虛擬仿真技術在中醫院校人體解剖學實驗教學中的應用

郝莉 徐玉英 郭艷樺 程秀娟 游言文

摘要：虛擬仿真是一種交互式的三維動態視景和實體行為的仿真系統。為了探討虛擬仿真技術在中醫院校人體解剖學實驗教學中的應用，本文以河南中醫藥大學2022級中西醫臨床醫學專業本科生為觀察對象，將虛擬仿真技術與人體解剖學體循環靜脈實驗相結合，并通過章節測試和調查問卷進行評價。結果顯示，虛擬仿真實驗可以有效激發學生主動學習的興趣，提高體循環靜脈章節成績以及學生對課程的評價。

關鍵詞：虛擬仿真技術；人體解剖學；實驗教學

一、引言

虛擬仿真是一種交互式的三維動態視景和實體行為的仿真系統[1]。隨著科技的日益發展，虛擬仿真技術已經逐漸滲透至醫學教育的各個領域[2]。這項技術不僅可以無損地重現人體解剖結構，還能夠仿真模擬復雜的臨床情境，為學生提供一個安全的實踐場所[3-4]。而學生在此環境中可以深入參與實驗，培養主動參與和解決問題的能力。人體解剖學最為重要的醫學基礎課程之一，是一門研究正常人體形態結構的科學。在學習人體循環靜脈內容時，學生往往感覺專業術語繁多、結構錯綜復雜，難以理解和激發學習興趣。為此，本研究設計了相應的虛擬臨床仿真實驗項目，系統地歸納了實驗內容和相關知識點，并明確了學習步驟，探討了虛擬仿真項目在中醫院校人體解剖學實驗教學中的應用。

本文以河南中醫藥大學2022級中西醫臨床醫學專業本科生為觀察對象，將傳統的人體解剖學教學與虛擬仿真實驗項目相融合，通過章節知識測試和調查問卷來評估其成效，并分析虛擬仿真項目對人體解剖學實驗教學的作用，以期為中醫院校人體解剖學課程的實驗教學提供新的思路。

二、教學效果評價

（一）教學對象

本研究選取2023年11月至12月學習人體解剖學體循環靜脈的河南中醫藥大學2022級中西醫臨床醫學本科1班和2班的學生208人為觀察對象，將1班和2班學生分為實驗組（n＝110）和對照組（n＝101），平均年齡（18.73±0.82）歲，對照組平均年齡（18.32±0.63）歲，兩組年齡比較差異無統計學意義，具有可比性。1班作為對照組，采取了傳統的觀察實驗方法；而2班作為實驗組，在維持傳統觀察實驗方法的基礎上，進一步引入了虛擬仿真技術作為實驗教學手段。

（二）實驗教學過程

在實驗組開始實驗課程之前，教師需要先在系統后臺設置每個模塊并發布要求，引導學生在線上預習相關的基礎知識。接著，教師需要引導學生注冊、登錄實驗系統，督促學生按照實驗提示依次完成四個模塊，具體見圖1。

其中，第三個模塊學生在熟悉后可以選擇訓練模式，系統不提示信息，學生可以根據虛擬問題或情景，自主選擇進行相應的穿刺置管，通過多次練習，比較每次的選擇差異（正確或者錯誤），從而引導學生進行反思，激發學生的學習興趣。學生在完成前面模塊之后，將進入第四個模塊理論考試，接受課程重要知識點的考核，并且系統將自動生成成績報告。在課程結束后，針對成績報告中反映出來的問題，教師需要對學生進行線下輔導和重難點答疑。

（三）評價方法

1.章節測試

為了評價虛擬仿真實驗融入人體解剖學中體循環靜脈實驗的教學效果，本研究采用中國大學MOOC在線學習平臺對兩組進行章節測試，試題類型包括單項選擇題、多項選擇題和判斷題，學生須在規定時間完成。成績分為4個分數段進行統計：＜60分、60～75分、76～90分和91～100分。

2.問卷調查

采用問卷星軟件對體循環靜脈解剖學教學進行總體評價，發放問卷211份，回收有效答卷205份，回收率為97.16%。問卷調查主要內容是學生對本節課的評價：你喜歡虛擬仿真軟件畫面嗎？軟件的操作難易程度如何？軟件功能如何？軟件運行速度如何？對軟件的總體評價等10個小題，每題答案包括A、B、C三個選項，分值依次為10分、8分和6分；計算每份問卷總分，＞85分為優秀，70～84分為合格，＜70分為不合格，達標率=優秀率+合格率。

（四）統計學分析

采用GraphPad Prism 9.0統計軟件進行數據分析，計量資料以“x±s”表示，比較采用t檢驗；計數資料用[n（%）]表示，比較采用χ2檢驗，以P ＜ 0.05為差異，具有統計學意義。

三、研究結果與分析

（一）學生章節測試成績分析

本研究通過MOOC章節測試檢測了學生對體循環靜脈人體解剖學知識的掌握情況。從表1中的結果可以看出，兩組學生成績分布有統計學差異（P＜0.001），對照組平均成績為72.23±10.69，實驗組平均成績為80.12±9.40，兩組差異具有統計學意義（P＜0.05）（見表1）。成績差異的主要原因是在傳統教學模式基礎上加入虛擬仿真的教學方式可以調動學生學習積極性，激發學生的內在動力。

（二）兩組學生對實驗教學總體評價

在課程結束之后，讓兩組學生對體循環靜脈實驗教學進行了總體評價。表2顯示，實驗組中有94.90%的學生認為課程達標，對課程表示滿意，遠高于對照組的66.36%（見表2）。這一結果表明，在傳統的人體解剖學實驗教學中融入虛擬仿真技術可以顯著提升學生對教學的正面評價。

四、討論

為了全面地評價虛擬仿真技術對中醫院校人體解剖學教學的影響，本研究重點觀察了虛擬仿真技術在中醫院校人體解剖學體循環靜脈穿刺置管實驗中的應用效果。通過這一部分實驗，可以直觀地看出虛擬仿真技術在提高學習能力、動手能力和解剖學理解方面的優勢。本研究對象包括了2022級中西醫臨床醫學專業的1、2班的學生，他們在2023年11月至12月期間接受了體循環靜脈實驗的教學。通過對比分析，可以深入了解學生在虛擬仿真實驗環境下的學習表現和成效。研究方法涉及對照研究、學生問卷調查、學習成效測試以及教學反饋的收集，將使用傳統的解剖實驗教學法與融入了虛擬仿真技術的教學法進行比較，以評估后者在提升實驗教學效果方面的潛力。

虛擬仿真技術基于多媒體技術、虛擬現實技術以及網絡通信技術等多種信息科技的迅速發展，融合了仿真技術與虛擬現實技術，是一種先進的仿真形式。虛擬仿真技術的主要特點包括沉浸性、交互性和逼真性。沉浸性是指通過使用頭戴式顯示器、環繞聲音系統和追蹤設備，創造沉浸式的學習環境，讓學生仿佛處于真實的手術室之中。交互性是指學生可以通過手柄和觸覺反饋裝置等工具，與虛擬環境中的物體進行互動，如對仿真靜脈進行穿刺或置管操作。逼真性則指虛擬環境將盡可能逼真地重現人體解剖結構和醫療操作過程，以確保學生能夠獲取與現實操作相類似的體驗和感知。在傳統的醫學實驗教學中，頸內、鎖骨下、頸外和股靜脈穿刺置管操作面臨醫療模型和耗材有限、實際操作機會不足和難以重復等問題，不僅限制了教學實踐空間，還導致學習效果大打折扣。然而，隨著虛擬仿真技術的引入，這些實驗可與智能化教學資源相結合，實現信息技術與醫學操作實驗的深度融合，構建結合虛擬與現實的實驗教學平臺[5]。這樣的教學平臺能夠精準地再現靜脈穿刺置管操作的真實場景，并逐層拓寬和加深教學內容，從而延伸教學的時空界限，提升實驗效果。學生通過這個平臺不僅能夠準確把握必要的解剖學知識，掌握各項操作流程和技術細節，還能夠通過豐富的交互式學習方式，體會與傳統教室不同的新鮮、有趣的學習環境。該平臺能夠有效激發學生對解剖學的興趣和好奇心，契合了以學生為中心的教學理念。

靜脈穿刺置管虛擬仿真技術融入人體解剖學實驗教學中的知識目標是使學生掌握靜脈穿刺置管相關的解剖學知識，熟悉操作流程、關鍵環節和注意事項；能力目標是培養學生的臨床思維能力及自主學習能力；思政目標是塑造學生對病患的人文關懷意識以及細致嚴謹、探索創新的科學觀念。為了實現這些目標，本研究堅持以學生為中心的實驗教學理念，結合靜脈穿刺置管實驗教學內容、進行線上與線下相結合的混合式教學方法。在實驗課之前，學生先通過線上慕課平臺和線下理論課程學習和掌握相關人體解剖學循環系統的基礎知識，再通過虛擬仿真實驗進行預習，初步掌握實驗操作步驟、儀器使用和注意事項，并可提交預習報告；在實驗課上，學生可以采取傳統實驗和虛擬仿真實驗并行的方式，或者用先進的虛擬仿真實驗項目取代部分線下實驗；在實驗課后，學生可以結合個人情況進行深入分析，并在線上反復練習實驗操作，以此鞏固技能，并提交實驗報告。這種方法不僅補足了虛擬仿真實驗在文字資料方面的不足，還能夠最大限度地發揮傳統實驗教學與虛擬仿真實驗各自的教學優勢。

通過采用虛擬仿真實驗項目，學生能夠在模擬的醫療環境中對靜脈穿刺和置管技術進行細致地學習與實踐。這種模擬系統不僅復現了真實操作的環境和條件，還可以根據學生不同的操作反應提供個性化的教學內容和反饋，而學生可以根據反饋逐漸調整自己的操作技巧，直到熟練掌握所需的技能。此外，虛擬仿真實驗項目還提供了數據跟蹤和記錄的功能，讓教師能夠輕松跟蹤學生的學習進程，對學習效果進行量化評估。在完成虛擬仿真實驗之后，教師可以通過章節測試來具體了解學生的學習成效。為了觀察靜脈穿刺置管虛擬仿真實驗對學生學習效果的影響。在實驗結束后，本研究通過中國大學MOOC平臺對兩班同學進行了章節測試。結果顯示，虛擬仿真實驗組的學生平均分為80.12±9.40，顯著高于對照組的72.23±10.69。這一結果表明，虛擬仿真實驗不僅提升了學生的學習積極性和內在動力，還能夠幫助學生取得更好的學習成績。

虛擬仿真教學的設計以“能實不虛、虛實結合、以虛補實”為原則[6]，采取問題導向的方式，將問題驅動學習（Problem-Based Learning， PBL）教學法、解剖學知識[7]、仿真訓練和知識考核有機整合于靜脈穿刺置管的實驗過程中。具體而言，教學活動被劃分為四個互相關聯的模塊：實驗介紹與問題提出、基礎知識學習、學習訓練和理論考試。通過將理論學習、動手實踐和系統測試結合起來，教師引導學生將理論知識應用于實際操作。通過參與互動式的仿真訓練，學生不僅可以系統地理解并鞏固涉及人體循環系統靜脈的核心解剖學知識，還能夠提升操作技能和應急反應能力。在進行強化訓練后，學生能夠在模擬真實醫療環境中進行安全且無壓力的練習，極大地提升了學習的有效性和效率。

為了評估學生對虛擬仿真實驗的感受，本研究在實驗結束后對兩個學生小組開展了問卷調查。調查結果顯示，參與虛擬仿真實驗的學生對課程的滿意度達到94.90%，遠超對照組的66.36%。這一結果表明，虛擬仿真教學為學生提供了充滿活力且逼真的學習探索空間，讓學生不再是被動吸收知識，而是積極地參與和體驗課程內容。這種富有吸引力的學習方式顯著提升了學生對教學內容的吸收以及對整個學習過程的正面評價。

此外，與傳統課堂相比，虛擬仿真還打破了時間和空間的限制，提供了開放式學習環境[8]。學生可以自主地安排學習時間和地點，將理論知識應用于實踐中，反復練習無需擔心耗材，節約了成本并提高了辦學效益[9]。同時，虛擬仿真系統集成了前沿技術，支持多人遠程同步實驗，5G技術保證了流暢的協同操作，增強了教學的個性化與管理的精準性。

五、結束語

綜上所述，本研究表明將虛擬仿真技術應用于中醫院校中西醫臨床醫學專業的人體解剖學實驗教學具有明顯優勢，不僅豐富了教學資源，還使得教學手段更加多樣化。在傳統教學中難以展示的三維結構和復雜過程，能夠在虛擬仿真環境中得以直觀地呈現，為學生提供了身臨其境的學習體驗，有助于學生更準確地理解和記憶教學內容。

虛擬仿真技術的引入有效提升了學生興趣和學習效果，提高了學生對課程的正向評價，為新醫科背景下中醫院校人體解剖學實驗課程數字化建設提供了堅實的理論和實踐基礎。

作者單位：郝莉 徐玉英 郭艷樺 程秀娟 游言文 河南中醫藥大學醫學院

參考文獻

[1]王琳琳，唐俊妮，郝剛，等.虛擬仿真在食品專業教學中應用與研究可視化分析 [J].食品工業，2023，44（12）：134-140.

[2]王靜，陶黎明.虛擬現實技術在醫學領域及臨床實踐教學中的應用研究[J].繼續醫學教育，2023，37（11）：137-140.

[3]顧小清，宛平，王龔.教育元宇宙：讓每一個學習者成為主角[J].華東師范大學學報（教育科學版），2023，41（11）：13-26.

[4]朱丹丹.虛擬現實技術與教育游戲結合的發展前景初探[J].當代電影，2018，（02）：164-167.

[5]許麗，王鴻鵬，劉景泰.高校公共虛擬仿真實驗教學平臺的探索與實踐[J].實驗室科學，2021，24（04）：79-82，87.

[6]梁琳琳，張妮娜，黃海燕，等.Web服務滲透虛擬仿真實驗教學設計與實踐[J].計算機教育，2023，（06）：98-102.

[7]孔祥照，李囡，駱雨辰，等.基于“互聯網+”系統解剖學實驗課混合式教學改革實踐[J].解剖學研究，2021，43（03）：282-283.

[8]黃婧.人工智能在病理學在線教學中的應用[J/OL].基礎醫學教育，2023，（12）：1080-1083

[9]楊倩，沈禹穎，王先之.結合虛擬仿真技術完善儀器設備共享[J].實驗室科學，2022，25（02）：201-205，210.

基金項目：河南省第二批本科高校虛擬仿真實驗教學項目：序號135；河南省本科高校研究性教學改革研究與實踐項目：序號65。

郝莉，副教授，研究方向：中醫藥防治神經退行性疾病。