虛擬仿真技術(shù)在中醫(yī)院校人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

郝莉 徐玉英 郭艷樺 程秀娟 游言文

摘要：虛擬仿真是一種交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的仿真系統(tǒng)。為了探討虛擬仿真技術(shù)在中醫(yī)院校人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，本文以河南中醫(yī)藥大學(xué)2022級(jí)中西醫(yī)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)本科生為觀察對(duì)象，將虛擬仿真技術(shù)與人體解剖學(xué)體循環(huán)靜脈實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，并通過章節(jié)測(cè)試和調(diào)查問卷進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以有效激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，提高體循環(huán)靜脈章節(jié)成績(jī)以及學(xué)生對(duì)課程的評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；人體解剖學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

一、引言

虛擬仿真是一種交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的仿真系統(tǒng)[1]。隨著科技的日益發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)逐漸滲透至醫(yī)學(xué)教育的各個(gè)領(lǐng)域[2]。這項(xiàng)技術(shù)不僅可以無損地重現(xiàn)人體解剖結(jié)構(gòu)，還能夠仿真模擬復(fù)雜的臨床情境，為學(xué)生提供一個(gè)安全的實(shí)踐場(chǎng)所[3-4]。而學(xué)生在此環(huán)境中可以深入?yún)⑴c實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)主動(dòng)參與和解決問題的能力。人體解剖學(xué)最為重要的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課程之一，是一門研究正常人體形態(tài)結(jié)構(gòu)的科學(xué)。在學(xué)習(xí)人體循環(huán)靜脈內(nèi)容時(shí)，學(xué)生往往感覺專業(yè)術(shù)語繁多、結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，難以理解和激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。為此，本研究設(shè)計(jì)了相應(yīng)的虛擬臨床仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，系統(tǒng)地歸納了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，并明確了學(xué)習(xí)步驟，探討了虛擬仿真項(xiàng)目在中醫(yī)院校人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。

本文以河南中醫(yī)藥大學(xué)2022級(jí)中西醫(yī)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)本科生為觀察對(duì)象，將傳統(tǒng)的人體解剖學(xué)教學(xué)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相融合，通過章節(jié)知識(shí)測(cè)試和調(diào)查問卷來評(píng)估其成效，并分析虛擬仿真項(xiàng)目對(duì)人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用，以期為中醫(yī)院校人體解剖學(xué)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供新的思路。

二、教學(xué)效果評(píng)價(jià)

（一）教學(xué)對(duì)象

本研究選取2023年11月至12月學(xué)習(xí)人體解剖學(xué)體循環(huán)靜脈的河南中醫(yī)藥大學(xué)2022級(jí)中西醫(yī)臨床醫(yī)學(xué)本科1班和2班的學(xué)生208人為觀察對(duì)象，將1班和2班學(xué)生分為實(shí)驗(yàn)組（n＝110）和對(duì)照組（n＝101），平均年齡（18.73±0.82）歲，對(duì)照組平均年齡（18.32±0.63）歲，兩組年齡比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，具有可比性。1班作為對(duì)照組，采取了傳統(tǒng)的觀察實(shí)驗(yàn)方法；而2班作為實(shí)驗(yàn)組，在維持傳統(tǒng)觀察實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引入了虛擬仿真技術(shù)作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程

在實(shí)驗(yàn)組開始實(shí)驗(yàn)課程之前，教師需要先在系統(tǒng)后臺(tái)設(shè)置每個(gè)模塊并發(fā)布要求，引導(dǎo)學(xué)生在線上預(yù)習(xí)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)。接著，教師需要引導(dǎo)學(xué)生注冊(cè)、登錄實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，督促學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)提示依次完成四個(gè)模塊，具體見圖1。

其中，第三個(gè)模塊學(xué)生在熟悉后可以選擇訓(xùn)練模式，系統(tǒng)不提示信息，學(xué)生可以根據(jù)虛擬問題或情景，自主選擇進(jìn)行相應(yīng)的穿刺置管，通過多次練習(xí)，比較每次的選擇差異（正確或者錯(cuò)誤），從而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生在完成前面模塊之后，將進(jìn)入第四個(gè)模塊理論考試，接受課程重要知識(shí)點(diǎn)的考核，并且系統(tǒng)將自動(dòng)生成成績(jī)報(bào)告。在課程結(jié)束后，針對(duì)成績(jī)報(bào)告中反映出來的問題，教師需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行線下輔導(dǎo)和重難點(diǎn)答疑。

（三）評(píng)價(jià)方法

1.章節(jié)測(cè)試

為了評(píng)價(jià)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)融入人體解剖學(xué)中體循環(huán)靜脈實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果，本研究采用中國(guó)大學(xué)MOOC在線學(xué)習(xí)平臺(tái)對(duì)兩組進(jìn)行章節(jié)測(cè)試，試題類型包括單項(xiàng)選擇題、多項(xiàng)選擇題和判斷題，學(xué)生須在規(guī)定時(shí)間完成。成績(jī)分為4個(gè)分?jǐn)?shù)段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：＜60分、60～75分、76～90分和91～100分。

2.問卷調(diào)查

采用問卷星軟件對(duì)體循環(huán)靜脈解剖學(xué)教學(xué)進(jìn)行總體評(píng)價(jià)，發(fā)放問卷211份，回收有效答卷205份，回收率為97.16%。問卷調(diào)查主要內(nèi)容是學(xué)生對(duì)本節(jié)課的評(píng)價(jià)：你喜歡虛擬仿真軟件畫面嗎？軟件的操作難易程度如何？軟件功能如何？軟件運(yùn)行速度如何？對(duì)軟件的總體評(píng)價(jià)等10個(gè)小題，每題答案包括A、B、C三個(gè)選項(xiàng)，分值依次為10分、8分和6分；計(jì)算每份問卷總分，＞85分為優(yōu)秀，70～84分為合格，＜70分為不合格，達(dá)標(biāo)率=優(yōu)秀率+合格率。

（四）統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用GraphPad Prism 9.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)量資料以“x±s”表示，比較采用t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料用[n（%）]表示，比較采用χ2檢驗(yàn)，以P ＜ 0.05為差異，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

三、研究結(jié)果與分析

（一）學(xué)生章節(jié)測(cè)試成績(jī)分析

本研究通過MOOC章節(jié)測(cè)試檢測(cè)了學(xué)生對(duì)體循環(huán)靜脈人體解剖學(xué)知識(shí)的掌握情況。從表1中的結(jié)果可以看出，兩組學(xué)生成績(jī)分布有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.001），對(duì)照組平均成績(jī)?yōu)?2.23±10.69，實(shí)驗(yàn)組平均成績(jī)?yōu)?0.12±9.40，兩組差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（見表1）。成績(jī)差異的主要原因是在傳統(tǒng)教學(xué)模式基礎(chǔ)上加入虛擬仿真的教學(xué)方式可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在動(dòng)力。

（二）兩組學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)總體評(píng)價(jià)

在課程結(jié)束之后，讓兩組學(xué)生對(duì)體循環(huán)靜脈實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了總體評(píng)價(jià)。表2顯示，實(shí)驗(yàn)組中有94.90%的學(xué)生認(rèn)為課程達(dá)標(biāo)，對(duì)課程表示滿意，遠(yuǎn)高于對(duì)照組的66.36%（見表2）。這一結(jié)果表明，在傳統(tǒng)的人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融入虛擬仿真技術(shù)可以顯著提升學(xué)生對(duì)教學(xué)的正面評(píng)價(jià)。

四、討論

為了全面地評(píng)價(jià)虛擬仿真技術(shù)對(duì)中醫(yī)院校人體解剖學(xué)教學(xué)的影響，本研究重點(diǎn)觀察了虛擬仿真技術(shù)在中醫(yī)院校人體解剖學(xué)體循環(huán)靜脈穿刺置管實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用效果。通過這一部分實(shí)驗(yàn)，可以直觀地看出虛擬仿真技術(shù)在提高學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手能力和解剖學(xué)理解方面的優(yōu)勢(shì)。本研究對(duì)象包括了2022級(jí)中西醫(yī)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)的1、2班的學(xué)生，他們?cè)?023年11月至12月期間接受了體循環(huán)靜脈實(shí)驗(yàn)的教學(xué)。通過對(duì)比分析，可以深入了解學(xué)生在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和成效。研究方法涉及對(duì)照研究、學(xué)生問卷調(diào)查、學(xué)習(xí)成效測(cè)試以及教學(xué)反饋的收集，將使用傳統(tǒng)的解剖實(shí)驗(yàn)教學(xué)法與融入了虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)法進(jìn)行比較，以評(píng)估后者在提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果方面的潛力。

虛擬仿真技術(shù)基于多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種信息科技的迅速發(fā)展，融合了仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是一種先進(jìn)的仿真形式。虛擬仿真技術(shù)的主要特點(diǎn)包括沉浸性、交互性和逼真性。沉浸性是指通過使用頭戴式顯示器、環(huán)繞聲音系統(tǒng)和追蹤設(shè)備，創(chuàng)造沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生仿佛處于真實(shí)的手術(shù)室之中。交互性是指學(xué)生可以通過手柄和觸覺反饋裝置等工具，與虛擬環(huán)境中的物體進(jìn)行互動(dòng)，如對(duì)仿真靜脈進(jìn)行穿刺或置管操作。逼真性則指虛擬環(huán)境將盡可能逼真地重現(xiàn)人體解剖結(jié)構(gòu)和醫(yī)療操作過程，以確保學(xué)生能夠獲取與現(xiàn)實(shí)操作相類似的體驗(yàn)和感知。在傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，頸內(nèi)、鎖骨下、頸外和股靜脈穿刺置管操作面臨醫(yī)療模型和耗材有限、實(shí)際操作機(jī)會(huì)不足和難以重復(fù)等問題，不僅限制了教學(xué)實(shí)踐空間，還導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果大打折扣。然而，隨著虛擬仿真技術(shù)的引入，這些實(shí)驗(yàn)可與智能化教學(xué)資源相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與醫(yī)學(xué)操作實(shí)驗(yàn)的深度融合，構(gòu)建結(jié)合虛擬與現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)[5]。這樣的教學(xué)平臺(tái)能夠精準(zhǔn)地再現(xiàn)靜脈穿刺置管操作的真實(shí)場(chǎng)景，并逐層拓寬和加深教學(xué)內(nèi)容，從而延伸教學(xué)的時(shí)空界限，提升實(shí)驗(yàn)效果。學(xué)生通過這個(gè)平臺(tái)不僅能夠準(zhǔn)確把握必要的解剖學(xué)知識(shí)，掌握各項(xiàng)操作流程和技術(shù)細(xì)節(jié)，還能夠通過豐富的交互式學(xué)習(xí)方式，體會(huì)與傳統(tǒng)教室不同的新鮮、有趣的學(xué)習(xí)環(huán)境。該平臺(tái)能夠有效激發(fā)學(xué)生對(duì)解剖學(xué)的興趣和好奇心，契合了以學(xué)生為中心的教學(xué)理念。

靜脈穿刺置管虛擬仿真技術(shù)融入人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的知識(shí)目標(biāo)是使學(xué)生掌握靜脈穿刺置管相關(guān)的解剖學(xué)知識(shí)，熟悉操作流程、關(guān)鍵環(huán)節(jié)和注意事項(xiàng)；能力目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的臨床思維能力及自主學(xué)習(xí)能力；思政目標(biāo)是塑造學(xué)生對(duì)病患的人文關(guān)懷意識(shí)以及細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)、探索創(chuàng)新的科學(xué)觀念。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，本研究堅(jiān)持以學(xué)生為中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，結(jié)合靜脈穿刺置管實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、進(jìn)行線上與線下相結(jié)合的混合式教學(xué)方法。在實(shí)驗(yàn)課之前，學(xué)生先通過線上慕課平臺(tái)和線下理論課程學(xué)習(xí)和掌握相關(guān)人體解剖學(xué)循環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，再通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí)，初步掌握實(shí)驗(yàn)操作步驟、儀器使用和注意事項(xiàng)，并可提交預(yù)習(xí)報(bào)告；在實(shí)驗(yàn)課上，學(xué)生可以采取傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)并行的方式，或者用先進(jìn)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目取代部分線下實(shí)驗(yàn)；在實(shí)驗(yàn)課后，學(xué)生可以結(jié)合個(gè)人情況進(jìn)行深入分析，并在線上反復(fù)練習(xí)實(shí)驗(yàn)操作，以此鞏固技能，并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種方法不僅補(bǔ)足了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在文字資料方面的不足，還能夠最大限度地發(fā)揮傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)各自的教學(xué)優(yōu)勢(shì)。

通過采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生能夠在模擬的醫(yī)療環(huán)境中對(duì)靜脈穿刺和置管技術(shù)進(jìn)行細(xì)致地學(xué)習(xí)與實(shí)踐。這種模擬系統(tǒng)不僅復(fù)現(xiàn)了真實(shí)操作的環(huán)境和條件，還可以根據(jù)學(xué)生不同的操作反應(yīng)提供個(gè)性化的教學(xué)內(nèi)容和反饋，而學(xué)生可以根據(jù)反饋逐漸調(diào)整自己的操作技巧，直到熟練掌握所需的技能。此外，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目還提供了數(shù)據(jù)跟蹤和記錄的功能，讓教師能夠輕松跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程，對(duì)學(xué)習(xí)效果進(jìn)行量化評(píng)估。在完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)之后，教師可以通過章節(jié)測(cè)試來具體了解學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。為了觀察靜脈穿刺置管虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，本研究通過中國(guó)大學(xué)MOOC平臺(tái)對(duì)兩班同學(xué)進(jìn)行了章節(jié)測(cè)試。結(jié)果顯示，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生平均分為80.12±9.40，顯著高于對(duì)照組的72.23±10.69。這一結(jié)果表明，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不僅提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和內(nèi)在動(dòng)力，還能夠幫助學(xué)生取得更好的學(xué)習(xí)成績(jī)。

虛擬仿真教學(xué)的設(shè)計(jì)以“能實(shí)不虛、虛實(shí)結(jié)合、以虛補(bǔ)實(shí)”為原則[6]，采取問題導(dǎo)向的方式，將問題驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)（Problem-Based Learning， PBL）教學(xué)法、解剖學(xué)知識(shí)[7]、仿真訓(xùn)練和知識(shí)考核有機(jī)整合于靜脈穿刺置管的實(shí)驗(yàn)過程中。具體而言，教學(xué)活動(dòng)被劃分為四個(gè)互相關(guān)聯(lián)的模塊：實(shí)驗(yàn)介紹與問題提出、基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)訓(xùn)練和理論考試。通過將理論學(xué)習(xí)、動(dòng)手實(shí)踐和系統(tǒng)測(cè)試結(jié)合起來，教師引導(dǎo)學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際操作。通過參與互動(dòng)式的仿真訓(xùn)練，學(xué)生不僅可以系統(tǒng)地理解并鞏固涉及人體循環(huán)系統(tǒng)靜脈的核心解剖學(xué)知識(shí)，還能夠提升操作技能和應(yīng)急反應(yīng)能力。在進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練后，學(xué)生能夠在模擬真實(shí)醫(yī)療環(huán)境中進(jìn)行安全且無壓力的練習(xí)，極大地提升了學(xué)習(xí)的有效性和效率。

為了評(píng)估學(xué)生對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的感受，本研究在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對(duì)兩個(gè)學(xué)生小組開展了問卷調(diào)查。調(diào)查結(jié)果顯示，參與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的學(xué)生對(duì)課程的滿意度達(dá)到94.90%，遠(yuǎn)超對(duì)照組的66.36%。這一結(jié)果表明，虛擬仿真教學(xué)為學(xué)生提供了充滿活力且逼真的學(xué)習(xí)探索空間，讓學(xué)生不再是被動(dòng)吸收知識(shí)，而是積極地參與和體驗(yàn)課程內(nèi)容。這種富有吸引力的學(xué)習(xí)方式顯著提升了學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的吸收以及對(duì)整個(gè)學(xué)習(xí)過程的正面評(píng)價(jià)。

此外，與傳統(tǒng)課堂相比，虛擬仿真還打破了時(shí)間和空間的限制，提供了開放式學(xué)習(xí)環(huán)境[8]。學(xué)生可以自主地安排學(xué)習(xí)時(shí)間和地點(diǎn)，將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中，反復(fù)練習(xí)無需擔(dān)心耗材，節(jié)約了成本并提高了辦學(xué)效益[9]。同時(shí)，虛擬仿真系統(tǒng)集成了前沿技術(shù)，支持多人遠(yuǎn)程同步實(shí)驗(yàn)，5G技術(shù)保證了流暢的協(xié)同操作，增強(qiáng)了教學(xué)的個(gè)性化與管理的精準(zhǔn)性。

五、結(jié)束語

綜上所述，本研究表明將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于中醫(yī)院校中西醫(yī)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)的人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有明顯優(yōu)勢(shì)，不僅豐富了教學(xué)資源，還使得教學(xué)手段更加多樣化。在傳統(tǒng)教學(xué)中難以展示的三維結(jié)構(gòu)和復(fù)雜過程，能夠在虛擬仿真環(huán)境中得以直觀地呈現(xiàn)，為學(xué)生提供了身臨其境的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，有助于學(xué)生更準(zhǔn)確地理解和記憶教學(xué)內(nèi)容。

虛擬仿真技術(shù)的引入有效提升了學(xué)生興趣和學(xué)習(xí)效果，提高了學(xué)生對(duì)課程的正向評(píng)價(jià)，為新醫(yī)科背景下中醫(yī)院校人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)課程數(shù)字化建設(shè)提供了堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

作者單位：郝莉 徐玉英 郭艷樺 程秀娟 游言文 河南中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)院

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基金項(xiàng)目：河南省第二批本科高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目：序號(hào)135；河南省本科高校研究性教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目：序號(hào)65。

郝莉，副教授，研究方向：中醫(yī)藥防治神經(jīng)退行性疾病。