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虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在人體解剖學(xué)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)與適用情況分析

2019-09-10 07:22閆旭升方欣宋嵬崔成立楊占君賈建新
高教學(xué)刊 2019年11期
關(guān)鍵詞:人體解剖學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教學(xué)

閆旭升 方欣 宋嵬 崔成立 楊占君 賈建新

摘 ?要:人體解剖學(xué)是一門醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課程,隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)解剖學(xué)課程面臨新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下,利用信息技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等教學(xué)模式和方法,應(yīng)用于人體解剖學(xué),為人體解剖學(xué)教學(xué)改革提供了更廣闊的空間。

關(guān)鍵詞:人體解剖學(xué);虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);教學(xué)

中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):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、人體解剖學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué),主要是通過(guò)觀察尸體標(biāo)本來(lái)獲得結(jié)論,但是標(biāo)本氣味的刺激性很大,學(xué)生都知道甲醛的危害,一般較難接受,有抵觸情緒,能主動(dòng)動(dòng)手去觀察標(biāo)本的學(xué)生越來(lái)越少。加之近些年高校擴(kuò)招,尸體標(biāo)本補(bǔ)充有限,導(dǎo)致尸體標(biāo)本更加短缺。傳統(tǒng)的人體解剖學(xué)教學(xué)在很多方面顯示出其局限性,這樣的現(xiàn)狀勢(shì)必會(huì)對(duì)人體解剖學(xué)教學(xué)效果有所影響。而人體解剖學(xué)課程是醫(yī)學(xué)專業(yè)課程重要的基礎(chǔ)課程,會(huì)影響到醫(yī)學(xué)專業(yè)人才的培養(yǎng)。為了改變這種現(xiàn)狀,人體解剖學(xué)專業(yè)教師在不斷探索人體解剖學(xué)教學(xué)模式的改革,而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn),為人體解剖學(xué)教學(xué)提供了良好的契機(jī),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與傳統(tǒng)人體解剖學(xué)相結(jié)合,優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),相得益彰。

傳統(tǒng)的人體解剖學(xué)授課模式要適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。2015年第十二屆全國(guó)人民代表大會(huì)第三次會(huì)議上,李克強(qiáng)總理首次提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”的行動(dòng)計(jì)劃。“互聯(lián)網(wǎng)+”的基本內(nèi)涵是“互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)相加”,但這并不是簡(jiǎn)單的“1+1”,而是利用現(xiàn)代信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),使互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)的行業(yè)深度融合,產(chǎn)生新的發(fā)展。而“互聯(lián)網(wǎng)+教育”即利用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),與傳統(tǒng)教育融合互補(bǔ),彌補(bǔ)傳統(tǒng)教育的不足,使傳統(tǒng)教育煥發(fā)出新的活力。也就是從這一年開始,虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室如星羅密布般出現(xiàn)在了各大高校之中[1]。教育部提出要利用先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù),推動(dòng)信息技術(shù)與高等教育深度融合,創(chuàng)新人才培養(yǎng)、科研組織和社會(huì)服務(wù)模式,促進(jìn)教育質(zhì)量全面提高[2]。

虛擬仿真(virtual reality),也稱為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或模擬技術(shù),就是用一個(gè)虛擬的系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)逼真的虛擬環(huán)境,可被視、聽(tīng)、觸等多種感覺(jué)所感知,并通過(guò)多種交互設(shè)備與虛擬環(huán)境中的實(shí)體發(fā)生相互作用,從而產(chǎn)生身臨其境的交互式視景仿真和信息交流,進(jìn)而說(shuō)明這是一種先進(jìn)的數(shù)字化人機(jī)接口技術(shù)。目前虛擬仿真技術(shù)不斷應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域,其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也不斷受到關(guān)注,尤其在人體解剖實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面更為突出[3]。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行人體解剖學(xué)教學(xué)已經(jīng)成為一種趨勢(shì),可為師生提供一個(gè)直觀、形象、高度仿真、可重復(fù)操作的學(xué)習(xí)環(huán)境,豐富了解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)模式。

二、材料與方法

(一)研究對(duì)象與方法

隨機(jī)選取2017級(jí)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)4個(gè)班為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,2班為對(duì)照組,采用傳統(tǒng)授課方式,2班為數(shù)字人實(shí)驗(yàn)組,教學(xué)用到數(shù)字人軟件,4個(gè)班均為同年全國(guó)統(tǒng)一高考錄取的考生。研究對(duì)象在年齡、性別、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)成績(jī)方面無(wú)明顯差異。

(二)實(shí)施方法

傳統(tǒng)教學(xué)班,由授課老師根據(jù)教學(xué)大綱要求掌握的人體解剖學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)及見(jiàn)習(xí)重點(diǎn)展開教學(xué)。授課教師教學(xué)方法是講授法,利用多媒體課件、掛圖及板書等方法為學(xué)生講授理論知識(shí),學(xué)生主要通過(guò)教材,結(jié)合教師的講解獲取信息。理論課后的實(shí)驗(yàn)課,教師通過(guò)人體標(biāo)本演示課程所涉及的內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)班,首先進(jìn)行傳統(tǒng)教學(xué),在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上,講解并演示如何使用數(shù)字人軟件虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行解剖重建,在課前把“數(shù)字人虛擬學(xué)習(xí)軟件”介紹給學(xué)生,讓學(xué)生先預(yù)習(xí),課上針對(duì)預(yù)習(xí)問(wèn)題結(jié)合軟件教學(xué),課后用軟件指導(dǎo)解剖學(xué)實(shí)踐。

(三)形成性評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)班的平時(shí)成績(jī),在各個(gè)階段給予打分,比如根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)情況的打分,學(xué)生在使用軟件的時(shí)候遇到問(wèn)題與教師進(jìn)行交流,對(duì)軟件使用的熟練程度,軟件使用與專業(yè)課程結(jié)合的情況,用軟件能否很好的指導(dǎo)解剖學(xué)實(shí)踐,對(duì)教師發(fā)出的問(wèn)卷的回復(fù)。

(四)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS15.0軟件進(jìn)行分析,計(jì)量資料以x±s表示,兩樣本均數(shù)比較用t 檢驗(yàn),P<0.05 視為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

(五)結(jié)果(見(jiàn)表1)

三、討論

(一)對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行改造,為師生創(chuàng)造舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境

傳統(tǒng)的人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)都是用尸體直接進(jìn)行演示,大多醫(yī)學(xué)院校所使用的尸體都用甲醛進(jìn)行防腐處理,甲醛被WHO確認(rèn)為對(duì)人體有毒害、致癌、致畸形的化學(xué)物質(zhì)[4],為了改變這種狀況,我們與山東易創(chuàng)公司合作,對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了改造,建成了數(shù)字人實(shí)驗(yàn)室,實(shí)驗(yàn)室在通風(fēng)、照明、噪聲、室內(nèi)裝修、降低甲醛濃度、溫度等方面進(jìn)行改造,實(shí)驗(yàn)室環(huán)境大為改善,給師生們創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。數(shù)字人虛擬解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)室,配備了數(shù)字人虛擬學(xué)習(xí)軟件,軟件很好的實(shí)現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),數(shù)字人軟件內(nèi)容豐富,內(nèi)配插圖,動(dòng)畫,視頻,習(xí)題等,可以讓學(xué)生反復(fù)觀看實(shí)驗(yàn)過(guò)程,易于上手,模擬實(shí)驗(yàn)操作,彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)標(biāo)本不足、尸體解剖難以重復(fù)演示等問(wèn)題,減少傳統(tǒng)解剖學(xué)教學(xué)的成本,極大的提高了學(xué)習(xí)效率。

(二)提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力

在信息化時(shí)代,學(xué)生獲取知識(shí)途徑多元化的背景下,大學(xué)授課應(yīng)改變?cè)幸灾R(shí)傳授型為主的教學(xué)模式,倡導(dǎo)以學(xué)生為中心,進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力的教學(xué)模式已刻不容緩。傳統(tǒng)的人體解剖學(xué)教學(xué),大多是以圖片或者標(biāo)本形式展現(xiàn)在學(xué)生面前,但是圖片無(wú)法生動(dòng)地展現(xiàn)器官立體的結(jié)構(gòu),學(xué)生因此無(wú)法全面掌握人體形態(tài)。而“數(shù)字人虛擬學(xué)習(xí)軟件”將三維動(dòng)畫、動(dòng)態(tài)圖片和音頻等素材集結(jié)在一起,建立了一個(gè)交互平臺(tái),為學(xué)生營(yíng)造了圖文并茂的學(xué)習(xí)環(huán)境,學(xué)生可以在電腦上動(dòng)手,從不同角度,不同方位旋轉(zhuǎn)人體來(lái)觀察人體,比如顱骨可以手動(dòng)分離,傳統(tǒng)教學(xué)根本達(dá)不到這樣的效果;這樣讓人體解剖教學(xué)變得生動(dòng)有趣,學(xué)生的感知能力也被激發(fā)出來(lái),對(duì)人體形態(tài)有了更深的認(rèn)識(shí)。學(xué)生還可以運(yùn)用軟件完成預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí),通過(guò)做課后練習(xí)題檢測(cè)自己的成果。這個(gè)軟件有很強(qiáng)的督促作用,學(xué)生必須扎實(shí)課本基礎(chǔ)知識(shí),才能很好的應(yīng)用軟件,從而實(shí)現(xiàn)最佳的學(xué)習(xí)效果。但是學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的認(rèn)識(shí)廣度及深度遠(yuǎn)不及專業(yè)教師,所以數(shù)字人軟件的使用,學(xué)生僅僅停留在淺層,如果要深入學(xué)習(xí),還是要專業(yè)課教師帶領(lǐng)學(xué)習(xí)。

(三)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)解剖學(xué)教學(xué)系統(tǒng)

“數(shù)字人虛擬學(xué)習(xí)軟件”是在現(xiàn)代多媒體技術(shù)廣泛應(yīng)用之一,人體解剖學(xué)教學(xué)可以結(jié)合多媒體、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)改變一下教學(xué)形式,將“數(shù)字人學(xué)習(xí)軟件”中的等鏈接分享給學(xué)生,讓學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自主學(xué)習(xí),構(gòu)建出數(shù)字化人體解剖學(xué)教學(xué)系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在不同專業(yè)課程的應(yīng)用,便于不同專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí),學(xué)生在學(xué)習(xí)中,還可以利用軟件數(shù)據(jù)庫(kù)里的資料進(jìn)行回顧復(fù)習(xí),調(diào)取自己所需的資料。

網(wǎng)絡(luò)解剖學(xué)教學(xué)系統(tǒng)有了“數(shù)字人虛擬學(xué)習(xí)軟件”,給學(xué)生提供了更大的學(xué)習(xí)空間。但是傳統(tǒng)的授課方式不能被完全代替,教師的授課要嚴(yán)格執(zhí)行教學(xué)大綱,教學(xué)大綱是教師們多年形成的積淀,有其傳承性,保證了教學(xué)的系統(tǒng)性,我們可以把兩者的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合,摒除兩者的缺點(diǎn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與傳統(tǒng)授課的結(jié)合。課前給學(xué)生留預(yù)習(xí)作業(yè),讓學(xué)生們把課本內(nèi)容對(duì)照網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)學(xué)習(xí),去查閱資料,把不會(huì)的內(nèi)容整理成預(yù)習(xí)作業(yè),教師再整理學(xué)生作業(yè)。課上,講授法傳授大綱要求的教學(xué)內(nèi)容,并且把預(yù)習(xí)作業(yè)的內(nèi)容融入到課上,剩下的時(shí)間學(xué)生可以分組討論交作業(yè),學(xué)生在預(yù)習(xí)的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)“數(shù)字人虛擬學(xué)習(xí)軟件”系統(tǒng),更新慢,也會(huì)有欠缺的東西,他們可以從網(wǎng)上等渠道收集一些文檔,圖片,動(dòng)畫,視頻來(lái)豐富網(wǎng)絡(luò)課程,比如在解剖尸體的時(shí)候發(fā)現(xiàn)的一些變異情況,還有醫(yī)院影像科見(jiàn)到的一些人體變異的情況,都對(duì)教學(xué)有質(zhì)的提升。本實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)班的期末成績(jī)高于傳統(tǒng)教學(xué)班,說(shuō)明虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)大多學(xué)生還是樂(lè)于嘗試的,并且有好的成績(jī),但是兩班的成績(jī)相差不是很大,學(xué)生們?cè)诮邮苄录夹g(shù)方面有待提高,學(xué)習(xí)的深度還不夠,需要在今后的教學(xué)改革中繼續(xù)探索。

(四)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)課堂便于多學(xué)科交叉綜合利用

“數(shù)字人虛擬學(xué)習(xí)軟件”教學(xué)系統(tǒng)分為系統(tǒng)解剖學(xué)、局部解剖學(xué)、斷層解剖學(xué)、解剖學(xué)微課和自主學(xué)習(xí)五個(gè)板塊,可滿足不同專業(yè)、不同層次醫(yī)學(xué)生對(duì)人體結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)的需要。初學(xué)人體解剖學(xué)的學(xué)生來(lái)說(shuō),他們可以應(yīng)用數(shù)字人軟件里邊的系統(tǒng)解剖學(xué)模塊,系統(tǒng)解剖學(xué)里面的每個(gè)系統(tǒng)的演示相對(duì)簡(jiǎn)單,系統(tǒng)里各部器官插圖聲形兼?zhèn)?、圖文并茂,這樣的設(shè)計(jì)使教學(xué)過(guò)程變得更加生動(dòng)形象,對(duì)于新生來(lái)說(shuō),他們更喜歡這樣能動(dòng)手操作的軟件,軟件里邊三維動(dòng)畫演示功能,使抽象的理論形象化,復(fù)雜知識(shí)的易于接受,便于記憶。該軟件用于輔助課堂教學(xué),增強(qiáng)了教學(xué)的直觀性,形象性,趣味性,從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

傳統(tǒng)的局部解剖學(xué)教學(xué),由于人體各部位結(jié)構(gòu)層次不一、形態(tài)多樣、毗鄰關(guān)系復(fù)雜等特點(diǎn),教師要占用大量的課上時(shí)間來(lái)灌輸課本內(nèi)容。但是,學(xué)生很難僅憑文字內(nèi)容、插圖在頭腦中建立系統(tǒng)性的人體結(jié)構(gòu)框架,授課達(dá)不到預(yù)期的效果。采用“數(shù)字人虛擬學(xué)習(xí)軟件”輔助教學(xué),學(xué)生可以通過(guò)軟件對(duì)照課本內(nèi)容學(xué)習(xí),尤其是與局解相關(guān)的層次解剖,學(xué)生在點(diǎn)擊不同層的時(shí)候,看的非常清楚,而且可以不斷重復(fù)。在做到器官解剖的時(shí)候,可以利用軟件里邊斷層解剖的內(nèi)容,在某一層面上觀察各器官之間的位置毗鄰關(guān)系,為實(shí)地解剖人體,提供了非常好的課前指導(dǎo)。

大多數(shù)醫(yī)學(xué)院校中醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生只是學(xué)習(xí)系統(tǒng)解剖學(xué),很少再學(xué)習(xí)局部解剖學(xué),但中醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生涉及到針灸的課程,針灸學(xué)跟人體解剖學(xué)關(guān)系較為密切。“數(shù)字人虛擬學(xué)習(xí)軟件”應(yīng)用于針灸等中醫(yī)相關(guān)的學(xué)科,這是比較有創(chuàng)新性的。針灸講究針刺和推拿的幅度、力度、方向;合理調(diào)整患者體位,有效暴露治療位置;規(guī)范技巧動(dòng)作,提高手法柔和度等。充分把握這些調(diào)治操作要點(diǎn)是保證治療效果的前提,其關(guān)鍵在于對(duì)相應(yīng)人體解剖結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)特點(diǎn)的掌握[5]。

傳統(tǒng)的解剖實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,中醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生很少有突出本專業(yè)特點(diǎn)的學(xué)習(xí),針灸部位要注意周邊的血管、神經(jīng)和重要臟器之類,針灸的深度對(duì)應(yīng)的人體的層次,針灸的角度、方向也涉及人體器官之間的位置毗鄰?!皵?shù)字人虛擬學(xué)習(xí)軟件”給中醫(yī)學(xué)學(xué)生提供了極大方便,學(xué)生選擇針灸的部位,通過(guò)軟件能夠清晰觀察到此部血管、神經(jīng)走行特點(diǎn)和骨骼肌的配布情況,這樣可以保證針灸的安全性,學(xué)生在選擇針灸深度的時(shí)候,可以觀察針刺部位的層次,由淺入深地對(duì)針刺部結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察,并可旋轉(zhuǎn)至任意角度;如果還是看不清楚,那么進(jìn)入斷層解剖學(xué)板塊,學(xué)生對(duì)照數(shù)字人斷面標(biāo)本,從水平位、矢狀位和冠狀位對(duì)針刺部位觀察,看重要臟器周圍的器官毗鄰,一目了然。如果感覺(jué)虛擬有些內(nèi)容還是不清楚,學(xué)生還可以在“數(shù)字人”教學(xué)系統(tǒng)中隨時(shí)調(diào)閱操作視頻,再去對(duì)照軟件的內(nèi)容學(xué)習(xí),使理論回歸到實(shí)踐。

(五)利用好虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中顯示出諸多優(yōu)點(diǎn),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)人體解剖學(xué)課程的不足之處,能更好的指導(dǎo)人體解剖學(xué)實(shí)踐學(xué)習(xí),學(xué)生能更深入的學(xué)習(xí)專業(yè)課程。我們用虛擬技術(shù)去觀察標(biāo)本中不好展示的內(nèi)容,細(xì)微的內(nèi)容。虛擬技術(shù)的剝離層次,解剖虛擬仿真平臺(tái)只能接近真實(shí)標(biāo)本,但仍無(wú)法完全取代尸體解剖。與傳統(tǒng)實(shí)際操作之間仍存在一定差異,虛擬實(shí)驗(yàn)的過(guò)程仍然是虛擬的,學(xué)生不能過(guò)度依賴虛擬仿真系統(tǒng),即使軟件用的再好,在實(shí)踐操作中碰到各種各樣的情況,是需要學(xué)生們自己去分析的,在虛擬仿真系統(tǒng)里找不到答案,學(xué)生會(huì)有不踏實(shí)的感覺(jué),該系統(tǒng)只能作為解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的輔助手段,不能替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。我們必須回歸標(biāo)本的實(shí)踐學(xué)習(xí),利用虛擬學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢(shì)促進(jìn)觀察標(biāo)本的實(shí)踐學(xué)習(xí),而不是完全替代標(biāo)本學(xué)習(xí),比如有的虛擬仿真解剖,不是非常的細(xì)致,有種模式化,不能替代實(shí)際操作中遇到的很多的變化,軟件里帶的操作視頻彌補(bǔ)了這一問(wèn)題,但也只是針對(duì)操作一個(gè)人的解剖操作,內(nèi)容有些少,這樣需要學(xué)生在操作的時(shí)候,自己去采集更多的操作視頻,補(bǔ)充教學(xué)視頻。虛擬平臺(tái)做的再完美,最終還是得聯(lián)系實(shí)際,軟件多媒體技術(shù)再好,也是為了應(yīng)用,要回歸到解剖學(xué)的實(shí)踐學(xué)習(xí),做到學(xué)以致用。虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于解剖實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在一些弊端,但是其仍然不失為傳統(tǒng)人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種非常有益的補(bǔ)充,給傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)開辟了新途徑、新方法和新方式。

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