解剖學虛擬仿真教學平臺的建設與展望

陳曉佳，郭金華，李林科，崔曉軍

（廣東醫科大學東莞校區，廣東 東莞 523808）

（*通訊作者：崔曉軍）■

以網絡化的虛擬仿真技術為基礎的教學方式逐漸成為世界教學發展的一種趨勢，從2012年起，以美國斯坦福大學和哈佛大學為代表的一批知名高校構建了MOOC形式的網上教學形式，2013年8月13日，教育部高教司發文在全國構建國家級虛擬仿真實驗教學中心，從國家政策上給予網絡化的虛擬實驗仿真技術發展提供支持。在此背景下，結合本學科特點，我們探索構建以網絡為紐帶，以解剖學虛擬仿真教學資源為內涵，以方便學生學習人體解剖學為宗旨的解剖學虛擬仿真實驗教學平臺。

1 解剖學虛擬仿真實驗教學平臺建設的必要性

學好解剖學對學生乃至臨床醫生都非常重要。隨著醫學院校擴招，目前標本資源比較稀缺，在醫學教育上，很難做到每名學生都有機會自己解剖一具標本，特別是神經系統方面的標本，制作難度大，標本很容易受到破壞。另外，大體標本需要特殊的保存環境和場地要求，限制了學生自主學習。通過虛擬仿真資源，可以很好地解決以上問題。

以虛擬仿真“數字人”代替傳統尸體標本，可以實時、動態、全方位地觀察解剖結構的三維形態及其空間毗鄰關系；可以無損、無限次使用，節約尸體和標本，降低教學成本；可以不受時間和地點的限制；具有較強的新穎性和趣味性，更能增強學生學習解剖學的興趣；可對數字模型、知識點進行任意組合，滿足系統解剖、局部解剖、斷層影像解剖的教學需求；依托網絡技術，學生可在宿舍訪問虛擬仿真資源，消除了學生學習解剖學的時間和空間限制。同時，學生在進行實際解剖操作之前，在虛擬解剖軟件上進行預實驗，當進行實體解剖操作時，學生將更有目的性[1]。

2 解剖學虛擬仿真教學平臺資源

2.1 虛擬仿真實驗室

2.1.1 軟件資源 我們引進山東易創數字人電子科技公司開發的“數字人解剖系統”，該系統可實現現實與虛擬的對比結合，有利于學生學習和記錄，可實現對三維模型任意角度拖動、旋轉、平移、縮放、透明度調節、結構隱藏、顯示、分離及著色，能夠實現仰視、俯視等觀察效果，各結構都有中英文名稱及功能解釋。人體斷層瀏覽（可通過拖動橫、矢、冠3個方向的虛擬切面對三維模型進行切割得到任意位置的斷面圖像，能夠任意放大、縮小、平移等，可保存截圖）可供醫學影像學教學使用。該軟件包含人體九大系統的結構，可顯示五千多個解剖結構的三維形態。

軟件主界面分系統解剖學、局部解剖學、斷層解剖學、解剖學微課和自主學習5個模塊。其中斷層解剖學模塊是目前國內最清晰且提供CT影像、真實斷層圖片及全身輔助定位的軟件，使初學者能夠在學習斷層解剖的同時可以快速定位；解剖學微課模塊提供了大量的真實標本局部解剖視頻，可供學生在實驗課前預習，課后復習[2]。

易創“數字人解剖系統”軟件只能在電腦使用，目前尚未研發移動版，為了方便學生在教室和宿舍使用解剖虛擬仿真教學資源，我們又引進上海橋媒信息科技有限公司開放的專業版“3D Body”人體虛擬解剖軟件，該軟件較目前手機應用市場的免費“3D Body”軟件更加細致和全面。軟件開發了移動版本App，學生可在手機、平板電腦上使用。

易創“數字人解剖系統”軟件和上海橋媒信息科技有限公司“3D Body”人體虛擬解剖軟件相輔相成，使學生能夠隨時隨地地使用虛擬解剖教學資源。

2.1.2 硬件建設 在系統解剖學實驗室基礎上進行改造和裝修，建設解剖學虛擬仿真實驗室。根據易創“數字人解剖系統”軟件運行環境要求，購置戴爾erEdgeR420服務器和聯想啟天M4360電腦作為學生端，電腦均為Windows7 64位操作系統，運行內存4G。在教師端電腦、服務器、學生端電腦間構建虛擬仿真實驗室局域網。

根據我校一校兩區的實際情況，解剖虛擬仿真實驗室服務器通過專用光纖連接到學校中心機房，依托我校湛江、東莞兩個校區的1 000 M光纖骨干網，湛江、東莞校區網絡通過1 000 M DWDM光纖鏈路聯接，綜合布線系統主要采用Avaya系列產品，全校兩區共安裝數字信息點約19 900點，模擬信息點約3 000點，可滿足兩個校區學生訪問解剖學虛擬仿真實驗室服務器，同時，學校非直屬附屬醫院通過VPN專網接入校園網，訪問解剖虛擬仿真實驗室服務器中的虛擬仿真教學資源。

2.2 互動解剖實驗室

2.2.1 軟件資源 引進易創“高清錄播解剖互動系統”，該系統可實現解剖過程可全程錄像，系統采用全高清1 920×1 080分辨率的視頻采集、傳輸、存儲和編輯。通過互動軟件完成各路高清視頻的直播、轉播及網絡點播；系統可提供定位標記，將實驗室大體標本結構呈現在理論課教室，在理論課前在系統上對實驗室解剖臺上的標本結構進行標記，在理論課教室通過網絡訪問控制“高清錄播解剖互動系統”硬盤攝像頭，可將預先標記號的結構展示出來，提高了教學效率。

2.2.2 硬件建設 購置84寸數字人解剖系統教師端，內置易創數字人解剖系統V3．5專業版，教師在授課過程中可以形象直觀地講解人體三維結構，通過隨手畫的方式強調相關知識點，也可以進行課件、圖片及視頻放映，既可用于虛實結合的實驗教學示教，又可用于教學標本視頻采集展示。可升降解剖臺、高清硬盤錄像機、平衡臂式無影燈等構成了標本影像采集單位，可實現標本不同角度高清的影像采集。

2.3 省級精品資源共享課

解剖學虛擬仿真教學中心目前建設有系統解剖學和局部解剖學兩門廣東省精品資源共享課程。高速發展的網絡信息時代，讓優質教學資源共享成為可能[3]。網站主要內容有：教學視頻欄目，展示了系統解剖學、局部解剖學教學視頻，參與視頻錄制的教師均為本教研室教學骨干；精品圖片欄目，展示了本教研室教學過程中制作的經典教學標本采集的圖片，經過幾十年的積累，圖片展示結構幾乎涵蓋了教學大綱要求掌握的所有結構；在線測試欄目，根據不同專業、不同層次的學生，我們研發了在線測試系統，學生可根據學習進度自行在系統進行測試，了解自己對知識的把握程度。為迎合新時代“95后”學生獲取知識方式，我們在課程網站的基礎上，開發了“移動微課堂”，讓學生可以在手機上訪問課程網站內容，拓展了資源共享的方式。

2.4 新媒體資源

隨著網絡技術的發展和普及，新時代學生獲取知識的途徑已經不再局限于課堂上教師的講授和自己課后查閱紙質文獻資料。新媒體知識的碎片化傳播更能迎合新時代學生獲取知識的方式[4]。在此背景下，成立廣東醫科大學“李哲人體工作室”，通過微博、微信、網絡直播等新媒體主流形式，利用虛擬仿真軟件，制作人體解剖微課。目前“李哲教你學解剖”的微博粉絲達68萬，微信公眾平臺18萬，錄制的視頻1年有9 400萬閱讀量。“李哲人體工作室”是目前國內首屈一指的自媒體解剖學學習平臺，年閱讀量在1．8億。

3 問題與對策

構建解剖學虛擬仿真教學平臺網站，整合平臺優質教學資源，實現了優質教學資源的共享。然而，在建設和使用過程中，我們也碰到了不少問題及技術瓶頸，經過不斷摸索、總結、再實踐、創新，采取了一些對策。

3.1 虛擬仿真資源的選擇

平臺資源豐富，學生很難在較短的時間內熟悉平臺資源，從而選擇適合自身需求的學習資料，給學生造成了選擇上的困難及時間浪費。

針對以上情況，我們要求學生在使用解剖虛擬仿真教學平臺之前，均需到虛擬仿真實驗室進行培訓，包括虛擬解剖軟件的使用方法、常用快捷鍵的介紹、虛擬解剖軟件每個常用鍵的功能等，目的是使學生盡快熟悉虛擬解剖軟件；對山東易創數字有限公司開發的數字人和上海橋媒信息科技有限公司開發虛擬解剖軟件3D Body兩個虛擬解剖軟件特色的介紹，使得學生在運用虛擬解剖軟件學習的時候，能根據實際需要選用軟件。

3.2 構建知識體系

在通過新媒體獲取知識的過程中，由于知識的碎片化，學生很難構建系統的學科知識體系。學生過分依賴虛擬仿真軟件，導致學生動手能力下降[5]。對此，我們通過在上課時，引導學生進行系統學習，反復強調人體解剖學學習必須從整體出發，學習人體九大系統，再由淺入深，學習局部結構，最終構建局部結構聯系整體功能的臨床解剖學知識體系，為以后學習臨床課程打下堅實基礎。為防止學生過多依賴虛擬仿真資源，而忽略實體標本學習，我們堅持在學期末進行實體標本考試，以考促學。

3.3 人才建設及資源推廣

一種新的教學方法的推廣，關鍵在于教師的認可度。解剖虛擬仿真教學平臺建成之初，有些教師不信任虛擬仿真教學資源，導致虛擬仿真教學資源功能沒有得到體現；有些教師過分依賴虛擬解剖，脫離實際解剖操作，導致學生動手能力差；同時由于醫學院校教學人員均缺乏信息技術知識背景，導致平臺管理和維護長期滯后。軟件開發參與度底，雖然直接購買商業公司開發的軟件可以縮短虛擬仿真教學平臺建設周期，但是軟件跟實際教學需求不匹配，甚至這些軟件有些結構的細節不夠清晰，結構標識錯誤，導致教師對軟件的不信任，從而不愿意使用該軟件進行教學。學生則會受到軟件的誤導，從而導致學生錯誤地理解解剖結構[6]。

針對上述問題，我們發動年輕教學骨干率先在教學中推廣使用，經過一學期的推廣，教學平臺資源深受學生喜愛。2015年在我校東莞校區臨床醫學、口腔和法醫學專業341位學生關于虛擬解剖軟件在解剖學的學習中應用的必要性、重要性、實效性等方面的調查問卷中，80%的學生認為，虛擬解剖軟件在解剖學的教學和自學中很有必要；有92%的學生認為，通過虛擬解剖軟件的剝離功能和透視功能對數字人體實現各層次結構的顯示，對建立局部的層次概念和各結構的毗鄰關系起到很大的作用。

為增強資源的準確性及實用性，我們在日常教學活動中，收集學生和教師發現的虛擬仿真軟件錯誤和反饋的意見，在學期末進行匯總，及時反饋給軟件開發公司。對發現軟件錯誤的教師和學生進行獎勵，激發學生使用平臺資源的興趣。

3.4 資源共享瓶頸

目前本平臺資源共享范圍覆蓋了兩個校區及學校直屬和非直屬附屬醫院，極大地方便了在校生和附屬醫院臨床醫生對資源的使用，打破了學習解剖學的時間與空間限制。但因為涉及網絡安全及患者隱私問題，目前資源共享只能實現單向共享，即“學校→醫院”模式，導致附屬醫院影像科豐富的醫學影像資料，如CT、MRI、DR等不能共享到學校[7]；平臺不能訪問醫院手術室錄播系統等。

4 解剖學虛擬仿真教學平臺建設及展望

近幾年來，國家投入大量財政資金，支持全國各大高校建設了兩百多所虛擬仿真教學中心，利用解剖學虛擬仿真資源進行教學輔助已成為未來解剖學教學發展的趨勢，我們應該順應這種趨勢，本著“虛實結合、能實不虛、資源共享”的原則進行實踐和建設。但是目前各虛擬仿真教學中心建設水平參差不齊，有些學校為了申報進行資源拼湊，導致資源整合不合理，資源使用效果差；各個虛擬仿真實驗教學中心建設重復率高，例如在形態學方面，基本都是購買主流公司產品，導致了財政資金的浪費；虛擬仿真教學中心缺專業、專職技術人才，使得教學中心建成后缺乏維護及更新[8]。

因此，在注重建設虛擬仿真教學資源的同時，也應該注重資源的共享和平臺管理人才的培養。在資源共享方面，不應該只滿足于在校內及附屬醫院之間的雙向共享，應該與本地區所有相關高校建立起資源共享機制，建設區域性的學科虛擬仿真教學平臺，避免資源建設重復；在平臺管理人才培養方面，應該注重培養管理人員的網絡信息技術能力，派遣管理人員進修相關技術，并定期到軟件開發公司進行學習，保證平臺運行的高效性和先進性。

參考文獻：

[1]劉瓊，張韋深，龍天澄，等．對虛擬仿真實驗室建設的再認識---基于“第三屆高等學校國家級實驗教學示范中心建設研討會暨虛擬仿真技術與教學資源建設論壇”[J]．中國醫學教育技術，2017（2）：162－165．

[2]吳毅，宋艷，方彬吉，等．基于中國數字化人體的虛擬解剖學系統的建立[J]．解剖學雜志，2017（1）：44－46．

[3]滕迪，張嵩，隋娜娜，等．基礎醫學精品資源共享課網絡平臺建設的探索與實踐[J]．中國繼續醫學教育，2016（8）：20－21．

[4]王蘭蘭，李瑤，肖倩．新媒體信息技術在我國醫學健康教育中的應用趨勢分析[J]．護理研究：下旬版，2017（4）：1481－1484．

[5]周麗妲，王瀟偉．大學生碎片化思維引導與整合路徑探析[J]．山東理工大學學報：社會科學版，2017（2）：93－96．

[6]沈雷，何軍，馬勇，等．促進虛擬人體解剖實驗教學效果提高的策略研究[J]．繼續醫學教育，2016（1）：75－77．

[7]饒利兵，楊懿農，謝正蘭，等．斷層影像解剖學實驗室的建設與思考[J]．解剖科學進展，2013（5）：491－493．

[8]劉瓊，張韋深，龍天澄，等．國家級生物醫藥虛擬仿真實驗中心建設現狀與思考[J]．中國醫學教育技術，2017（1）：15－18．