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        三維虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)3Dbody在系統(tǒng)解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用體會(huì)*

        2020-03-07 05:58:44吳天秀符華春
        解剖學(xué)雜志 2020年1期
        關(guān)鍵詞:教學(xué)系統(tǒng)考核成績解剖學(xué)

        吳天秀 符華春 蔡 潔

        (廣東醫(yī)科大學(xué),1 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院解剖學(xué)教研室,2 教育技術(shù)與信息中心,3 信息工程學(xué)院,湛江 524023)

        系統(tǒng)解剖學(xué)是醫(yī)學(xué)課程的重要基礎(chǔ)課。目前,解剖標(biāo)本來源不足和需求持續(xù)增加的矛盾日漸突出,在此背景下,虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)走進(jìn)系統(tǒng)解剖學(xué)的實(shí)踐教學(xué)中。數(shù)字化虛擬人體(“虛擬人”)以計(jì)算機(jī)數(shù)字化操作平臺(tái)為基礎(chǔ),將大量真實(shí)人體斷面數(shù)據(jù)信息在計(jì)算機(jī)里整合重建成人體的三維立體結(jié)構(gòu)圖像,是醫(yī)學(xué)與信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的成果,可以為醫(yī)學(xué)教學(xué)提供大量斷層解剖學(xué)、系統(tǒng)解剖學(xué)、局部解剖學(xué)的教學(xué)素材[1]。為了解決解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的學(xué)時(shí)縮減,標(biāo)本來源減少,臨床需求突出等問題,我校在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心平臺(tái)的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了人體解剖學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室由數(shù)字(虛擬)人、多媒體系統(tǒng)和配套硬件組成。截止論文投稿時(shí),我校將“虛擬人”應(yīng)用在多個(gè)專業(yè)、多個(gè)層次的解剖實(shí)踐教學(xué)中已超3年,取得一定的教學(xué)效果。為了更好的發(fā)揮充分發(fā)揮“虛擬人”的實(shí)際教學(xué)效能,本研究擬通過問卷調(diào)查和成績分析,探討三維虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)在系統(tǒng)解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題和對策,深化解剖學(xué)實(shí)踐教學(xué)改革。

        1 對象和方法

        1.1 研究對象和分組

        本校2016級(jí)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)1班(29人)列為對照組,臨床醫(yī)學(xué)24班(30人)列為實(shí)驗(yàn)組1,臨床醫(yī)學(xué)14班(27人)列為實(shí)驗(yàn)組2(學(xué)生入校時(shí)由教務(wù)處隨機(jī)分入各班,本研究將3個(gè)班的學(xué)生以班為單位隨機(jī)分為3組)。對照組采用傳統(tǒng)多媒體教學(xué)結(jié)合解剖標(biāo)本示教,然后學(xué)生自主觀察實(shí)物標(biāo)本并行討論。實(shí)驗(yàn)組1采用虛擬仿真教學(xué)結(jié)合解剖標(biāo)本示教,學(xué)生在實(shí)物標(biāo)本和仿真教學(xué)系統(tǒng)中進(jìn)行觀察討論。實(shí)驗(yàn)組2采用虛擬仿真教學(xué)結(jié)合解剖標(biāo)本示教,學(xué)生在仿真教學(xué)系統(tǒng)中進(jìn)行觀察討論。

        1.2 調(diào)研方法

        3組均進(jìn)行1個(gè)學(xué)期的系統(tǒng)解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。教學(xué)結(jié)束后,進(jìn)行理論和標(biāo)本考核,理論考試均采用同1份試卷,滿分100分。標(biāo)本考核采用抽簽形式進(jìn)行,總分75分。同時(shí)發(fā)放問卷行問卷調(diào)查。

        表1 采用虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)重點(diǎn)講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

        1.3 整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

        根據(jù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn),實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容基本符合教學(xué)大綱,部分教學(xué)內(nèi)容重新設(shè)計(jì)使之與臨床應(yīng)用緊密結(jié)合。部分教學(xué)內(nèi)容改革詳見表1。

        1.4 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室

        本校采用山東易創(chuàng)數(shù)字有限公司開發(fā)的數(shù)字人解剖系統(tǒng)V3.5(專業(yè)版,簡稱“數(shù)字人”),該系統(tǒng)配置了獨(dú)立的服務(wù)器,保證了資源的安全和可靠性,可實(shí)現(xiàn)100多個(gè)客戶端同時(shí)在線學(xué)習(xí)。高清解剖互動(dòng)錄播系統(tǒng)EC-1080P 2臺(tái),每個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室各配置3Dbody數(shù)字人解剖軟件40套。平臺(tái)所有設(shè)備都安置在中心專用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室,由專人管理和維護(hù)。數(shù)字人解剖系統(tǒng)具備以下幾種功能:(1)三維結(jié)構(gòu)任意觀察:包括拖動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、平移、縮放,能夠?qū)崿F(xiàn)仰視、俯視等觀察效果;(2)多種實(shí)用功能:透明度調(diào)節(jié)、手動(dòng)分離、自動(dòng)分離、查找、立體顯示、染色隨手畫,等;(3)人體斷層瀏覽:可通過拖動(dòng)橫、矢、冠3個(gè)方向的虛擬切面對三維模型進(jìn)行切割,得到任意位置的斷面圖像,能夠任意放大、縮小、平移等,可保存截圖;(4)二維斷層結(jié)構(gòu)和三維結(jié)構(gòu)同步定位:在3個(gè)斷層截面中點(diǎn)擊任意解剖結(jié)構(gòu),可以快速定位到相應(yīng)的三維結(jié)構(gòu)。

        1.5 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)材料

        包括根據(jù)教學(xué)大綱準(zhǔn)備的各個(gè)系統(tǒng)實(shí)物標(biāo)本、封瓶標(biāo)本、教學(xué)模型和掛圖。

        1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

        采用SPSS13.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)量資料采用±s表示,組間比較采用方差分析;方差分析后的兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料以頻數(shù)和百分比表示,組間比較采用χ2檢驗(yàn)。

        2 結(jié)果

        2.1 虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)對學(xué)生成績的影響

        對照組、實(shí)驗(yàn)組1和實(shí)驗(yàn)組2的理論考核成績依次為79.5±9.5、89.4±10.8、80.1±8.2,3組間理論考核成績有差異(P<0.01):實(shí)驗(yàn)組1的理論考核成績高于對照組(P<0.01),實(shí)驗(yàn)組2的理論考核成績與對照組無差異(P>0.05);實(shí)驗(yàn)組2的理論考核成績低于實(shí)驗(yàn)組1(P<0.01)。

        對照組、實(shí)驗(yàn)組1和實(shí)驗(yàn)組2的實(shí)驗(yàn)考核成績依次為62.5±6.5、71.5±5.5、58.5±4.5,3組間實(shí)驗(yàn)考核成績有差異(P<0.01):實(shí)驗(yàn)組1的實(shí)驗(yàn)考核成績高于對照組(P<0.01),實(shí)驗(yàn)組2的實(shí)驗(yàn)考核成績低于對照組(P<0.05)。實(shí)驗(yàn)組2的實(shí)驗(yàn)考核成績低于實(shí)驗(yàn)組1(P<0.01)。

        2.2 虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用教學(xué)反饋

        教學(xué)結(jié)束后,對學(xué)生采取了問卷調(diào)查,共計(jì)發(fā)放問卷86份,回收問卷86份,本研究將實(shí)驗(yàn)組(共計(jì)57份)問卷納入統(tǒng)計(jì)分析。問卷圍繞虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)(虛擬人)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用,獲得相關(guān)的教學(xué)反饋。問卷調(diào)查結(jié)果詳見表2。

        3 討論

        虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室主要指在各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中通過采用多種虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境,使得實(shí)驗(yàn)者能夠在接近真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中,完成預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[3],具有交互性,真實(shí)性等特點(diǎn)[4]?!疤摂M人”即全數(shù)字化的人體結(jié)構(gòu)三維模型[5]。本校將山東易創(chuàng)公司的《中國數(shù)字人解剖系統(tǒng)》軟件應(yīng)用于人體解剖教學(xué)實(shí)踐中,易創(chuàng)選取第三軍醫(yī)大學(xué)人體斷面解剖學(xué)課題組的真實(shí)人體斷層數(shù)據(jù),已被國內(nèi)多所知名學(xué)校選中用于解剖學(xué)教學(xué)[6]。本研究擬通過問卷調(diào)查和成績分析,探討“虛擬人”在實(shí)踐教學(xué)中的利弊。

        表2 虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)(虛擬人)在系統(tǒng)解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用問卷調(diào)查結(jié)果(%)

        3.1 “虛擬人”在系統(tǒng)解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)點(diǎn)。

        在傳統(tǒng)解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,福爾馬林氣味的刺激性是每個(gè)參與者無法回避的難題,醫(yī)學(xué)新生由此容易產(chǎn)生消極情緒和畏難心理[7],“虛擬人”的使用則回避了該難題。目前醫(yī)學(xué)院校由于招生人數(shù)不斷增加,標(biāo)本損耗比較大。特別是神經(jīng)系統(tǒng)方面的標(biāo)本,制作難度大、結(jié)構(gòu)脆弱,標(biāo)本很容易受到破壞。而“虛擬人”配可在三維結(jié)構(gòu)上針對目標(biāo)結(jié)構(gòu)反復(fù)觀察,極大的節(jié)約標(biāo)本資源,這解決了解剖實(shí)物標(biāo)本來源不足的困境?!疤摂M人”配置了獨(dú)立的服務(wù)器,可實(shí)現(xiàn)學(xué)生課后在線學(xué)習(xí),消除了學(xué)生學(xué)習(xí)人體解剖學(xué)上的時(shí)間和空間上的限制。文獻(xiàn)顯示,大部分醫(yī)學(xué)院的系統(tǒng)解剖學(xué)學(xué)時(shí)不足[8],即解剖教育面臨著教學(xué)學(xué)時(shí)不斷縮減的情況,然而影像學(xué)和內(nèi)鏡成像等其他侵入性或非侵入性的醫(yī)療技術(shù)需求的不斷增長[9]?!疤摂M人”的出現(xiàn)則提供了新思路和新方法,它還可針對細(xì)小部位隨意切換,對觀察對象進(jìn)行放大、旋轉(zhuǎn)和平移。這些技術(shù)優(yōu)點(diǎn)都有利于臨床教學(xué)。簡而言之,數(shù)字化虛擬人體不但立體直觀,更使得解剖操作延伸到課堂之外,豐富了教學(xué)資源,提高教學(xué)效率。

        3.2 “虛擬人”在實(shí)際教學(xué)中的弊端,對教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)組織提出了新要求。

        目前市面上已有不少類似“虛擬人”APP使用軟件,結(jié)果顯示,大部分學(xué)生曾經(jīng)接觸過類似的“虛擬人”三維解剖軟件。這就對虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了新挑戰(zhàn),課堂上教師不能再單純將“虛擬人”作為一個(gè)三維立體圖譜講解,必須針對該教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行新的教學(xué)模式設(shè)計(jì),進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容改革。面對“虛擬人”的引進(jìn),學(xué)習(xí)者需要充分的專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備,才能充分發(fā)揮其作用。虛擬技術(shù)應(yīng)用于臨床外科教學(xué)已有先例[10-11],因此,本課題組基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室數(shù)字化人體的平臺(tái),整合和精選實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,重點(diǎn)講解以往的教學(xué)難點(diǎn)(如肝段,鼻旁竇的位置和開口),增加了部分臨床應(yīng)用的解剖知識(shí)點(diǎn),如顳耳的形態(tài)結(jié)構(gòu)及其在手術(shù)中的應(yīng)用。同時(shí),教學(xué)設(shè)計(jì)上也必須做出相應(yīng)的改變。在實(shí)施虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的2組中,超過半數(shù)的學(xué)生認(rèn)為“觀察實(shí)物標(biāo)本后再進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)”的教學(xué)安排效果更佳。以上結(jié)果說明,“虛擬人”并非實(shí)物,我們?nèi)圆荒芊艞墏鹘y(tǒng)標(biāo)本教學(xué)。究其原因,學(xué)習(xí)環(huán)境的改變也導(dǎo)致了參與學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)狀態(tài)的改變。特別是針對不同的教學(xué)內(nèi)容,教師應(yīng)該如何處理好傳統(tǒng)的標(biāo)本觀察和“虛擬人”學(xué)習(xí)的時(shí)間安排;如果將“虛擬人”的觀察安排在課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí),如何針對性的指導(dǎo)學(xué)生觀察,都需要教師不斷的細(xì)化各項(xiàng)注意事項(xiàng)。

        綜上所述,經(jīng)過改革教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容,使得“虛擬人”成為傳統(tǒng)教學(xué)有效的補(bǔ)充。我們應(yīng)該將虛擬仿真教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)模式相互結(jié)合,取長補(bǔ)短,達(dá)到“虛實(shí)結(jié)合”。在目前虛擬實(shí)驗(yàn)室的開展過程中,如何就后臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和梳理,使之反饋于教學(xué),是目前虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用中薄弱的環(huán)節(jié),需要提升教師對操作系統(tǒng)的掌握,也是我們今后工作的努力方向。

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