基于實物標本的3D數字化云解剖教學平臺應用研究

鄭瑩瑩 ，胡倩南 ，婁陽云 ，趙紅軍，史華杰，王 平 ，李 婷 *

（1.杭州醫學院臨床醫學院，浙江 杭州 311399；2.杭州醫學院基礎醫學與法醫學院，浙江 杭州 311399；3.鄭州國之正生物科技有限公司，河南 鄭州 450001）

人體解剖學教學需要培養學生對人體結構的空間思維、想象和分析能力，其方法倚重解剖標本的觀察、層次解離、研習等途徑。但因人體標本的稀缺性、不易移動性以及解剖模型模具的失真，給學生預習、復習帶來一定的不利影響。隨著數字技術的迅速發展，諸如中國數字人[1]、3D 解剖 VR[2]、3D body[3]等多種數字解剖軟件或App應運而生，但因其操作不便、設備昂貴、缺乏高保真等原因，醫學生的使用率不高。例如，3D body軟件需要安裝特定的App（大部分資源為非免費的），且因基于模型的圖片與實物標本相差較大，給解剖學實驗教學帶來一定的不利影響[4]。

為解決以上問題，在校企合作的基礎上構建了基于實物標本的3D數字化云解剖教學平臺，并將其應用于人體解剖學教學中。實物標本3D數字化是對真實的解剖標本進行多角度、多層次圖像采集后，輔以復雜的計算機數字三維重建技術，構建可沿無限軸向360°旋轉、自由縮放的高保真立體數字圖像的方法。以下將簡單介紹該平臺的教學應用情況。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選擇我校2020級臨床醫學專業4個班120名學生為研究對象，所有學生對本研究均知情同意。

1.2 研究方法

采用實驗組、對照組比較研究的方法，選擇臨床醫學專業2001班、2002班各30人為實驗組；臨床醫學2003班、2004班各30人為對照組。各班學生按照高考成績隨機均衡分班。

對照組采用傳統教學法，實驗組利用基于實物標本的3D數字化云解剖教學平臺，采用線上線下相結合的教學法。兩組學生解剖學教材、大綱、課時一致，且由同一任課教師授課。

1.3 基于實物標本的3D數字化云解剖教學平臺的開發

依據第九版《人體解剖學》教材，選擇符合我國人型標準的實物標本制成大體標本，再采用進口三維掃描儀，對標本的三維信息進行切割掃描，獲取數據，借助計算機輔助幾何設計、計算機圖形學、計算機動畫、計算機視覺、醫學圖像處理、科學計算和虛擬現實、數字媒體創作等三維數字重建圖像技術制作3D數字化解剖教學系統。系統中的標本圖像在解剖紋理、結構上與真實標本保持99.9%一致，所包含的結構也以“精準范圍”方式被標注，而且可以實現自由旋轉、縮放、拆解、重組等功能性操作，實現了真正意義上的真實標本數字化。將制作好的3D數字化解剖教學系統上傳微信公眾號，創建一款適用于解剖學教學的師生互動和自學平臺，實現云教學。因師生的微信使用率幾乎達到100%，師生無須再安裝新的軟件或App，通過手機或其他裝有微信的個人終端設備即可隨時隨地使用。

1.4 教學實施

對照組和實驗組均采取小班化教學，即30人一個班，將30個學生分成4個小組，每個小組7～8個學生。以脈管系統內容為例，實驗組和對照組均提前一周告知學習內容，督促學生提前預習，實驗組利用“云解剖”平臺預習。

課堂上，對照組采用傳統實驗教學法：課上教師首先在模型和標本上進行操作講解，然后學生以小組為單位結合書本觀察模型、實物標本。

實驗組利用“云解剖”平臺采用線上線下相結合的教學法：除使用“云解剖”平臺之外，其余與對照組無異。

課程結束后，立即對兩組的脈管系統教學效果進行卷面測評分析，隨后對研究對象進行抽樣訪談。

1.5 效果評價

1.5.1 卷面測評 脈管系統教學結束后，對所有研究對象進行測評考核。考核試卷由校內一名解剖學資深專家編制，內容包括：心血管系統（6題）、淋巴系統（4題）共10題，每題1分。分別從形態結構、功能、臨床意義等方面考核學生對脈管系統的掌握情況。對研究對象采用單盲法測試，即研究對象不知測試的目的及測試分組情況。

1.5.2 抽樣訪談 訪談對象的抽樣。先以測評成績從高至低分別對實驗組和對照組學生排序，再以測評成績為分層依據進行隨機分層抽樣，即在兩組中抽取訪談對象時，對象在同一層級的分布上一一對應，如在實驗組30～39名隨機抽2名，在對照組的30～39名同樣隨機抽2名。

本次研究每組各選5人為訪談對象，且均知情同意。訪談內容主要圍繞“傳統教學”和“線上線下結合教學”兩個核心概念羅列問題，如“解剖學復習的主要手段是什么”“云解剖平臺對解剖學成績的影響”等。訪談時間為1小時，并做好錄音。為防止偏差，整個過程中采用單盲法，即被訪談者不知道分組情況。

1.6 統計學處理

所收集數據采用SPSS 25.0統計軟件進行分析，計量資料使用（±s）表示，組間比較采用t檢驗，P＜0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 卷面測評結果

脈管系統知識課后測評的卷面得分比較結果（見表1）顯示：實驗組得分高于對照組（P＜0.05）。這提示采用基于“云解剖”平臺的線上線下相結合的教學法能提升臨床醫學專業學生考試成績。

2.2 訪談結果

本研究對10名學生進行了有關脈管系統課程教學的訪談，總結發現如下幾個特點。

（1）實驗組利用“云解剖”平臺學習，可以點擊結構部位放大觀察，并配有中英文注釋、名詞解釋等，學習效果更好，且不受時間和場地限制，可有效利用碎片化時間隨時隨地學習交流，提高了學習效果。

（2）實驗組學生普遍認為“云解剖”平臺操作方便，不需要安裝特定的App，且系統中的數字化標本與教學內容出入較小，還配有旋轉、放大、縮小等功能，可以360°無死角并實時還原人體模型，極大地提高了學生學習的積極性。

（3）因人體解剖學課時多、學習壓力大，實驗組和對照組學生課后都需要復習，但對照組學生認為傳統教學資源有限，復習資料大多來自課本和PPT。而實驗組認為“云解剖”平臺資源豐富、分類清楚，為課外復習提供了便利的條件。

3 討論

3.1 “云解剖”平臺的教學效果

本研究結果表明，與傳統教學法相比，基于“云解剖”平臺的線上線下相結合的教學法對學生解剖學知識的學習具有明顯的促進作用。結合抽樣訪談結果，分析這種促進作用的原因可能是由于“云解剖”平臺充分利用了學生的碎片化時間；云平臺上豐富、高保真、可自由縮放、可任意軸向旋轉的數字化標本有利于培養醫學生的解剖結構空間思維和激發學生學習解剖學知識的興趣，從而促進相關知識的掌握。傳統解剖學教學法課時有限、標本數量有限且大多浸泡在福爾馬林中，不利于調動學生的積極性，而“云解剖”平臺具有新穎、直觀、操作簡單的特征，能激發學生的學習興趣，增強主觀能動性[5]，從而提升學習效果。

3.2 “云解剖”平臺的優勢和劣勢

隨著互聯網的迅速發展，人類開始邁入信息數字化的新世紀。云技術、大數據、人工智能技術在學生學習、教師教學以及教育教學評價、學校管理等方面得到全面應用，互聯網正在改變傳統的教育模式[6-7]。傳統解剖學教學方法是典型的直觀教學法，實物標本稀缺且不便隨身攜帶（可獲得性差）限制了它自身的推廣應用[8]。而“云解剖”平臺具有較好的實物標本替代性，可彌補實物標本存在的缺陷。所以“云解剖”平臺是解剖學教學的一個有利補充和必然發展趨勢。

“云解剖”平臺具有操作簡單、無須另裝App、免費、高保真性、高可獲得性等優勢，使醫學生或醫務工作者可以利用碎片化時間隨時隨地預習、自學、復習解剖學知識。通過該平臺，使用者可以在手機上對解剖結構進行任意旋轉、放大、縮小等操作；可以實現對人體任意標本結構的觀察；還可以通過題庫進行考核，及時對所學知識進行測驗和查漏補缺。但“云解剖”平臺也有較明顯的劣勢：前期工作量巨大、開發成本較高，雖然具有高保真性，但與實物標本相比還是存在一定差異，所以在不易獲得實物標本的醫學院校具有一定的實物標本替代作用，在易獲得實物標本的學校也仍然只是一個補充，在功能上完全替代實物標本仍有長遠的研發之路。