數(shù)字化虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在人體解剖學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

司銀楚 楊俊明 萬 鳳

（1 北京中醫(yī)藥大學(xué)解剖學(xué)教研室，2 北京奧醫(yī)科技有限公司，北京 100029）

人體解剖學(xué)是研究人體形態(tài)的重要基礎(chǔ)學(xué)科，是醫(yī)學(xué)類專業(yè)的基礎(chǔ)和重要的課程，涉及內(nèi)容多且繁雜，教學(xué)周期卻短。由于人體解剖學(xué)知識(shí)點(diǎn)的抽象、微觀等特點(diǎn)，傳統(tǒng)條件下，在教學(xué)過程中講解難度大，即使應(yīng)用了多媒體，也只是把文字和圖片內(nèi)容從黑板轉(zhuǎn)移到了顯示器，并未解決教學(xué)難度和效果問題。利用數(shù)字化虛擬技術(shù)能將人體呈現(xiàn)三維立體結(jié)構(gòu)圖像，在教學(xué)中有效地展示和講解醫(yī)學(xué)知識(shí)，便于學(xué)生理解和內(nèi)化復(fù)雜的解剖學(xué)知識(shí)點(diǎn)[1-3]?；谌梭w解剖學(xué)教學(xué)的實(shí)際情況，本研究以“智慧醫(yī)教云平臺(tái)（奧醫(yī)慧學(xué)）”為教學(xué)輔助工具，探討數(shù)字化虛擬技術(shù)在人體解剖學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，希望能夠?qū)馄式虒W(xué)研究活動(dòng)帶來一定的參考價(jià)值。

1 對(duì)象和方法

1.1 技術(shù)資料

“智慧醫(yī)教云平臺(tái)”簡(jiǎn)稱“奧醫(yī)慧學(xué)”，是由“管理端”、“教師端”、“學(xué)生端”3個(gè)應(yīng)用端組成的系統(tǒng)化服務(wù)平臺(tái)。教師端的應(yīng)用對(duì)象是教師，可利用三維立體的人體數(shù)據(jù)在線創(chuàng)建個(gè)性化3D課件、習(xí)題庫等資源，創(chuàng)建班級(jí)，每次發(fā)送學(xué)生的任務(wù)會(huì)形成學(xué)情數(shù)據(jù)；學(xué)生使用學(xué)生端在線認(rèn)證學(xué)校加入老師創(chuàng)建的班級(jí)，建立與教師的實(shí)時(shí)通信鏈接，應(yīng)用三維立體的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（augmented reality，AR）教材資源學(xué)習(xí)，自帶與知識(shí)點(diǎn)一對(duì)一匹配的習(xí)題庫，能夠邊學(xué)邊測(cè)；管理端實(shí)現(xiàn)學(xué)情、教學(xué)成果、教學(xué)資源建設(shè)等多維度教學(xué)管理大數(shù)據(jù)智能統(tǒng)計(jì)。3個(gè)端的應(yīng)用讓管、教、學(xué)、測(cè)形成完整教學(xué)閉環(huán)。

1.2 研究對(duì)象

以本校2019級(jí)卓越中醫(yī)班A、B班，這2個(gè)班級(jí)的正常人體解剖學(xué)課程為樣本，整個(gè)學(xué)期72學(xué)時(shí)。其中卓越中醫(yī)A班的解剖學(xué)課程使用奧醫(yī)慧學(xué)輔助教學(xué)，卓越中醫(yī)B班未使用奧醫(yī)慧學(xué)輔助教學(xué)。2個(gè)班級(jí)前期知識(shí)基礎(chǔ)、教材、課時(shí)、教學(xué)大綱和任課老師一致。

1.3 學(xué)生自學(xué)

卓越中醫(yī)A班學(xué)生通過奧醫(yī)慧學(xué)學(xué)生端輔助自學(xué)。使用的AR教材是完全同步自用教材的，利用AR的三維解剖資源學(xué)習(xí)，通過與知識(shí)點(diǎn)匹配習(xí)題庫自測(cè)自練，在線認(rèn)證后加入老師創(chuàng)建的班級(jí)，在班級(jí)中接收和完成教師發(fā)送的學(xué)習(xí)任務(wù)，避免完全死記硬背的低效學(xué)習(xí)方法，提高認(rèn)知能力及自學(xué)效率和效果。

1.4 教師教學(xué)

解剖學(xué)會(huì)有大量繁雜、抽象、微觀的知識(shí)，教學(xué)過程中口述講解難度大，學(xué)生理解也有難度。教師可根據(jù)教學(xué)情況，在線自主編輯“3D課件”并保存在平臺(tái)云端，課上利用奧醫(yī)慧學(xué)教師端的“3D課件”授課。課件中的3D模型資源可放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)，各結(jié)構(gòu)可透明和隱藏顯示，重要結(jié)構(gòu)配有知識(shí)點(diǎn)標(biāo)注和詳情解釋，部分結(jié)構(gòu)含有醫(yī)學(xué)仿真動(dòng)畫效果，知識(shí)點(diǎn)的英文翻譯功能，每個(gè)3D模型資源都可以再次編輯，教師自主增添知識(shí)點(diǎn)，插入圖片、動(dòng)畫。在“3D課件”中編輯課前預(yù)習(xí)任務(wù)和課后測(cè)試任務(wù)，發(fā)送至班級(jí)的學(xué)生。

在教師端的班級(jí)功能中，可以查看學(xué)情數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)涉及學(xué)生的上網(wǎng)時(shí)間、學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、任務(wù)試題正確率，通過數(shù)據(jù)了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，調(diào)整教學(xué)方案。

2 結(jié)果

2.1 平時(shí)成績(jī)

卓越中醫(yī)班采用的是形成成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方式，平時(shí)成績(jī)占比30%，期末成績(jī)占比70%。平時(shí)成績(jī)以60個(gè)填圖在線測(cè)試來評(píng)價(jià)，而未將2班教師在奧醫(yī)慧學(xué)上發(fā)送的預(yù)習(xí)、測(cè)試任務(wù)成績(jī)算入平時(shí)成績(jī)。卓越中醫(yī)A班的平時(shí)成績(jī)?yōu)椋?3.7±4.49）分，B成績(jī)?yōu)椋?2.34±3.50）分，兩班成績(jī)統(tǒng)計(jì)比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。

2.2 期末成績(jī)

卓越中醫(yī)A班期末成績(jī)（79.73±10.29）分，卓越中醫(yī)B班期末成績(jī)（76.13±7.44）分。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。

2.3 成績(jī)比較

通過卓越中醫(yī)A班、卓越中醫(yī)B班的成績(jī)對(duì)比，可以得出：卓越中醫(yī)A班應(yīng)用奧醫(yī)慧學(xué)授課和自學(xué)，平時(shí)成績(jī)和期末平均成績(jī)高于卓越中醫(yī)B班，由于平時(shí)成績(jī)以填圖在線測(cè)試來評(píng)價(jià)，2班成績(jī)比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，凸顯了奧醫(yī)慧學(xué)AR虛擬軟件的優(yōu)勢(shì)。期末考試以記憶型題和理解性題為主，2個(gè)班成績(jī)差別沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 討論

3.1 教學(xué)效果分析

本研究結(jié)果顯示，使用奧醫(yī)慧學(xué)的卓越中醫(yī)A班成績(jī)明顯提高，可見現(xiàn)代數(shù)字化虛擬技術(shù)與人體解剖學(xué)的結(jié)合和應(yīng)用，可使解剖學(xué)教學(xué)獲得較高水平的教學(xué)效果。

數(shù)字化虛擬技術(shù)改變了解剖學(xué)教學(xué)以文字、圖片為主傳統(tǒng)的展示方式，三維模擬的人體解剖資源，使抽象、微觀、復(fù)雜的講解內(nèi)容呈現(xiàn)立體、直觀、形象，減輕教師授課講解難度，提升知識(shí)傳播轉(zhuǎn)化能力[4]。同時(shí)讓學(xué)生加深對(duì)人體解剖學(xué)知識(shí)的印象和理解，通過AR教材的三維自學(xué)資源，自測(cè)自練，課上課下雙向提高學(xué)習(xí)效率和效果。奧醫(yī)慧學(xué)的數(shù)字化虛擬技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，可以智能統(tǒng)計(jì)大量學(xué)生學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)效果數(shù)據(jù)，在教師端可視化呈現(xiàn)，可以幫助教師制訂有效教學(xué)決策，提供個(gè)性化學(xué)習(xí)指導(dǎo)，也為精準(zhǔn)推送個(gè)性化學(xué)習(xí)資源提供了決策依據(jù)。

3.2 對(duì)策與建議

基于上述的研究結(jié)果，奧醫(yī)慧學(xué)在人體解剖學(xué)教學(xué)中發(fā)揮著積極的作用?？梢詫W醫(yī)慧學(xué)向本校解剖教師和多個(gè)班級(jí)推廣應(yīng)用，通過“3D課件”創(chuàng)建，形成本校在線教學(xué)資源庫，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化在線課堂授課，不再受時(shí)間和空間的限制，靈活便捷。并將教師發(fā)送的學(xué)習(xí)任務(wù)完成情況和測(cè)試成績(jī)都納入平時(shí)成績(jī)，使數(shù)據(jù)更加客觀反映學(xué)習(xí)結(jié)果，讓課前、課中、課后用數(shù)據(jù)支持教學(xué)。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的教與學(xué)，是解剖學(xué)課程的深入推進(jìn)與發(fā)展的方向與途徑。

信息化教學(xué)平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)在線教學(xué)的基礎(chǔ)，數(shù)字教育資源是實(shí)現(xiàn)在線教學(xué)的重要保障[5]。目前各級(jí)院校對(duì)教育信息化的建設(shè)仍然存在認(rèn)知盲區(qū)，多數(shù)院校只看重單一的線下數(shù)字教學(xué)工具的應(yīng)用，而忽略線上教學(xué)信息化平臺(tái)建設(shè)的意義。2020年突如其來的疫情，為防止教育斷層，國(guó)家第一時(shí)間號(hào)召全國(guó)院校開展“停課不停學(xué)”，這是對(duì)近幾年來院校信息化教學(xué)建設(shè)成果的直接檢驗(yàn)，但因數(shù)字化虛擬的解剖學(xué)教學(xué)產(chǎn)品形式多為PC端，缺少互聯(lián)網(wǎng)屬性，不能滿足線上教學(xué)需要，導(dǎo)致對(duì)線上解剖學(xué)教學(xué)資源需求強(qiáng)烈。疫情期間的3～6月份，奧醫(yī)慧學(xué)教學(xué)平臺(tái)服務(wù)了百所醫(yī)學(xué)院校，滿足了部分院校解剖學(xué)課程線上教學(xué)的需求，發(fā)揮了良好的教學(xué)作用和效果，但多數(shù)醫(yī)學(xué)院校缺少線上教學(xué)平臺(tái)和資源，教學(xué)效果不太理想。

提升解剖學(xué)教師信息化教學(xué)能力。信息化教學(xué)是現(xiàn)代教育發(fā)展的必然，而目前的現(xiàn)實(shí)情況是，教師信息化教學(xué)能力參差不齊，過去的經(jīng)驗(yàn)與應(yīng)用水平等都影響著在線教學(xué)模式的選用與教學(xué)活動(dòng)的開展，尤其疫情期間，在線教育的大規(guī)模實(shí)施，暴露的這一問題明顯，信息化教學(xué)能力高低將會(huì)直接影響教學(xué)質(zhì)量和效果[6]。解剖學(xué)課程的解學(xué)周期短，教學(xué)任務(wù)重，老師們應(yīng)主動(dòng)了解信息化教學(xué)工具，合理借用教學(xué)輔助工具，解剖學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的教師也可相互協(xié)作，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，共同提升信息化教學(xué)能力。

筆者以本校使用奧醫(yī)慧學(xué)教學(xué)為例，研究和探討如何應(yīng)用數(shù)字化虛擬技術(shù)的教學(xué)平臺(tái)輔助解剖學(xué)課上教學(xué)，如何通過線上引導(dǎo)和培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生自學(xué)能力，以及如何完成教學(xué)行為和教學(xué)結(jié)果的數(shù)據(jù)反饋，實(shí)現(xiàn)新信息化教學(xué)模式下以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)教與學(xué)，這3個(gè)方面做了初步嘗試，希望能為提高解剖學(xué)課程的教學(xué)效率和效果，提升學(xué)生認(rèn)知能力和培養(yǎng)自學(xué)興趣，提供經(jīng)驗(yàn)借鑒和理論依據(jù)。