解剖学的数字化教学方法研究

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摘要：解剖学是一门医学生必修科目。分析其传统教学中存在的问题，以及实验教学用具的不足，利用计算机技术建立解剖学的数字化教学环境，将数字化教学和传统教学相结合，改善教学条件，使医学生能够实时、多维、交互地学习解剖学知识，锻炼技能。

关键词：解剖学 ； 数字化 ； 教学系统； 教学方法

中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：2095-2163（2015）05-

The Innovation on Digital Teaching Method of Anatomy

HU Hengwu LI Songtao

（School of Information Engineering， Guangdong Medical college ， Dongguan Guangdong 523808 ， China）

Abstract： Anatomy is a compulsory course for medical students. According to the analysis of the existing problems in traditional teaching and the shortage of experimental teaching equipment， the paper establishes an digital teaching environment of anatomy by computer technology， which could provide for students the experiments real-timely， multi-dimensionally and interactively through the combination of digital teaching and traditional teaching method. The given fruits could easily train the skills.

Keywords：Anatomy ； Digitalization ； Teaching System ； Teaching Method

0 引言

随着计算机技术的广泛应用，以计算机技术为支撑的数字智能控制已经渗透到现代医疗的各个领域，发展成为新的数字医疗，促使医疗技术向专业化、精准化、微创化和远程化方面快速发展[1-2]，导致传统教学模式与数字医疗现实脱节，在校医学生与当前应用实际脱轨。基于此，如何在实物标本不足[3]的情况下，通过探索其他途径和方法来改善传统教学模式，满足医学院校培养医学生的相应需求，即已成为时下的焦点研究课题。为此，采用数字化技术对解剖学的传统教学方式进行改革，也就是通过数字化教学为学生提供实时、交互、多维的解剖学学习环境，医学生不再受任何时间、地点所限地开展学习和实践训练，这就势将使得解剖学传统教学模式中的问题现状获得圆满解决，同时强势促进理想教学目标的全面达成。下面即对这一研究实现展开全面论述。

1 解剖学传统教学模式存在的问题

一直以来解剖学都是采用传统的教学方法，教学方法停留在“看”与“摸”的层面上。医学生往往是被动地接受专业老师的“填注式”[4]教学方式教授，即通过教师讲授和“看”教学模具的方式学习知识。由于教学进度安排所致，每个章节要指定学时来完成讲授，在这个过程中，讲课形式单一、学生参与度低，都是老师用教学模具实施讲解，学生只能努力“看”和“听”而未能将实践操作与理论密切联系，致使所讲内容对学生来说是抽象、晦涩又枯燥的文字堆叠。而在实践操作时却又由于理论讲授时有些内容本来疏于理解，或因即时记忆而涉及遗忘，因此就很难使“看”、“听”的与“摸”实物标本建立生动、统一联系，从而在一定程度上影响了教学实践效果。

随着多媒体技术在教学中的应用，解剖学也概莫能外，既可将多媒体技术用于理论教学，也可以用于实践操作教学。在整个教学周期中都可以进行多媒体标本示教，利用二维的画面直观展示出组织器官解剖结构，同时附以传统的讲解。这一联合模式实现了优势互补，取长补短，从而提升了教与学的活跃性。但是，仍需看到，通过多媒体可将标本的组织器官结构真实、清晰地显示出来，教师再利用标本讲解，却只是丰富了“看”的内容，学生依然无法在讲解的同时进行实践操作，实现无缝连接，强化学生所学。另外一点则是采用实物标本进行实践教学，现阶段实物标本却仍处于紧缺状态，难以满足医学生的实践教学需求。

2 数字化实验室建设

针对解剖学传统教学中的如上情境问题，研究分析可知，即需利用数字化技术改进教学方法，建立一个解剖学的数字化教学环境。这样的一个数字化教学环境主要依托数字化实验室的出现和形成。数字化实验室创建包括用于理论教学的讲授环境、实践操作的训练环境及辅助管理环境，需要将已有的解剖实验室和计算机实验室改造成数字化综合实验室。通过购买大数据、高负载服务器处置学生计算机端发送的请求，并升级学生计算机，使其具有高性能运行速度、数据处理能力和专业级图形图像处理显卡等，由服务器和计算机构成离散的图形图像数据处理场地，为数字化教学提供硬件环境；数字人体[5]和仿真手术刀[6]已有高校和公司构建完成，在其基础上进一步开发有数字化教学系统软件，为数字化教学提供基础环境，同时更要在系统中设计教学管理工具对医学生操作训练进行管理，保证教学的效果；建立虚拟标本考核模块，依据教学进度安排虚拟标本考试，及时考察学生所学内容。

数字化教学系统如图1所示，包括数字人体、虚拟手术刀、三维重建系统、虚拟标本考核系统、教学管理工具五大部分和扩展功能。其中，数字人体包含了人体所有的组织器官结构，医学生可以全面地了解人体结构，在其上模拟人体生命循环，而且这一部分也是数字化教学系统的核心部件；虚拟手术刀由带力反馈装置的仿真手术刀和数字化的手术刀组成，用仿真手术刀控制数字手术刀进行组织器官解剖，产生碰撞、变形等数据信息，其后将由三维重建系统进行重建、并获得解剖结果；三维重建系统主要采用绘制算法对虚拟手术刀产生的碰撞、变形等数据信息进行三维重建，也可以对医疗设备产生的图形图像数据进行立体重建，旨在实现多维度、多层次观察；虚拟标本考核系统主要通过三维重建系统生成虚拟标本，用虚拟手术刀进行实践操作，为医学生提供训练和考核所用；教学管理工具主要是对教学进度、解剖训练、阶段考核、教学资源、数字化实验室开放情况等执行和实施管理。综上所述，整个系统的核心是数字人体、虚拟手术刀和三维重建，可为医学生构建了数字化、可视化的解剖标本，而医学生则可以充分利用系统达到学习解剖课程和锻炼技能的目的。

系统软件在Windows操作环境下采用C#、OpenGL、 VTK和Openhaptic开发实现，并为使用者设计了B/S模式的用户界面，使其与日常用计算机习惯相一致。该系统软件界面是标准式的菜单操作选项，一般包括“文件”、“数字人体”、“虚拟手术刀”、“三维重建”、“教学管理工具”、“扩展”和“帮助”等。

3 数字化教学模式

在此基础上，首先可以通过数字化教学环境改善传统教学模式。传统教学一般包括教学用具、多媒体、实物标本等，用“看”、“听”和“摸”的手段教授解剖学知识。但教学用具、实物标本和多媒体展现的都是单独、分立的，不能揭示人体的多维层次结构，另外也没有充分的实物标本来保障实践操作训练，理论指导对技能训练仍未臻至一体或满意。数字化教学系统可以建立实时、交互、多维的数字人或虚拟标本，医学生可以反复观察人体结构及其解剖关系，并通过仿真手术刀对感兴趣的组织器官进行解剖。这就突破了传统教学条件的限制，完成了理论知识与实践操作的实时连接，强化了知识理解程度，使难学、难懂的科目也充满了系列美图，充分调动了学生的学习乐趣。

其次，将数字化实验室和数字化教学系统开放。医学生可以自由选择时间到数字化实验室，又或者通过个人计算机登录WEB进入数字化教学系统进行自主学习，医学生还可通过管理工具中的微信、QQ语音、留言、电子邮件等多种方式给老师发送信息，老师通过教师端回复问题，方便了学生与老师沟通。用上述方式达到了以学生为中心的教学目标，学生成了教学的核心，所有教学资源都是学生以其学习目的为轴心发生的特征选择性配置，这样就为学生提供一个广阔、自主的学习空间。

最后，依据教学进度通过虚拟标本考核系统安排标本考试。标本考试是检验学生学习成效的主要手段。由于实物标本的紧缺，缩减标本考核内容，严重阻碍了教学的推进。在数字化教学系统中，医学生可以反复使用数字人体或三维重建的组织器官，也可以反复使用虚拟手术刀解剖，进而依据需求安排虚拟标本考核，及时考核学生所学知识，使学生的学习更加有目的性和针对性。

4 结束语

数字化教学改善了传统解剖教学，紧跟当前医疗节奏，缓解实验教学用具的紧缺，用多样的数字化的教学方法拉近与解剖学的距离，促进教学手段的改革，提高医学院校的教学质量、教学效果，尤其是对提高医学生的实践操作能力具有深远意义。

参考文献

[1] 唐 雷，刘 谦，钟世镇.数字解剖学额-数字医学的基础[J].科学（上海），2009，61（2）：27-31.

[2] 黎健伟. 数字化组织瓣的虚拟解剖学测量及其临床初步应用[D].广州：南方医科大学，2009.

[3] 司道文，张廷才，张宇新，人体解剖学实验教学模式改革的探索与实践[J]. 中国现代医学杂志，2009，9（19）：1426-1427.

[4] 杨卫生，人体解剖学教学方法改革初探[J]. 中国医药导报，2010，28（7）：115-116.

[5] 毕思文， 汪湘，罗述谦，数字人体（人体系统数字学）的概念、框架、内涵和应用[A]. 第九届全国医药信息学大会CMIA'02论文集[C]. 北京： 中国电子学会， 2002.

[6] 付玉锦，原 魁，杜清秀，基于手术刀的虚拟外科手术系统仿真器[J]. 计算机工程与应用，2005，19（2）：97-100.