教学总体评价

在课程结束之后，让两组学生对体循环静脉实验教学进行了总体评价。表2显示，实验组中有94.90%的学生认为课程达标，对课程表示满意，远高于对照组的66.36%（见表2）。这一结果表明，在传统的人体解剖学实验教学中融入虚拟仿真技术可以显著提升学生对教学的正面评价。

四、讨论

为了全面地评价虚拟仿真技术对中医院校人体解剖学教学的影响，本研究重点观察了虚拟仿真技术在中医院校人体解剖学体循环静脉穿刺置管实验中的应用效果。通过这一部分实验，可以直观地看出虚拟仿真技术在提高学习能力、动手能力和解剖学理解方面的优势。本研究对象包括了2022级中西医临床医学专业的1、2班的学生，他们在2023年11月至12月期间接受了体循环静脉实验的教学。通过对比分析，可以深入了解学生在虚拟仿真实验环境下的学习表现和成效。研究方法涉及对照研究、学生问卷调查、学习成效测试以及教学反馈的收集，将使用传统的解剖实验教学法与融入了虚拟仿真技术的教学法进行比较，以评估后者在提升实验教学效果方面的潜力。

虚拟仿真技术基于多媒体技术、虚拟现实技术以及网络通信技术等多种信息科技的迅速发展，融合了仿真技术与虚拟现实技术，是一种先进的仿真形式。虚拟仿真技术的主要特点包括沉浸性、交互性和逼真性。沉浸性是指通过使用头戴式显示器、环绕声音系统和追踪设备，创造沉浸式的学习环境，让学生仿佛处于真实的手术室之中。交互性是指学生可以通过手柄和触觉反馈装置等工具，与虚拟环境中的物体进行互动，如对仿真静脉进行穿刺或置管操作。逼真性则指虚拟环境将尽可能逼真地重现人体解剖结构和医疗操作过程，以确保学生能够获取与现实操作相类似的体验和感知。在传统的医学实验教学中，颈内、锁骨下、颈外和股静脉穿刺置管操作面临医疗模型和耗材有限、实际操作机会不足和难以重复等问题，不仅限制了教学实践空间，还导致学习效果大打折扣。然而，随着虚拟仿真技术的引入，这些实验可与智能化教学资源相结合，实现信息技术与医学操作实验的深度融合，构建结合虚拟与现实的实验教学平台[5]。这样的教学平台能够精准地再现静脉穿刺置管操作的真实场景，并逐层拓宽和加深教学内容，从而延伸教学的时空界限，提升实验效果。学生通过这个平台不仅能够准确把握必要的解剖学知识，掌握各项操作流程和技术细节，还能够通过丰富的交互式学习方式，体会与传统教室不同的新鲜、有趣的学习环境。该平台能够有效激发学生对解剖学的兴趣和好奇心，契合了以学生为中心的教学理念。

静脉穿刺置管虚拟仿真技术融入人体解剖学实验教学中的知识目标是使学生掌握静脉穿刺置管相关的解剖学知识，熟悉操作流程、关键环节和注意事项；能力目标是培养学生的临床思维能力及自主学习能力；思政目标是塑造学生对病患的人文关怀意识以及细致严谨、探索创新的科学观念。为了实现这些目标，本研究坚持以学生为中心的实验教学理念，结合静脉穿刺置管实验教学内容、进行线上与线下相结合的混合式教学方法。在实验课之前，学生先通过线上慕课平台和线下理论课程学习和掌握相关人体解剖学循环系统的基础知识，再通过虚拟仿真实验进行预习，初步掌握实验操作步骤、仪器使用和注意事项，并可提交预习报告；在实验课上，学生可以采取传统实验和虚拟仿真实验并行的方式，或者用先进的虚拟仿真实验项目取代部分线下实验；在实验课后，学生可以结合个人情况进行深入分析，并在线上反复练习实验操作，以此巩固技能，并提交实验报告。这种方法不仅补足了虚拟仿真实验在文字资料方面的不足，还能够最大限度地发挥传统实验教学与虚拟仿真实验各自的教学优势。

通过采用虚拟仿真实验项目，学生能够在模拟的医疗环境中对静脉穿刺和置管技术进行细致地学习与实践。这种模拟系统不仅复现了真实操作的环境和条件，还可以根据学生不同的操作反应提供个性化的教学内容和反馈，而学生可以根据反馈逐渐调整自己的操作技巧，直到熟练掌握所需的技能。此外，虚拟仿真实验项目还提供了数据跟踪和记录的功能，让教师能够轻松跟踪学生的学习进程，对学习效果进行量化评估。在完成虚拟仿真实验之后，教师可以通过章节测试来具体了解学生的学习成效。为了观察静脉穿刺置管虚拟仿真实验对学生学习效果的影响。在实验结束后，本研究通过中国大学MOOC平台对两班同学进行了章节测试。结果显示，虚拟仿真实验组的学生平均分为80.12±9.40，显著高于对照组的72.23±10.69。这一结果表明，虚拟仿真实验不仅提升了学生的学习积极性和内在动力，还能够帮助学生取得更好的学习成绩。

虚拟仿真教学的设计以“能实不虚、虚实结合、以虚补实”为原则[6]，采取问题导向的方式，将问题驱动学习（Problem-Based Learning， PBL）教学法、解剖学知识[7]、仿真训练和知识考核有机整合于静脉穿刺置管的实验过程中。具体而言，教学活动被划分为四个互相关联的模块：实验介绍与问题提出、基础知识学习、学习训练和理论考试。通过将理论学习、动手实践和系统测试结合起来，教师引导学生将理论知识应用于实际操作。通过参与互动式的仿真训练，学生不仅可以系统地理解并巩固涉及人体循环系统静脉的核心解剖学知识，还能够提升操作技能和应急反应能力。在进行强化训練后，学生能够在模拟真实医疗环境中进行安全且无压力的练习，极大地提升了学习的有效性和效率。

为了评估学生对虚拟仿真实验的感受，本研究在实验结束后对两个学生小组开展了问卷调查。调查结果显示，参与虚拟仿真实验的学生对课程的满意度达到94.90%，远超对照组的66.36%。这一结果表明，虚拟仿真教学为学生提供了充满活力且逼真的学习探索空间，让学生不再是被动吸收知识，而是积极地参与和体验课程内容。这种富有吸引力的学习方式显著提升了学生对教学内容的吸收以及对整个学习过程的正面评价。

此外，与传统课堂相比，虚拟仿真还打破了时间和空间的限制，提供了开放式学习环境[8]。学生可以自主地安排学习时间和地点，将理论知识应用于实践中，反复练习无需担心耗材，节约了成本并提高了办学效益[9]。同时，虚拟仿真系统集成了前沿技术，支持多人远程同步实验，5G技术保证了流畅的协同操作，增强了教学的个性化与管理的精准性。

五、结束语

综上所述，本研究表明将虚拟仿真技术应用于中医院校中西医临床医学专业的人体解剖学实验教学具有明显优势，不仅丰富了教学资源，还使得教学手段更加多样化。在传统教学中难以展示的三维结构和复杂过程，能够在虚拟仿真环境中得以直观地呈现，为学生提供了身临其境的学习体验，有助于学生更准确地理解和记忆教学内容。

虚拟仿真技术的引入有效提升了学生兴趣和学习效果，提高了学生对课程的正向评价，为新医科背景下中医院校人体解剖学实验课程数字化建设提供了坚实的理论和实践基础。

作者单位：郝莉徐玉英郭艳桦程秀娟游言文河南中医药大学医学院

参考文献

[1]王琳琳，唐俊妮，郝刚，等.虚拟仿真在食品专业教学中应用与研究可视化分析 [J].食品工业，2023，44（12）：134-140.

[2]王静，陶黎明.虚拟现实技术在医学领域及临床实践教学中的应用研究[J].继续医学教育，2023，37（11）：137-140.

[3]顾小清，宛平，王龚.教育元宇宙：让每一个学习者成为主角[J].华东师范大学学报（教育科学版），2023，41（11）：13-26.

[4]朱丹丹.虚拟现实技术与教育游戏结合的发展前景初探[J].当代电影，2018，（02）：164-167.

[5]许丽，王鸿鹏，刘景泰.高校公共虚拟仿真实验教学平台的探索与实践[J].实验室科学，2021，24（04）：79-82，87.

[6]梁琳琳，张妮娜，黄海燕，等.Web服务渗透虚拟仿真实验教学设计与实践[J].计算机教育，2023，（06）：98-102.

[7]孔祥照，李囡，骆雨辰，等.基于“互联网+”系统解剖学实验课混合式教学改革实践[J].解剖学研究，2021，43（03）：282-283.