基于“數字人”的創新性實驗項目在正常人體學教學中的實踐

王新艷，呂葉輝，王從榮，姚 磊，李志宏

（上海健康醫學院基礎醫學院，上海 201318）

正常人體學是研究正常人體形態結構及生命發展規律的科學，是醫學及醫學相關專業學生必修的重要基礎課程，而人體解剖結構是學習該課程的基礎。傳統解剖學實驗教學，大多采用圖片、器官模型和尸體等手段，由于醫學院校大量擴招，實驗教學設備老化、標本模型數量不足、尸源緊張等問題逐漸凸顯。隨著信息技術的發展，數字化虛擬仿真實驗教學已蔚然成風，應用數字虛擬技術，將大量人體斷面數據信息通過計算機整合建成人體三維立體結構圖像，并在此基礎上構建“數字人”解剖系統[1-2]。此項技術契合虛擬仿真教學的要求，彌補了傳統解剖教學的不足，因此，我校基礎醫學院于2016年引進“數字人”交互解剖觸控教學系統（簡稱“數字人”），搭建了先進的高清數字解剖平臺，在充分發揮平臺優勢的基礎上，進行了實驗課程改革。

1 “數字人”在實驗教學中的應用及教學研究現狀

“數字人”軟件包括系統解剖學、局部解剖學、斷層解剖學、解剖學微課和自主學習5個模塊，經三維重建的“數字人”的每個重要解剖結構均加注了文字說明和關鍵結構標注，可以通過觸屏任意旋轉方向，觀察解剖結構，隨意放大縮小，多視角、全方位觀察。另外，該系統還有很多快捷方便的功能，如背景切換、標注、分離、透明、剝離、查找、發音、隨手畫等，上課過程中教師和學生可以通過觸屏進行講解與學習；微課和自主學習模塊可以幫助學生根據自己的學習情況進行預習、復習。“數字人”近年來在國內各個醫學院校解剖學教學中得到了廣泛使用，在大量教學研究中，人們發現其能很好地提升教學效果。問卷調查發現，運用“數字人”教學可以提高學生學習興趣，增強知識吸引力，提高知識的易接受性[3-4]，通過與對照組對比發現，“數字人”的運用可以明顯提高學生學習成績，使學生對解剖位置、結構的認識更加深刻，部分研究還發現可以加深學生對器官功能的掌握。對教師的調查發現，“數字人”可以作為很好地輔助教學工具，突破教學難點，更好地促進師生互動[5-7]。

盡管“數字人”擁有諸多優點，但是在實際教學過程中我們發現，如果單純地將“數字人”作為解剖模型和標本的替代品，實驗課仍舊是教師在觸屏上指認和描述解剖結構，學生在電腦前觀察和聆聽這樣單一的形式，那么這個系統只是一種可以自主操控的教學課件，長此以往，學生漸漸失去新鮮感，教學效果和學習興趣也難以提高。為解決這一問題，我們圍繞如何充分發掘“數字人”功能，有效提高學生學習積極性和學習效果這一主題進行了實驗教學改革。

2 基于“數字人”的正常人體學實驗教學改革

正常人體學是一門綜合性課程，其內容包括人體解剖結構、組織結構及生理功能，熟悉解剖結構是理解生理功能的基礎。傳統解剖模型一般是展示單一器官形態或者局部結構，對于如脈管系統、神經系統等涉及全身的結構，運用模型往往很難使學生形成一個整體認識，不能使知識體系化、完整化。利用“數字人”可以解決這一問題，每個系統的解剖結構都可以由整體到局部、由局部再到整體地去觀察。為此，我們根據正常人體學課程特色和教學大綱，選出可以利用“數字人”教學的章節，包括運動系統、呼吸系統、消化系統、泌尿系統、生殖系統、脈管系統、神經系統和感覺器官8個章節，然后針對每個章節的教學難點和重點，設計1～2個創新性實驗項目，每個項目以臨床案例或者情景案例為引導，拋出相關問題，問題圍繞章節重要知識點展開，引發學生思考，并在實驗課上結合“數字人”將所學理論知識運用于實踐，解決實際問題，激發學生探索欲和學習興趣。這些實驗項目適用于我校臨床醫學、護理、檢驗、影像專業學生。

3 基于“數字人”的創新性實驗項目的實施

3.1 實驗項目設計

傳統正常人體學實驗項目以解剖和組織學結構的觀察、描寫為主，缺乏創新性，難以提高學生自主學習能力。我們以臨床問題或者情景案例為引導，針對不同專業設計不同臨床案例。例如，學習脈管系統時，針對臨床醫學專業設計“肺栓塞”的案例，以“下肢深靜脈血栓如何到達肺動脈”為主要問題；針對影像專業設計“為病人進行左冠狀動脈造影術”的案例，以“在肱動脈做穿刺，要經過哪些解剖結構才能到達左冠狀動脈”為問題；針對護理專業設計“為闌尾炎病人進行手背靜脈注射”的案例，以“藥物如何到達闌尾”為主要問題。課堂上學生以小組為單位，討論并綜合利用所學知識去解決臨床問題，在討論過程中利用“數字人”單獨顯示所選結構，隱藏其他結構的功能，并隨意拉伸和縮小，以便觀察各個結構之間的關系。學生自主探究，利用截圖制作課件，在課堂展示并進行小組成果匯報。

3.2 教學實踐

我們將2017級影像專業的一個班設為實驗組，另一個班設為對照組，對照組采用傳統實驗教學方法，由任課教師對解剖學模型和標本進行逐一講解，之后學生自學、辨認標本并完成實驗報告中的填圖作業。實驗組采用創新性實驗項目，具體過程如下：

（1）回顧理論：教師對本次實驗課涉及的概念、知識點等進行概括，使學生對教學重點有一個全面的了解。

（2）運用“數字人”進行案例分析：學生每7～8人分為一個小組，任課教師用臨床案例或者情景案例引出問題，學生以小組為單位進行討論，借助課本、圖譜、“數字人”自主探究并解決問題，對解剖結構進行辨認、觀察，如問題牽涉多個系統，可以將不同系統的器官結構特點相結合。例如，將脈管系統的血管和消化系統某器官供血之間的關系進行結合，利用“數字人”有目的地選擇解剖結構，保存圖片作為參考資料。課下，學生利用這些資料制作PPT，第二次課上進行成果匯報。

（3）學習效果評價：教師對學生課堂表現、小組合作、成果展示等進行評價，結合隨堂測驗綜合評價學生學習效果。

3.3 教學效果評價

（1）學生問卷調查：了解學生對各自教學方法的評價，于學期結束后發放調查問卷，包括學習興趣、知識易接受性、自主學習能力、臨床思維的建立、團隊合作能力5方面。

（2）測試成績：包括隨堂測試和期末考試。隨堂實驗測驗要求學生在標本、模型和圖片上進行重要解剖結構辨認。期末考試為筆試，題型包括選擇題、簡答題和論述題，內容涉及重要器官結構的位置、形態、功能、臨床應用等。兩種測試成績各占50%，計算總分。

4 結果

學生問卷調查結果顯示，實驗組96%的學生認為基于“數字人”的創新性實驗項目激發了學習興趣、使難點知識更易理解，提高了自主學習能力，培養了臨床思維，增強了團隊協作能力。實驗組期末總評成績顯著高于對照組，對于解剖結構位置、功能的掌握情況明顯優于對照組學生。

5 討論

利用“數字人”進行實驗，通過動態顯示高清三維結構、觸屏操控和人機互動進行實驗教學，這種自控式和體驗式的教學形式有助于激發學生學習興趣與積極性。“數字人”可以使許多復雜結構更直觀、抽象結構更具體，結合以解決臨床問題的項目，使學生從原來的觀看教師展示模型變為主動探索研究問題，學習由被動轉變為主動，由聆聽轉變為討論。一方面，促進其主動思考和自主學習，使其對知識的掌握從死記硬背轉變為理解、內化；另一方面，可以使學生透過現象發現本質，具備初步的臨床思維能力。小組協作增強了學生團隊協作及表達能力，而多樣化的考核評價體系可以避免學生考前突擊，保證學習持續高效，提高教學效果。

目前，我學院正在進行基礎醫學整合式教學，在總結該創新項目實施經驗的基礎上，未來可以將其與疾病學、病原微生物學和藥理學相結合，應用于課程教學研究與改革中，使實驗教學手段更加豐富、高效。