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虚拟现实技术在人体解剖学教学中的优势与适用情况分析

作者:未知

   摘  要:人体解剖学是一门医学基础课程,随着现代科学技术的发展,传统解剖学课程面临新的机遇与挑战。在“互联网+”背景下,利用信息技术及互联网平台,采用虚拟现实技术等教学模式和方法,应用于人体解剖学,为人体解剖学教学改革提供了更广阔的空间。
  关键词:人体解剖学;虚拟现实技术;教学
  中图分类号:G642 文獻标志码:A 文章编号:2096-000X(2019)11-0007-03
   Abstract: Human anatomy is a basic medical course. With the development of modern science and technology, traditional anatomy courses face new opportunities and challenges. In the context of "Internet +", the use of information technology and Internetplatforms, with the application of the virtual reality technology in teaching models and methodsin human anatomy, provides a broader space for human anatomy teaching reform.
  Keywords: human anatomy; virtual reality technology; teaching
   一、人体解剖学教学的现状
  传统的人体解剖学实验教学,主要是通过观察尸体标本来获得结论,但是标本气味的刺激性很大,学生都知道甲醛的危害,一般较难接受,有抵触情绪,能主动动手去观察标本的学生越来越少。加之近些年高校扩招,尸体标本补充有限,导致尸体标本更加短缺。传统的人体解剖学教学在很多方面显示出其局限性,这样的现状势必会对人体解剖学教学效果有所影响。而人体解剖学课程是医学专业课程重要的基础课程,会影响到医学专业人才的培养。为了改变这种现状,人体解剖学专业教师在不断探索人体解剖学教学模式的改革,而虚拟现实技术的出现,为人体解剖学教学提供了良好的契机,虚拟现实技术与传统人体解剖学相结合,优势互补,相得益彰。
  传统的人体解剖学授课模式要适应现代科学技术的发展。2015年第十二届全国人民代表大会第三次会议上,李克强总理首次提出了“互联网+”的行动计划。“互联网+”的基本内涵是“互联网与传统行业相加”,但这并不是简单的“1+1”,而是利用现代信息技术和网络平台,使互联网与传统的行业深度融合,产生新的发展。而“互联网+教育”即利用互联网平台,与传统教育融合互补,弥补传统教育的不足,使传统教育焕发出新的活力。也就是从这一年开始,虚拟现实实验室如星罗密布般出现在了各大高校之中[1]。教育部提出要利用先进网络和信息技术,推动信息技术与高等教育深度融合,创新人才培养、科研组织和社会服务模式,促进教育质量全面提高[2]。
  虚拟仿真(virtual reality),也称为虚拟现实技术或模拟技术,就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术。利用计算机技术生成一个逼真的虚拟环境,可被视、听、触等多种感觉所感知,并通过多种交互设备与虚拟环境中的实体发生相互作用,从而产生身临其境的交互式视景仿真和信息交流,进而说明这是一种先进的数字化人机接口技术。目前虚拟仿真技术不断应用到各个领域,其在医学领域的应用也不断受到关注,尤其在人体解剖实验教学方面更为突出[3]。利用虚拟现实技术进行人体解剖学教学已经成为一种趋势,可为师生提供一个直观、形象、高度仿真、可重复操作的学习环境,丰富了解剖学实验教学的教学模式。
  二、材料与方法
  (一)研究对象与方法
  随机选取2017级临床医学专业4个班为实验对象,2班为对照组,采用传统授课方式,2班为数字人实验组,教学用到数字人软件,4个班均为同年全国统一高考录取的考生。研究对象在年龄、性别、学习态度、学习成绩方面无明显差异。
  (二)实施方法
  传统教学班,由授课老师根据教学大纲要求掌握的人体解剖学基础理论知识及见习重点展开教学。授课教师教学方法是讲授法,利用多媒体课件、挂图及板书等方法为学生讲授理论知识,学生主要通过教材,结合教师的讲解获取信息。理论课后的实验课,教师通过人体标本演示课程所涉及的内容。实验班,首先进行传统教学,在传统教学的基础上,讲解并演示如何使用数字人软件虚拟仿真技术进行解剖重建,在课前把“数字人虚拟学习软件”介绍给学生,让学生先预习,课上针对预习问题结合软件教学,课后用软件指导解剖学实践。
  (三)形成性评价
  实验班的平时成绩,在各个阶段给予打分,比如根据学生预习情况的打分,学生在使用软件的时候遇到问题与教师进行交流,对软件使用的熟练程度,软件使用与专业课程结合的情况,用软件能否很好的指导解剖学实践,对教师发出的问卷的回复。
  (四)统计学分析
  采用SPSS15.0软件进行分析,计量资料以x±s表示,两样本均数比较用t 检验,P<0.05 视为差异有统计学意义。
  (五)结果(见表1)
  三、讨论
  (一)对实验室进行改造,为师生创造舒适的学习环境
  传统的人体解剖学实验都是用尸体直接进行演示,大多医学院校所使用的尸体都用甲醛进行防腐处理,甲醛被WHO确认为对人体有毒害、致癌、致畸形的化学物质[4],为了改变这种状况,我们与山东易创公司合作,对实验室进行了改造,建成了数字人实验室,实验室在通风、照明、噪声、室内装修、降低甲醛浓度、温度等方面进行改造,实验室环境大为改善,给师生们创造了良好的学习环境。数字人虚拟解剖学实验室,配备了数字人虚拟学习软件,软件很好的实现了虚拟现实技术,数字人软件内容丰富,内配插图,动画,视频,习题等,可以让学生反复观看实验过程,易于上手,模拟实验操作,弥补实验标本不足、尸体解剖难以重复演示等问题,减少传统解剖学教学的成本,极大的提高了学习效率。   (二)提高学生自主学习能力
  在信息化时代,学生获取知识途径多元化的背景下,大学授课应改变原有以知识传授型为主的教学模式,倡导以学生为中心,进一步激发学生的学习兴趣,提高学生的自主学习能力的教学模式已刻不容缓。传统的人体解剖学教学,大多是以图片或者标本形式展现在学生面前,但是图片无法生动地展现器官立体的结构,学生因此无法全面掌握人体形态。而“数字人虚拟学习软件”将三维动画、动态图片和音频等素材集结在一起,建立了一个交互平台,为学生营造了图文并茂的学习环境,学生可以在电脑上动手,从不同角度,不同方位旋转人体来观察人体,比如颅骨可以手动分离,传统教学根本达不到这样的效果;这样让人体解剖教学变得生动有趣,学生的感知能力也被激发出来,对人体形态有了更深的认识。学生还可以运用软件完成预习和复习,通过做课后练习题检测自己的成果。这个软件有很强的督促作用,学生必须扎实课本基础知识,才能很好的应用软件,从而实现最佳的学习效果。但是学生对专业知识的认识广度及深度远不及专业教师,所以数字人软件的使用,学生仅仅停留在浅层,如果要深入学习,还是要专业课教师带领学习。
  (三)构建网络解剖学教学系统
  “数字人虚拟学习软件”是在现代多媒体技术广泛应用之一,人体解剖学教学可以结合多媒体、网络教学改变一下教学形式,将“数字人学习软件”中的等链接分享给学生,让学生利用网络实现远程自主学习,构建出数字化人体解剖学教学系统。虚拟现实技术在不同专业课程的应用,便于不同专业学生的学习,学生在学习中,还可以利用软件数据库里的资料进行回顾复习,调取自己所需的资料。
  网络解剖学教学系统有了“数字人虚拟学习软件”,给学生提供了更大的学习空间。但是传统的授课方式不能被完全代替,教师的授课要严格执行教学大纲,教学大纲是教师们多年形成的积淀,有其传承性,保证了教学的系统性,我们可以把两者的优势相结合,摒除两者的缺点。
  虚拟现实技术与传统授课的结合。课前给学生留预习作业,让学生们把课本内容对照网络平台学习,去查阅资料,把不会的内容整理成预习作业,教师再整理学生作业。课上,讲授法传授大纲要求的教学内容,并且把预习作业的内容融入到课上,剩下的时间学生可以分组讨论交作业,学生在预习的时候会发现“数字人虚拟学习软件”系统,更新慢,也会有欠缺的东西,他们可以从网上等渠道收集一些文档,图片,动画,视频来丰富网络课程,比如在解剖尸体的时候发现的一些变异情况,还有医院影像科见到的一些人体变异的情况,都对教学有质的提升。本实验,实验班的期末成绩高于传统教学班,说明虚拟现实技术大多学生还是乐于尝试的,并且有好的成绩,但是两班的成绩相差不是很大,学生们在接受新技术方面有待提高,学习的深度还不够,需要在今后的教学改革中继续探索。
  (四)虚拟现实实验课堂便于多学科交叉综合利用
  “数字人虚拟学习软件”教学系统分为系统解剖学、局部解剖学、断层解剖学、解剖学微课和自主学习五个板块,可满足不同专业、不同层次医学生对人体结构学习的需要。初学人体解剖学的学生来说,他们可以应用数字人软件里边的系统解剖学模块,系统解剖学里面的每个系统的演示相对简单,系统里各部器官插图声形兼备、图文并茂,这样的设计使教学过程变得更加生动形象,对于新生来说,他们更喜欢这样能动手操作的软件,软件里边三维动画演示功能,使抽象的理论形象化,复杂知识的易于接受,便于记忆。该软件用于辅助课堂教学,增强了教学的直观性,形象性,趣味性,从而提高了学生的学习兴趣。
  传统的局部解剖学教学,由于人体各部位结构层次不一、形态多样、毗邻关系复杂等特点,教师要占用大量的课上时间来灌输课本内容。但是,学生很难仅凭文字内容、插图在头脑中建立系统性的人体结构框架,授课达不到预期的效果。采用“数字人虚拟学习软件”辅助教学,学生可以通过软件对照课本内容学习,尤其是与局解相关的层次解剖,学生在点击不同层的时候,看的非常清楚,而且可以不断重复。在做到器官解剖的时候,可以利用软件里边断层解剖的内容,在某一层面上观察各器官之间的位置毗邻关系,为实地解剖人体,提供了非常好的课前指导。
   大多数医学院校中医学专业的学生只是学习系统解剖学,很少再学习局部解剖学,但中医学专业学生涉及到针灸的课程,针灸学跟人体解剖学关系较为密切。“数字人虚拟学习软件”应用于针灸等中医相关的学科,这是比较有创新性的。针灸讲究针刺和推拿的幅度、力度、方向;合理调整患者体位,有效暴露治疗位置;规范技巧动作,提高手法柔和度等。充分把握这些调治操作要点是保证治疗效果的前提,其关键在于对相应人体解剖结构和生物力学特点的掌握[5]。
  传统的解剖实验教学过程中,中医学专业的学生很少有突出本专业特点的学习,针灸部位要注意周边的血管、神经和重要脏器之类,针灸的深度对应的人体的层次,针灸的角度、方向也涉及人体器官之间的位置毗邻。“数字人虚拟学习软件”给中医学学生提供了极大方便,学生选择针灸的部位,通过软件能够清晰观察到此部血管、神经走行特点和骨骼肌的配布情况,这样可以保证针灸的安全性,学生在选择针灸深度的时候,可以观察针刺部位的层次,由浅入深地对针刺部结构进行观察,并可旋转至任意角度;如果还是看不清楚,那么进入断层解剖学板块,学生对照数字人断面标本,从水平位、矢状位和冠状位对针刺部位观察,看重要脏器周围的器官毗邻,一目了然。如果感觉虚拟有些内容还是不清楚,学生还可以在“数字人”教学系统中随时调阅操作视频,再去对照软件的内容学习,使理论回归到實践。
  (五)利用好虚拟现实技术
  虚拟现实技术在应用过程中显示出诸多优点,虚拟现实技术可以弥补传统人体解剖学课程的不足之处,能更好的指导人体解剖学实践学习,学生能更深入的学习专业课程。我们用虚拟技术去观察标本中不好展示的内容,细微的内容。虚拟技术的剥离层次,解剖虚拟仿真平台只能接近真实标本,但仍无法完全取代尸体解剖。与传统实际操作之间仍存在一定差异,虚拟实验的过程仍然是虚拟的,学生不能过度依赖虚拟仿真系统,即使软件用的再好,在实践操作中碰到各种各样的情况,是需要学生们自己去分析的,在虚拟仿真系统里找不到答案,学生会有不踏实的感觉,该系统只能作为解剖学实验教学的辅助手段,不能替代传统实验教学。我们必须回归标本的实践学习,利用虚拟学习方式的优势促进观察标本的实践学习,而不是完全替代标本学习,比如有的虚拟仿真解剖,不是非常的细致,有种模式化,不能替代实际操作中遇到的很多的变化,软件里带的操作视频弥补了这一问题,但也只是针对操作一个人的解剖操作,内容有些少,这样需要学生在操作的时候,自己去采集更多的操作视频,补充教学视频。虚拟平台做的再完美,最终还是得联系实际,软件多媒体技术再好,也是为了应用,要回归到解剖学的实践学习,做到学以致用。虚拟仿真技术应用于解剖实验教学中存在一些弊端,但是其仍然不失为传统人体解剖学实验教学的一种非常有益的补充,给传统实验教学开辟了新途径、新方法和新方式。
  参考文献:
  [1]井学超,郭忠信,薛昌强,等.“互联网+”背景下人体解剖学教学改革的探讨[J]卫生职业教育,2018,36(12):50-51.
  [2]中华人民共和国教育部.教育信息化十年发展规划(2011-2020年)[Z].2012.
  [3]陈丹.浅析虚拟仿真技术在人体解剖实验教学中的应用[J].解剖学研究,2018,40(3):227-229.
  [4]刘明星,韦正友.医学院校解剖实验室内空气中甲醛的测定及防护措施[J].蚌埠医学院学报,2010,35(6):617-618,621.
  [5]陈壮,丘继哲,李媛彬,等.“数字人”在针推专业解剖实验教学中的运用探讨[J].高等教育,2018,10:178-179.
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