基于“數字人”的人體解剖學創新型實驗研究和實踐

張華 秦迎

[摘 要] “數字人”是現代計算機信息技術與醫學學科相互整合的產物，它的出現必將對現代醫學及醫學教育的發展產生重大影響。通過在臨床專業三年制專科生的人體解剖學實驗教學過程中使用數字人開展創新型實驗，和傳統的人體解剖學實驗教學方法做對比，探索出了適合醫學生的教學方式，同時，也培養了學生的創新意識和能力。

[關 鍵 詞] 數字人；人體解剖學；信息化教學

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）18-0116-02

人體解剖學是醫學生最重要的基礎醫學課程之一，隸屬于形態學，是研究人體形態的學科，其學科性質和特點決定了這門學科在實驗教學中，教學模型及大體標本常常扮演著重要的角色。但近十余年來，隨著我國高校招生規模不斷擴大，教學標本使用量不斷增加，人體解剖學教學所使用的人體標本資源愈發緊張，標本的嚴重缺乏影響了人體解剖學。而單純的觀察性實驗，學生缺乏參與性和創造性。怎樣讓醫學生學好人體解剖學，一直是解剖學教師探索的課題。“數字人”解剖系統能清楚顯示人體的三維結構，其結構精準、完整，表面紋理真實[1][2]。

觸摸屏的出現使手機、電腦的發展邁向了一個新的階段。“數字人”結合最先進的觸摸屏技術應運而生，通過計算機三維重建術，將大量連續的人體斷面數據在計算機整合重建成人體三維立體結構圖像，它的出現可以說是醫學與現代信息技術、計算機技術相結合發展的一個飛躍[3]。自從“數字人”出現以來，已經被廣泛應用于醫學界，尤其是人體形態學科。經三維重建的數字人體可以從任意角度、任意方向上進行觀察，使用者通過觸摸屏可以隨意旋轉、拉伸、切割圖像。數字技術對人體解剖學的教學乃至整個醫學教育領域產生了很大的影響[4]。

山東醫學高等專科學校醫學基礎部人體解剖學教研室引進了目前最先進“V5中國數字人”觸摸屏解剖系統（以下簡稱“數字人”），運用最先進的數字技術服務于人體解剖學教學，在教學過程中產生了明顯的成效。本文將對先進的“數字人”在人體解剖學實驗教學中運用的體會進行簡要概述。

一、“數字人”在人體解剖學實驗教學中的應用

我們將2015級臨床醫學專業1個班級設為實驗組，另外1個班級設為對照組，在人體解剖學實驗教學中，實驗組使用“數字人”開展教學，對照組不使用此設備。兩組教學內容、授課教師均相同。在實驗班的實驗教學具體如下：

（一）以心血管系統為例，基于“數字人”的設計性實驗

傳統的解剖學實驗課，通過老師示教，學生觀察大體標本、相關模型和掛圖來掌握心、動脈、靜脈的結構。動脈、靜脈分布廣，不容易觀察，特別是小的血管，觀察起來更是難上加難。即使觀察到，也無法形成完整的體系。因此，傳統的教學方式無法生動地再現血液循環的過程，學生學完了，腦海中只是知識碎片。

基于“數字人”開展的心血管系統的設計性實驗，包含了課前任務、課上設計性實驗、課后制作思維導圖三個環節。

1.課前任務以臨床問題為引導，如，手背靜脈網注射抗生素怎樣到達闌尾？病例以實驗任務表的方式課前通過教學平臺發送給學生，學生接收到任務后，通過小組討論、查找資料等方式進行課前學習和準備。

2.在課上，學生利用“數字人”系統建立虛擬仿真模型，以翻轉課堂的形式進行小組討論、演示和匯報。建成的數字模型，生動地展現了抗生素從手背靜脈網進入血液循環到達闌尾的過程。學生邊思考，邊動手建立數字模型。和傳統的實驗課單純觀察、驗證相比，增強了學生的參與性，學習過程就變得更加生動、有趣，從而做到緊盯教學重點，突破教學難點。

教師再借助解剖學AR技術，可以讓學生觀察正在跳動的心臟以及出入心臟的大血管，心臟的胸肋面和膈面，心尖和心底的結構以及心臟表面的四條溝。通過透明處理，觀察四個心腔內的情況，心臟瓣膜的位置、結構和開合。最后，借助解剖學高清錄播系統讓學生觀察心臟大體標本，從虛過渡到實，實現虛、實結合，且必須遵循“以實為本，以虛補實，虛實結合”的原則[5][6]。

3.課下，學生依據本次課內容，完成思維導圖，做思維導圖的過程，進一步理清知識脈絡、鞏固知識，學生腦海中建立起了心血管系統完整的知識體系，做到知識的融會貫通。

實驗組的學生通過此種方式達到知識遷移。如，分析以下案例：口服藥物怎樣通過尿液排出？學生建成的數字模型，再現了藥物進入口腔到咽、食管、胃、小腸、吸收進入肝門靜脈系，經下腔靜脈到右心，經肺循環至左心，再到主動脈、腎動脈，在腎內形成尿液，經腎乳頭、腎小盞、腎大盞、腎盂、輸尿管、膀胱，然后經尿道排出體外的過程。

學生在“數字人”上建立數字模型解答以上問題的過程中，把消化系統、心血管系統、泌尿系統的知識點串聯起來，實現了人體解剖學各系統之間知識的銜接和整合。在建立數字模型的過程中，體現了學生的主體性，增強了學生的參與性，同時也培養了學生的思維能力、動手能力和創新能力。

本設計性實驗亦可應用于其他專業的解剖學實驗教學。如，讓護理專業的學生思考并建立數字模型解釋PICC插管怎樣達到右心。影像專業的學生思考并建立選擇性冠脈造影的路徑。

二、“數字人”應用效果和評價

（一）考核

人體解剖學教學結束后，對實驗班和對照班的學生進行閉卷筆試。采用雙盲法集體流水閱卷，考試成績滿分為100分。使用SPSS21.0軟件對成績進行統計學處理，P<0.05表示差異有統計學意義。（詳見表1）

（二）問卷調查

對實驗班和對照班的學生進行無記名問卷調查，以了解學生對“數字人”在人體解剖學教學中應用效果的評價。調查主要包括學習興趣、生動趣味性等四項內容（詳見表2），采用不記名打分，共發放問卷97份，回收97份，回收率100%。

三、結果和分析

“數字人”的出現可以說是醫學與現代信息技術、計算機技術相結合發展的一個飛躍，自從“數字人”出現以來，已經被廣泛應用于醫學界尤其是臨床外科及醫學教育領域[7]。

從實驗班和對照班理論考試結果的比較（表1）可以看出，兩班成績存在明顯差異（P<0.05），由于兩個班級學生的專業相同，學生為隨機分班，授課教師相同，因此可以認為使用數字人開展創新型教學，能提高學生對系統解剖學理論知識的掌握程度。這可能與實驗班學生建立了大量數字人模型和學習主動性的調動有關。實驗班和對照班的滿意度調查問卷分析結果表明，兩班學生在生動趣味性、知識易接受性、吸引注意力、學習興趣（表2）幾個指標的比較分析中都有顯著差異（P<0.05），實驗班學生均明顯高于對照班學生。

從以上數據可以看到，利用“數字人”開展實驗課的班級和傳統班級相比，不管是學習成績，還是學習興趣，都比傳統班有了顯著的提高，同時培養了學生的創新能力。

四、成果

由學生完成的，秦迎、張華老師指導的《基于中國數字人的實驗過程創新》在2016年山東省第三屆大學生科技創新大賽中榮獲二等獎。

教學相長，在使用“數字人”技術開展信息化實驗教學的過程中，教師的授課能力也相應地得到了提高。《視器》（作者：秦迎、張華）和《川流不息——心血管系統》（作者：秦迎、孫志軍、許可）在2016年和2017年的山東省職業院校信息化教學大賽中，分別獲得省賽三等獎和二等獎。

綜上所述，虛擬仿真實驗教學必將對高等教育質量的提升和實驗教學改革的深化產生積極而重要的影響[8]。借助于“數字人”，可以讓學生做中學，老師做中教，師生之間有了更多的互動和交流，充分實現了醫學教學和信息化教學的深度融合。

參考文獻：

[1]劉萬和.教育改革中數字化教學的利弊分析[J].甘肅科技，2012，28（10）：77-78.

[2]Gang G，Li XC，Wu GQ，etal.Three-dimensional reconstruction of digitized human liver：based on Chinese Visible Human[J].Clin Med J（engl），2012，123（2）：146-150.

[3]程昊，周波，李宏偉，等.計算機三維數字人體模型在人體解剖學中的應用[J].現代醫藥衛生，2009，25（22）：3519.

[4]任銀祥，王德貴，宋焱峰，等.數字化技術在人體解剖學教學中的應用[J].當代醫學，2012（31）：162-163.

[5]諶新興，龔興牡，石慧娟，等.醫學虛擬實驗平臺在實驗教學中的應用[J].衛生職業教育，2016，34（2）：45-46.

[6]林鳳屏，黃飛，陳必鏈.虛擬實驗室在生物教學中的應用與研究[J].實驗室科學，2016，19（2）：152-154，158.

[7]許世兵，楊波.數字人研究現狀及展望[J].廣東醫學，2013，34（1-6）：2585-2587.

[8]徐曉輝，蘭草，張東祥.綜合性大學創業虛擬仿真實驗教學平臺體系建設[J].實驗室科學，2016，19（5）：90-93.