解剖学的数字化教学方法研究

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就疏于理解，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，再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。

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