基于虛擬數字人的翻轉課堂模式在斷層解剖學教學中的應用

楊顯國，尹金鵬，張慶遠

（南陽醫學高等專科學校基礎醫學部，河南 南陽 473061）

翻轉課堂是指重新調整課堂內外的時間，將學習的決定權從教師轉移給學生[1]。斷層解剖學是用斷層方法研究人體在冠狀面、水平面、矢狀面等斷面上器官的位置、結構、毗鄰的科學，是臨床影像學的形態學基礎[2]。隨著臨床影像技術（如X線、超聲、CT、MRI）的不斷發展，斷層解剖學在醫學影像專業中的地位日益重要。斷層解剖學斷面多，每個斷面結構復雜，相鄰斷面結構相似但又有區別。由于學生的學習基礎不扎實以及學習方法不科學等原因[3]，死記硬背重要斷面的結構名稱，嚴重影響學生對斷層解剖學的學習興趣和效果[4]。隨著信息技術的快速發展，利用虛擬數字人技術進行斷層解剖學教學已成為一種趨勢，它為學生創造了一種可重復操作、直觀、三維立體、清楚的學習環境[5]。為此，我校引進虛擬數字人軟件，在斷層解剖學教學中采用基于虛擬數字人的翻轉課堂教學模式，現分享如下。

1 對象與方法

1.1 研究對象

以我校2019級專科醫學影像技術專業學生為研究對象，隨機選取60人為對照組，60人為實驗組，均為大學一年級學生，在第二學期學習斷層解剖學。兩組學生的一般資料（性別、年齡、學習成績）比較，差異均無統計學意義（P＞0.05），具有可比性。

1.2 研究方法

實驗組與對照組的理論課及實驗課均由相同教師完成，教學學時總數、使用的教材、考核方式和考核內容均相同。對照組采用傳統教學模式進行授課；實驗組采用基于虛擬數字人的翻轉課堂教學模式。實驗組具體教學過程如下:（1）課前:教師通過分析教學內容，精選相關教學資料，例如微課、電子圖譜、視頻、課件、習題等，提前一周通過學習通平臺發給學生，讓學生進行針對性預習。（2）課中:首先，教師利用虛擬數字人軟件，要求學生對每個器官的主要結構及空間毗鄰關系進行辨認。其次，依次拖動矢狀面、冠狀面、水平面3個方向的虛擬切面對人體進行切割，顯示出相應的斷面，要求學生辨認這些斷面中主要的結構名稱。對于錯誤率較高或者較難辨認的結構，教師進行針對性講解，答疑解惑。最后，教師對應配上同斷層的影像學圖片讓學生進一步辨認，進行基礎與臨床的結合。（3）課后:通過學習通的習題，檢測學生對知識的掌握情況。實驗課使用虛擬數字人軟件和直接觀察斷層標本相結合的方式進行。

1.3 評價方法

課程結束，對兩組學生的總成績進行比較分析，總成績包括平時成績（20%）、實驗成績（30%）和理論成績（50%）。并對教學方法的評價進行問卷調查。數據用SPSS 22.0軟件進行統計處理，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 實驗組與對照組學生的學習成績比較

從研究結果可以看出，實驗組學生的平時成績、理論成績、實驗成績及總成績均高于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05），見表1。

表1 實驗組與對照組學生的學習成績比較（±s，分）

表1 實驗組與對照組學生的學習成績比較（±s，分）

組別實驗組對照組t P平時成績85.64±7.51 82.31±8.85 2.222 0.028理論成績86.87±10.42 80.75±14.79 2.620 0.010實驗成績91.23±9.866 84.54±12.13 3.315 0.001總成績87.93±9.256 82.20±11.93 2.942 0.004

2.2 實驗組與對照組學生的問卷調查結果比較

從研究結果可以看出，實驗組學生對教學方法的接受度高于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05）；實驗組認為本組所采用的教學方法能提高學習興趣、學習效率、空間定位能力、自主學習能力、分析和解決問題能力、語言表達能力、臨床思維能力的人數比例顯著高于對照組（P＜0.05），見表2。

表2 實驗組與對照組學生的問卷調查結果比較

3 討論

3.1 翻轉課堂教學模式的起源

翻轉課堂起源于美國，兩名教師嘗試將PPT課件利用錄屏軟件錄制成視頻，并配以聲音和字幕，然后將視頻上傳網絡學習平臺，使不能到學校上課的學生隨時可以登錄網絡學習，實現在家中學習。這一新的教學模式彌補了傳統教學的不足，迅速在美國推廣。這種先學后教的模式與傳統教學安排不同，稱為翻轉課堂教學模式。教師在課前將有關的教學資源上傳網絡學習平臺，學生利用學習終端隨時隨地進行自主學習，在學校，學生以課前所學知識為基礎，通過同學之間交流及教師答疑解惑，最終將知識消化、吸收[6]，達到掌握知識的目的。

3.2 斷層解剖學教學中實施翻轉課堂的必要性

在斷層解剖學教學中實施翻轉課堂的原因:（1）尸體短缺。近幾年，由于國家重視職業教育，高職醫學院校學生人數增多[7]，再加上很多人受傳統觀念影響，不愿將去世親人的尸體用于醫學研究，造成尸體嚴重不足。（2）福爾馬林的危害。由于福爾馬林具有揮發性和毒性，尤其對人體的呼吸系統和眼有很大影響，當氣溫較高或者通風條件不好時，氣味刺鼻，讓人難以靠近。（3）尸體解剖操作勞累、辛苦、周期長等因素，也大大降低了斷層解剖學的教學效果。（4）學習時間及地點不受限制。翻轉課堂教學模式可以有效彌補傳統教學模式的不足，學習時間、學習地點更加靈活。目前大學生課外活動很多，大部分學生需要花費不少時間參加各種活動，如參加學術講座、志愿者活動、文藝演出、體育比賽、學生會工作等，翻轉課堂教學模式可以很好地解決學習時間及地點的沖突，學生能夠更加合理地安排學習時間，也不再局限于教室這一學習地點。

3.3 基于虛擬數字人的翻轉課堂在斷層解剖學教學中應用的優勢

隨著網絡的全覆蓋、計算機信息技術的飛速發展、移動終端學習軟件的增多，虛擬教學手段進入高校課堂[8]。虛擬數字人是現代科技發展的產物[9]，虛擬數字人支撐下的翻轉課堂為斷層解剖學教學改革提供了新的思路。本研究將虛擬數字人與翻轉課堂相結合應用于斷層解剖學教學，有如下優勢。

3.3.1 三維立體顯示，提高學生對人體結構的空間定位能力在斷層解剖學教學中，培養學生對人體結構的空間定位能力是非常重要的，但是僅通過觀察二維平面圖片達不到教學目標，學生并不能對器官空間位置、形態結構、毗鄰關系進行準確描述。虛擬數字人呈現的人體結構是三維立體的，且能夠根據需要增加或減少結構，還可以透明化、逐層分離深層結構等，實現多角度、全方位觀察[10]，對每個器官的位置、結構及器官間的空間毗鄰關系能夠清晰、直觀、立體顯示，可較好地突破教學難點，達成教學目標。通過運用虛擬數字人進行斷層解剖學教學，將復雜、難懂、難記的各斷面結構三維立體顯示，易于理解記憶，使學生的人體結構空間定位能力有了極大提高[11]。

3.3.2 提高學生學習興趣及學習積極性 虛擬數字人操作簡單、方便易行，學生可以在課堂上自主進行操作學習[12]，提高動手能力和主動探索能力，適合愛玩電子產品的學生，讓學生在“玩中學、學中玩”，使學習過程主動性更高、趣味性更強[13]。由于虛擬數字人可以清楚、直觀顯示各器官的結構及空間毗鄰關系，學生在人體器官空間結構上的疑惑瞬間被解開，不再單純死記硬背文字與圖片，可以更好地理解掌握斷層解剖學知識，與被動聽課的傳統教學模式相比，能降低學習難度，提高學習積極性，激發學習興趣[14]。虛擬數字人系統還設有自主檢測模塊，有解剖標本辨認、理論知識檢測題等，學生學習任務完成之后還可以隨時檢測對解剖知識的掌握程度，學習目標非常明確，深受學生歡迎。

3.3.3 提高學生的主體地位及自主學習能力 翻轉課堂把“教師講、學生聽”的傳統教學模式翻轉過來，將教師課堂講授轉變為學生課前自主學習，突破時間、地點限制。通過線下的課堂教學進行答疑解惑、鞏固知識點和拓展學生聯系臨床的思考，能更好地培養學生分析問題和解決問題能力、語言表達能力、臨床思維能力等，從而使學生由被動接受知識向主動探索知識轉變[15]。通過教學模式轉變，提高了學生學習的主體地位[16]和自主學習能力。本研究結果顯示，虛擬數字人結合翻轉課堂模式不僅讓枯燥的斷層解剖學課程變得更加生動、形象、有趣，同時著眼于教育教學改革，促進多學科交叉融合、協同發展，將會成為解剖學科教育發展的希望和亮點[17]。基于虛擬數字人的翻轉課堂模式應用于斷層解剖學教學，能夠有效提高學生的學習成績，提高學生的學習積極性及學習興趣，提高學生自主學習能力、學習的主體地位及空間定位能力等。但在斷層解剖學實際教學中也發現了一些問題:（1）實驗組學生雖然考核成績不錯，但如果單一考查學生對標本結構掌握情況和臨床操作能力，實驗組學生在尸體標本上操作不夠準確和靈活。（2）虛擬數字人教學系統信息量非常大，對學生的電腦操作熟練程度有較高的要求。由于授課對象是大學一年級學生，部分學生在拆分、透明化解剖結構時，操作不夠嫻熟，一定程度上造成學習效果的差異。隨著教學的推進，可能還有更多類似問題或者其他問題出現。

數字人終究是虛擬的，和真實標本存在一定差異，一些微細結構無法完全、準確顯示[18]，不能完全代替肉眼觀察標本的現實體驗[19]，所以在教學中需要結合傳統的斷層解剖標本、模型等實物教具，虛實結合、揚長避短，使傳統教學工具與信息化教學手段完美融合。如何綜合應用信息化教學手段與傳統教學手段，如何協調各學科之間的交叉影響等問題，在今后的教學實踐中，還要不斷優化和完善該教學方法，努力提高斷層解剖學教學水平和教學效果。