解剖學(xué)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)與展望

陳曉佳，郭金華，李林科，崔曉軍

（廣東醫(yī)科大學(xué)東莞校區(qū)，廣東 東莞 523808）

（*通訊作者：崔曉軍）■

以網(wǎng)絡(luò)化的虛擬仿真技術(shù)為基礎(chǔ)的教學(xué)方式逐漸成為世界教學(xué)發(fā)展的一種趨勢(shì)，從2012年起，以美國(guó)斯坦福大學(xué)和哈佛大學(xué)為代表的一批知名高校構(gòu)建了MOOC形式的網(wǎng)上教學(xué)形式，2013年8月13日，教育部高教司發(fā)文在全國(guó)構(gòu)建國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，從國(guó)家政策上給予網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實(shí)驗(yàn)仿真技術(shù)發(fā)展提供支持。在此背景下，結(jié)合本學(xué)科特點(diǎn)，我們探索構(gòu)建以網(wǎng)絡(luò)為紐帶，以解剖學(xué)虛擬仿真教學(xué)資源為內(nèi)涵，以方便學(xué)生學(xué)習(xí)人體解剖學(xué)為宗旨的解剖學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。

1 解剖學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)的必要性

學(xué)好解剖學(xué)對(duì)學(xué)生乃至臨床醫(yī)生都非常重要。隨著醫(yī)學(xué)院校擴(kuò)招，目前標(biāo)本資源比較稀缺，在醫(yī)學(xué)教育上，很難做到每名學(xué)生都有機(jī)會(huì)自己解剖一具標(biāo)本，特別是神經(jīng)系統(tǒng)方面的標(biāo)本，制作難度大，標(biāo)本很容易受到破壞。另外，大體標(biāo)本需要特殊的保存環(huán)境和場(chǎng)地要求，限制了學(xué)生自主學(xué)習(xí)。通過(guò)虛擬仿真資源，可以很好地解決以上問(wèn)題。

以虛擬仿真“數(shù)字人”代替?zhèn)鹘y(tǒng)尸體標(biāo)本，可以實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、全方位地觀察解剖結(jié)構(gòu)的三維形態(tài)及其空間毗鄰關(guān)系；可以無(wú)損、無(wú)限次使用，節(jié)約尸體和標(biāo)本，降低教學(xué)成本；可以不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制；具有較強(qiáng)的新穎性和趣味性，更能增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)解剖學(xué)的興趣；可對(duì)數(shù)字模型、知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行任意組合，滿足系統(tǒng)解剖、局部解剖、斷層影像解剖的教學(xué)需求；依托網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，學(xué)生可在宿舍訪問(wèn)虛擬仿真資源，消除了學(xué)生學(xué)習(xí)解剖學(xué)的時(shí)間和空間限制。同時(shí)，學(xué)生在進(jìn)行實(shí)際解剖操作之前，在虛擬解剖軟件上進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)進(jìn)行實(shí)體解剖操作時(shí)，學(xué)生將更有目的性[1]。

2 解剖學(xué)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)資源

2.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室

2.1.1 軟件資源 我們引進(jìn)山東易創(chuàng)數(shù)字人電子科技公司開(kāi)發(fā)的“數(shù)字人解剖系統(tǒng)”，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)與虛擬的對(duì)比結(jié)合，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)和記錄，可實(shí)現(xiàn)對(duì)三維模型任意角度拖動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、平移、縮放、透明度調(diào)節(jié)、結(jié)構(gòu)隱藏、顯示、分離及著色，能夠?qū)崿F(xiàn)仰視、俯視等觀察效果，各結(jié)構(gòu)都有中英文名稱及功能解釋。人體斷層瀏覽（可通過(guò)拖動(dòng)橫、矢、冠3個(gè)方向的虛擬切面對(duì)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）可供醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)使用。該軟件包含人體九大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，可顯示五千多個(gè)解剖結(jié)構(gòu)的三維形態(tài)。

軟件主界面分系統(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)5個(gè)模塊。其中斷層解剖學(xué)模塊是目前國(guó)內(nèi)最清晰且提供CT影像、真實(shí)斷層圖片及全身輔助定位的軟件，使初學(xué)者能夠在學(xué)習(xí)斷層解剖的同時(shí)可以快速定位；解剖學(xué)微課模塊提供了大量的真實(shí)標(biāo)本局部解剖視頻，可供學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課前預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí)[2]。

易創(chuàng)“數(shù)字人解剖系統(tǒng)”軟件只能在電腦使用，目前尚未研發(fā)移動(dòng)版，為了方便學(xué)生在教室和宿舍使用解剖虛擬仿真教學(xué)資源，我們又引進(jìn)上海橋媒信息科技有限公司開(kāi)放的專業(yè)版“3D Body”人體虛擬解剖軟件，該軟件較目前手機(jī)應(yīng)用市場(chǎng)的免費(fèi)“3D Body”軟件更加細(xì)致和全面。軟件開(kāi)發(fā)了移動(dòng)版本App，學(xué)生可在手機(jī)、平板電腦上使用。

易創(chuàng)“數(shù)字人解剖系統(tǒng)”軟件和上海橋媒信息科技有限公司“3D Body”人體虛擬解剖軟件相輔相成，使學(xué)生能夠隨時(shí)隨地地使用虛擬解剖教學(xué)資源。

2.1.2 硬件建設(shè) 在系統(tǒng)解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)上進(jìn)行改造和裝修，建設(shè)解剖學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。根據(jù)易創(chuàng)“數(shù)字人解剖系統(tǒng)”軟件運(yùn)行環(huán)境要求，購(gòu)置戴爾erEdgeR420服務(wù)器和聯(lián)想啟天M4360電腦作為學(xué)生端，電腦均為Windows7 64位操作系統(tǒng)，運(yùn)行內(nèi)存4G。在教師端電腦、服務(wù)器、學(xué)生端電腦間構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室局域網(wǎng)。

根據(jù)我校一校兩區(qū)的實(shí)際情況，解剖虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器通過(guò)專用光纖連接到學(xué)校中心機(jī)房，依托我校湛江、東莞兩個(gè)校區(qū)的1 000 M光纖骨干網(wǎng)，湛江、東莞校區(qū)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)1 000 M DWDM光纖鏈路聯(lián)接，綜合布線系統(tǒng)主要采用Avaya系列產(chǎn)品，全校兩區(qū)共安裝數(shù)字信息點(diǎn)約19 900點(diǎn)，模擬信息點(diǎn)約3 000點(diǎn)，可滿足兩個(gè)校區(qū)學(xué)生訪問(wèn)解剖學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器，同時(shí)，學(xué)校非直屬附屬醫(yī)院通過(guò)VPN專網(wǎng)接入校園網(wǎng)，訪問(wèn)解剖虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器中的虛擬仿真教學(xué)資源。

2.2 互動(dòng)解剖實(shí)驗(yàn)室

2.2.1 軟件資源 引進(jìn)易創(chuàng)“高清錄播解剖互動(dòng)系統(tǒng)”，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)解剖過(guò)程可全程錄像，系統(tǒng)采用全高清1 920×1 080分辨率的視頻采集、傳輸、存儲(chǔ)和編輯。通過(guò)互動(dòng)軟件完成各路高清視頻的直播、轉(zhuǎn)播及網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)播；系統(tǒng)可提供定位標(biāo)記，將實(shí)驗(yàn)室大體標(biāo)本結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)在理論課教室，在理論課前在系統(tǒng)上對(duì)實(shí)驗(yàn)室解剖臺(tái)上的標(biāo)本結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)記，在理論課教室通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)控制“高清錄播解剖互動(dòng)系統(tǒng)”硬盤攝像頭，可將預(yù)先標(biāo)記號(hào)的結(jié)構(gòu)展示出來(lái)，提高了教學(xué)效率。

2.2.2 硬件建設(shè) 購(gòu)置84寸數(shù)字人解剖系統(tǒng)教師端，內(nèi)置易創(chuàng)數(shù)字人解剖系統(tǒng)V3．5專業(yè)版，教師在授課過(guò)程中可以形象直觀地講解人體三維結(jié)構(gòu)，通過(guò)隨手畫的方式強(qiáng)調(diào)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，也可以進(jìn)行課件、圖片及視頻放映，既可用于虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)示教，又可用于教學(xué)標(biāo)本視頻采集展示?？缮到馄逝_(tái)、高清硬盤錄像機(jī)、平衡臂式無(wú)影燈等構(gòu)成了標(biāo)本影像采集單位，可實(shí)現(xiàn)標(biāo)本不同角度高清的影像采集。

2.3 省級(jí)精品資源共享課

解剖學(xué)虛擬仿真教學(xué)中心目前建設(shè)有系統(tǒng)解剖學(xué)和局部解剖學(xué)兩門廣東省精品資源共享課程。高速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代，讓優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享成為可能[3]。網(wǎng)站主要內(nèi)容有：教學(xué)視頻欄目，展示了系統(tǒng)解剖學(xué)、局部解剖學(xué)教學(xué)視頻，參與視頻錄制的教師均為本教研室教學(xué)骨干；精品圖片欄目，展示了本教研室教學(xué)過(guò)程中制作的經(jīng)典教學(xué)標(biāo)本采集的圖片，經(jīng)過(guò)幾十年的積累，圖片展示結(jié)構(gòu)幾乎涵蓋了教學(xué)大綱要求掌握的所有結(jié)構(gòu)；在線測(cè)試欄目，根據(jù)不同專業(yè)、不同層次的學(xué)生，我們研發(fā)了在線測(cè)試系統(tǒng)，學(xué)生可根據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)度自行在系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，了解自己對(duì)知識(shí)的把握程度。為迎合新時(shí)代“95后”學(xué)生獲取知識(shí)方式，我們?cè)谡n程網(wǎng)站的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了“移動(dòng)微課堂”，讓學(xué)生可以在手機(jī)上訪問(wèn)課程網(wǎng)站內(nèi)容，拓展了資源共享的方式。

2.4 新媒體資源

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和普及，新時(shí)代學(xué)生獲取知識(shí)的途徑已經(jīng)不再局限于課堂上教師的講授和自己課后查閱紙質(zhì)文獻(xiàn)資料。新媒體知識(shí)的碎片化傳播更能迎合新時(shí)代學(xué)生獲取知識(shí)的方式[4]。在此背景下，成立廣東醫(yī)科大學(xué)“李哲人體工作室”，通過(guò)微博、微信、網(wǎng)絡(luò)直播等新媒體主流形式，利用虛擬仿真軟件，制作人體解剖微課。目前“李哲教你學(xué)解剖”的微博粉絲達(dá)68萬(wàn)，微信公眾平臺(tái)18萬(wàn)，錄制的視頻1年有9 400萬(wàn)閱讀量?！袄钫苋梭w工作室”是目前國(guó)內(nèi)首屈一指的自媒體解剖學(xué)學(xué)習(xí)平臺(tái)，年閱讀量在1．8億。

3 問(wèn)題與對(duì)策

構(gòu)建解剖學(xué)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)網(wǎng)站，整合平臺(tái)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共享。然而，在建設(shè)和使用過(guò)程中，我們也碰到了不少問(wèn)題及技術(shù)瓶頸，經(jīng)過(guò)不斷摸索、總結(jié)、再實(shí)踐、創(chuàng)新，采取了一些對(duì)策。

3.1 虛擬仿真資源的選擇

平臺(tái)資源豐富，學(xué)生很難在較短的時(shí)間內(nèi)熟悉平臺(tái)資源，從而選擇適合自身需求的學(xué)習(xí)資料，給學(xué)生造成了選擇上的困難及時(shí)間浪費(fèi)。

針對(duì)以上情況，我們要求學(xué)生在使用解剖虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)之前，均需到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行培訓(xùn)，包括虛擬解剖軟件的使用方法、常用快捷鍵的介紹、虛擬解剖軟件每個(gè)常用鍵的功能等，目的是使學(xué)生盡快熟悉虛擬解剖軟件；對(duì)山東易創(chuàng)數(shù)字有限公司開(kāi)發(fā)的數(shù)字人和上海橋媒信息科技有限公司開(kāi)發(fā)虛擬解剖軟件3D Body兩個(gè)虛擬解剖軟件特色的介紹，使得學(xué)生在運(yùn)用虛擬解剖軟件學(xué)習(xí)的時(shí)候，能根據(jù)實(shí)際需要選用軟件。

3.2 構(gòu)建知識(shí)體系

在通過(guò)新媒體獲取知識(shí)的過(guò)程中，由于知識(shí)的碎片化，學(xué)生很難構(gòu)建系統(tǒng)的學(xué)科知識(shí)體系。學(xué)生過(guò)分依賴虛擬仿真軟件，導(dǎo)致學(xué)生動(dòng)手能力下降[5]。對(duì)此，我們通過(guò)在上課時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)，反復(fù)強(qiáng)調(diào)人體解剖學(xué)學(xué)習(xí)必須從整體出發(fā)，學(xué)習(xí)人體九大系統(tǒng)，再由淺入深，學(xué)習(xí)局部結(jié)構(gòu)，最終構(gòu)建局部結(jié)構(gòu)聯(lián)系整體功能的臨床解剖學(xué)知識(shí)體系，為以后學(xué)習(xí)臨床課程打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。為防止學(xué)生過(guò)多依賴虛擬仿真資源，而忽略實(shí)體標(biāo)本學(xué)習(xí)，我們堅(jiān)持在學(xué)期末進(jìn)行實(shí)體標(biāo)本考試，以考促學(xué)。

3.3 人才建設(shè)及資源推廣

一種新的教學(xué)方法的推廣，關(guān)鍵在于教師的認(rèn)可度。解剖虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)建成之初，有些教師不信任虛擬仿真教學(xué)資源，導(dǎo)致虛擬仿真教學(xué)資源功能沒(méi)有得到體現(xiàn)；有些教師過(guò)分依賴虛擬解剖，脫離實(shí)際解剖操作，導(dǎo)致學(xué)生動(dòng)手能力差；同時(shí)由于醫(yī)學(xué)院校教學(xué)人員均缺乏信息技術(shù)知識(shí)背景，導(dǎo)致平臺(tái)管理和維護(hù)長(zhǎng)期滯后。軟件開(kāi)發(fā)參與度底，雖然直接購(gòu)買商業(yè)公司開(kāi)發(fā)的軟件可以縮短虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)建設(shè)周期，但是軟件跟實(shí)際教學(xué)需求不匹配，甚至這些軟件有些結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)不夠清晰，結(jié)構(gòu)標(biāo)識(shí)錯(cuò)誤，導(dǎo)致教師對(duì)軟件的不信任，從而不愿意使用該軟件進(jìn)行教學(xué)。學(xué)生則會(huì)受到軟件的誤導(dǎo)，從而導(dǎo)致學(xué)生錯(cuò)誤地理解解剖結(jié)構(gòu)[6]。

針對(duì)上述問(wèn)題，我們發(fā)動(dòng)年輕教學(xué)骨干率先在教學(xué)中推廣使用，經(jīng)過(guò)一學(xué)期的推廣，教學(xué)平臺(tái)資源深受學(xué)生喜愛(ài)。2015年在我校東莞校區(qū)臨床醫(yī)學(xué)、口腔和法醫(yī)學(xué)專業(yè)341位學(xué)生關(guān)于虛擬解剖軟件在解剖學(xué)的學(xué)習(xí)中應(yīng)用的必要性、重要性、實(shí)效性等方面的調(diào)查問(wèn)卷中，80%的學(xué)生認(rèn)為，虛擬解剖軟件在解剖學(xué)的教學(xué)和自學(xué)中很有必要；有92%的學(xué)生認(rèn)為，通過(guò)虛擬解剖軟件的剝離功能和透視功能對(duì)數(shù)字人體實(shí)現(xiàn)各層次結(jié)構(gòu)的顯示，對(duì)建立局部的層次概念和各結(jié)構(gòu)的毗鄰關(guān)系起到很大的作用。

為增強(qiáng)資源的準(zhǔn)確性及實(shí)用性，我們?cè)谌粘＝虒W(xué)活動(dòng)中，收集學(xué)生和教師發(fā)現(xiàn)的虛擬仿真軟件錯(cuò)誤和反饋的意見(jiàn)，在學(xué)期末進(jìn)行匯總，及時(shí)反饋給軟件開(kāi)發(fā)公司。對(duì)發(fā)現(xiàn)軟件錯(cuò)誤的教師和學(xué)生進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，激發(fā)學(xué)生使用平臺(tái)資源的興趣。

3.4 資源共享瓶頸

目前本平臺(tái)資源共享范圍覆蓋了兩個(gè)校區(qū)及學(xué)校直屬和非直屬附屬醫(yī)院，極大地方便了在校生和附屬醫(yī)院臨床醫(yī)生對(duì)資源的使用，打破了學(xué)習(xí)解剖學(xué)的時(shí)間與空間限制。但因?yàn)樯婕熬W(wǎng)絡(luò)安全及患者隱私問(wèn)題，目前資源共享只能實(shí)現(xiàn)單向共享，即“學(xué)?！t(yī)院”模式，導(dǎo)致附屬醫(yī)院影像科豐富的醫(yī)學(xué)影像資料，如CT、MRI、DR等不能共享到學(xué)校[7]；平臺(tái)不能訪問(wèn)醫(yī)院手術(shù)室錄播系統(tǒng)等。

4 解剖學(xué)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)建設(shè)及展望

近幾年來(lái)，國(guó)家投入大量財(cái)政資金，支持全國(guó)各大高校建設(shè)了兩百多所虛擬仿真教學(xué)中心，利用解剖學(xué)虛擬仿真資源進(jìn)行教學(xué)輔助已成為未來(lái)解剖學(xué)教學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)，我們應(yīng)該順應(yīng)這種趨勢(shì)，本著“虛實(shí)結(jié)合、能實(shí)不虛、資源共享”的原則進(jìn)行實(shí)踐和建設(shè)。但是目前各虛擬仿真教學(xué)中心建設(shè)水平參差不齊，有些學(xué)校為了申報(bào)進(jìn)行資源拼湊，導(dǎo)致資源整合不合理，資源使用效果差；各個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)重復(fù)率高，例如在形態(tài)學(xué)方面，基本都是購(gòu)買主流公司產(chǎn)品，導(dǎo)致了財(cái)政資金的浪費(fèi)；虛擬仿真教學(xué)中心缺專業(yè)、專職技術(shù)人才，使得教學(xué)中心建成后缺乏維護(hù)及更新[8]。

因此，在注重建設(shè)虛擬仿真教學(xué)資源的同時(shí)，也應(yīng)該注重資源的共享和平臺(tái)管理人才的培養(yǎng)。在資源共享方面，不應(yīng)該只滿足于在校內(nèi)及附屬醫(yī)院之間的雙向共享，應(yīng)該與本地區(qū)所有相關(guān)高校建立起資源共享機(jī)制，建設(shè)區(qū)域性的學(xué)科虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)，避免資源建設(shè)重復(fù)；在平臺(tái)管理人才培養(yǎng)方面，應(yīng)該注重培養(yǎng)管理人員的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)能力，派遣管理人員進(jìn)修相關(guān)技術(shù)，并定期到軟件開(kāi)發(fā)公司進(jìn)行學(xué)習(xí)，保證平臺(tái)運(yùn)行的高效性和先進(jìn)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉瓊，張韋深，龍?zhí)斐?，等．?duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的再認(rèn)識(shí)---基于“第三屆高等學(xué)校國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)研討會(huì)暨虛擬仿真技術(shù)與教學(xué)資源建設(shè)論壇”[J]．中國(guó)醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2017（2）：162－165．

[2]吳毅，宋艷，方彬吉，等．基于中國(guó)數(shù)字化人體的虛擬解剖學(xué)系統(tǒng)的建立[J]．解剖學(xué)雜志，2017（1）：44－46．

[3]滕迪，張嵩，隋娜娜，等．基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)精品資源共享課網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)的探索與實(shí)踐[J]．中國(guó)繼續(xù)醫(yī)學(xué)教育，2016（8）：20－21．

[4]王蘭蘭，李瑤，肖倩．新媒體信息技術(shù)在我國(guó)醫(yī)學(xué)健康教育中的應(yīng)用趨勢(shì)分析[J]．護(hù)理研究：下旬版，2017（4）：1481－1484．

[5]周麗妲，王瀟偉．大學(xué)生碎片化思維引導(dǎo)與整合路徑探析[J]．山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2017（2）：93－96．

[6]沈雷，何軍，馬勇，等．促進(jìn)虛擬人體解剖實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果提高的策略研究[J]．繼續(xù)醫(yī)學(xué)教育，2016（1）：75－77．

[7]饒利兵，楊懿農(nóng)，謝正蘭，等．?dāng)鄬佑跋窠馄蕦W(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與思考[J]．解剖科學(xué)進(jìn)展，2013（5）：491－493．

[8]劉瓊，張韋深，龍?zhí)斐?，等．?guó)家級(jí)生物醫(yī)藥虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)現(xiàn)狀與思考[J]．中國(guó)醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2017（1）：15－18．