游言文　于世奇　田新红　徐玉英　张文娴　郝莉

【摘要】    人体解剖学是研究正常人体各系统组成器官位置、形态和结构的科学，是医学专业重要的基础课程之一。虚拟仿真是基于互联网技术平台，以虚拟为手段，仿真为表现形式的一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。近几年虚拟仿真已被逐渐应用于基础医学课程的教学中。本研究以我校2020级中西医临床医学专业本科一年级学生为观察对象，将人心脏解剖虚拟仿真实验融入到循环系统解剖学教学中，并通过章节测试和调查问卷相结合的方法对教学效果进行评价，结果显示虚拟仿真融入专业基础课实验教学可提高学生的专业课成绩和课程满意度。

【关键词】    虚拟仿真    人体解剖学    教学

引言：

虚拟仿真是基于互联网技术平台，以虚拟为手段，仿真为表现形式的一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，具有交互性、真实性以及多感知性等特点[1-2]，通过构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生进行虚拟仿真实验能够达到教学大纲要求的教学效果[3-4]。近几年虚拟仿真已被逐渐应用于基础医学课程的教学中。

人体解剖学是研究正常人体形态结构的科学，属于形态学范畴，是医学专业重要的基础课程之一。循环系统是人体解剖学的重要章节，其中心脏的结构是学生必须掌握的知识点。心脏结构复杂，传统的心脏解剖学教学是先进行理论课讲解，使学生对心脏结构有所了解后，再通过实验课观察心脏模型或标本来加深理解。但是模型不能真实地反应心腔内的结构，标本来源紧张，频繁使用导致颜色加深，再加上心腔内观察视野较小，不利于学生观察，所以如何让学生清晰准确地观察心脏结构是一个亟待解决的问题。我们针对这一教学难点设计开发了“人心脏解剖虚拟仿真实验”教学系统，通过对心脏标本3D扫描、建模，展现人心脏的三维解剖结构，实现立体、全方位、多角度观察，让学生通过交互操作，对心腔结构进行识别、虚拟解剖，可以重复练习，而不用担心对标本的破坏。

本研究探讨虚拟仿真技术在人体解剖学实验教学中的应用效果。以我校2020级中西医临床医学本科一年级学生为观察对象，将人心脏解剖虚拟仿真实验融入到人体解剖学循环系统教学中，并通过章节测试和调查问卷相结合的方法对教学效果进行评价，分析了虚拟仿真在实验教学中的作用，为中医院校人体解剖学课程实验教学奠定理论和实践基础。

一、教学效果评价

1.1 教学对象

本课题以我校2020级中西医临床医学本科1班和2班的学生为观察对象，由于两班在入学时是根据随机分配的原则产生，所以年龄、性别、知识基础、能力基础和思政基础等方面均不存在显著性差异。其中2020级1班132人，2班124人，共计256人。分为两组：1班为对照组，2班为实验组。对照组使用传统实验教学模式（观察心脏模型和标本），实验组在传统实验教学模式基础上融入虚拟仿真技术。

1.2 效果评价方法

1.2.1 理论测试

为了评价虚拟仿真融入到人体解剖学循环系统中的教学效果，我们通过中国大学MOOC在线学习平台对两组学生进行了循环系统章節理论测试，理论成绩占总成绩的70%。理论测试包括选择题10道，判断题10道，问答题2道，总分100分。测试成绩分为四个分数段进行统计：91-100分、76-90分、60-75分和60分以下。

1.2.2 实验测试

为了评价虚拟仿真技术融入到循环系统实验的教学效果，我们通过对两组学生进行了循环系统实验测试，实验成绩占总成绩的30%。测试包括两部分：辨识模型、标本和心脏解剖虚拟仿真实验平台考核，各占总成绩的15%。实验测试成绩总分为100分，分为四个分数段进行统计：91-100分、76-90分、60-75分和60分以下。

1.2.3 课程满意度调查

循环系统学习结束后，我们通过问卷星进行问卷调查，调查学生对循环系统解剖学教学和学习的满意度。调查内容主要包括10个问题，例如是否有助于重点知识的理解和记忆;是否有助于提高学习积极性;对目前实验课教学模式是否满意;是否有助于理论联系实际等等。每个问题有四个选项，不同选项对应不同的分值，最后计算总分。分为四个等级：非常满意（100分）、满意（85分）、一般（70分）和不满意（60分以下）级，课程满意度=（非常满意人数+满意人数）/班级总人数×100%。

1.3 统计学分析

本研究组间数据差异均采用Graphpad Prism 6的卡方检验和t检验进行统计分析，P < 0.05表示具有统计学差异。

二、研究结果

2.1 虚拟仿真可提高学生测试成绩

从表1结果可以看出，两组学生理论成绩、实验成绩和总成绩分布有统计学差异（P =0.01，P <0.001，P =0.001）。对照组平均理论成绩为72.51±9.62，实验组平均理论成绩为79.14±9.91，两组差异具有统计学意义（P <0.05）。对照组平均实验成绩为71.12±7.33，实验组平均实验成绩为82.07±8.04，两组差异具有统计学意义（P <0.05）。对照组平均总成绩为72.09±8.46，实验组平均总成绩为80.91±9.14，具有统计学差异（P <0.05）。两组成绩出现差异的原因可能是将人心脏解剖虚拟仿真实验融入到循环系统解剖学教学中可以促进学生理论课和实验课学习的积极性，激发学生的内在动力。

2.2 虚拟仿真可提高学生对课程的满意度

从表2可以看出，两组学生对本课程的整体满意度评价有差异，并具有统计学意义（P <0.001）。对照组学生课程满意度人数比例（69.70%）低于实验组（93.55%），这个结果说明将人心脏解剖虚拟仿真实验融入到循环系统解剖学教学中可明显提高学生对课堂的整体满意度。

三、讨论

心脏是人体循环系统中最重要的组成器官，准确、熟练地掌握心脏的位置、形态和结构是医学生学习人体解剖学的重点内容。传统的心脏解剖实验主要依赖于模型或标本，然而由于人心脏内部结构的复杂性，传统的心脏模型或标本难以展示心脏的全部结构和各结构之间的空间位置关系。而且人心脏标本来源紧张、易损耗，使得重复利用率低;标本固定液福尔马林刺激性气味大，实验课必须在专门的解剖实验室内才能进行，学生自主学习的时间、空间受到限制。因此，心脏解剖实验的教与学一直是困扰着教师和学生的一个难题。计算机虚拟现实仿真技术的发展为解决这一问题提供了帮助，本研究中使用的人心脏解剖虚拟仿真实验是以真实人心脏标本为模板，利用3D扫描、建模技术进行构建，展现人心脏的三维解剖结构和冠状动脉血管造影，让学生通过交互操作，学习掌握人体心脏的结构，降低了对标本和模型的依赖。

本研究以我校2020级中西医临床医学专业本科一年级学生为观察对象，将人心脏解剖虚拟仿真实验融入到人体解剖学循环系统实验中。目前，虚拟仿真实验平台主要面向临床医学、中医学和中西医结合医学等专业学生开放和使用，可与人体解剖学-循环系统-心脏解剖的理论教学同时进行。虚拟仿真实验平台登陆方便，不需要下载插件，打开网址即可开始实验。实验过程与实际解剖基本一致，仿真度高。操作界面简洁美观、色彩丰富，心脏不同结构部分可以用不同颜色标记;立体感强，有视觉冲击力，能清晰准确地展示三维心脏解剖结构，易激起学生的好奇心和求知欲，提高学习兴趣。并可使教学难点形象化，便于学生理解，例如左右房室口的瓣膜二尖瓣和三尖瓣的组成和作用原理一直是心脏结构的难点，静态的标本上和模型不能充分展示，学生通过虚拟仿真实验平台可以清晰地观察到两个房室瓣的三维立体结构和房室口闭合、开放时的瓣膜状态。另外，心传导系的组成是心脏结构的重点，由于牵涉到微观结构—特殊心肌细胞，在标本和模型上都不能观察到，学生通过虚拟仿真实验平台可以观察到特殊心肌细胞的三位立体结构，提高了学习兴趣，便于理解心传导系的组成和传导功能。

传统实验中，福尔马林等有害气体刺激呼吸道黏膜和睑结膜，实验课上学生观看心脏标本的时间被迫缩短，观察不够详细，知识点理解不充分;虚拟仿真实验是在虚拟环境中进行，无需吸入福尔马林等有害气体、无需搬动标本、虚拟的解剖操作与观察可重复进行，弥补了标本的不足;同时可交互性的操作界面，提高了学生的学习兴趣和积极性;虚拟仿真技术可以不受时间和环境限制，打破了必须在特定的解剖学实验室内学习的空间和时间局限性，学生可以在图书馆和校外等任何網络覆盖的地方进行自主学习，所以学生在不知不觉中延长了观察时间，激发了学生内在学习动力，有助于对知识点的理解和记忆。另外，学生学习结束后还可通过考核评估系统，了解自己对心脏解剖知识的掌握情况，提示对薄弱知识进行强化，提高学习效果。

教学评价主要包括两个核心环节：对教师教学工作（教学设计、教学方法等）的评价和对学生学习效果的评价即考试[5]。循环系统学习结束后，本研究针对前者调查了学生对课程的满意度，针对后者让学生进行了循环系统章节测试。课程满意度调查结果显示：虚拟仿真技术融入到实验教学中可明显提高学生对课程的满意度，实验组学生满意人数比例（93.55%）明显高于实验组（69.70%）。这一结果提醒我们在以后的解剖学教学中要继续关注虚拟仿真实验平台的建设，一方面要继续完善心脏虚拟仿真实验平台，如后续建设要和临床疾病发病、治疗逐渐联系起来，逐步引入心内注射、心脏复苏和心脏瓣膜手术等，让学生建立理论联系实践的理念。另一方面要逐渐建立起消化、呼吸、泌尿和神经等系统虚拟仿真实验平台，缓解人体解剖学教学中标本来源紧张的局面。章节测试结果显示：虚拟仿真技术融入到实验教学中可明显提高学生的实验成绩、理论成绩和总成绩。不少实验组学生反映虚拟仿真实验平台易于清晰观察心脏内部如左右心房和心室的结构，冠状动脉的循行及其分支。虚拟环境中可清晰观察到心脏内部结构的三维形态，解决了标本或者模型试验摸得着、看不清的问题，从而提升学习效果。

虚拟仿真实验平台实现了实验教学方法创新[6]，丰富了解剖学实验教学资源[7]，将心脏解剖虚拟仿真实验融入到传统实验教学中，既体现虚拟仿真网络教学实时在线、无损操作、反复练习的优势，又保留传统实验教学直观、真实的优点。丰富了实验考核评价的形式。

综上所述，本研究将人心脏解剖虚拟仿真实验融入到人体解剖学循环系统实验中，并通过章节测试和调查问卷相结合的方法对教学效果进行评价，结果显示虚拟仿真技术融入专业基础课实验教学可提高学生的专业课成绩和课程满意度，这些结果为中医院校人体解剖学虚拟仿真实验教学奠定了理论和实践基础。

参考文献

[1]门秀丽，赵利军，孔小燕，等.虚拟仿真实验系统在病理生理学教学中的应用[J]. 基础医学教育.2013，15（02）：148-149.

[2]谭珂，潘新华，高原.医学虚拟仿真教学环境的构建[J].中国医学教育技术.2012， 26（05）：535-538.

[3]陈晓佳，郭金华，李林科，等.解剖学虚拟仿真教学平台的建设与展望[J].卫生职业教育，2018，36（08）：19-21.

[4] 赵琪，孙红，孙艳梅，等.基础医学虚拟仿真实验教学平台构建研究[J].实验技术与管理.2016，33（11）：135-138.

[5]周玉容.大学教学评价标准的双重困境与破解之道[J].高等教育研究. 2019， 40（10）：75-81.

[6] 冯军，潘克俭，李丽，等.浅谈国家级医学虚拟仿真实验教学中心的建设与发展[J].科技创新导报.2019，16（21）：245-246.

[7]张涛，林莉，吴攀峰，等.基于虚拟仿真实验教学平台的医学留学生系统解剖学实验教学研究.湖北科技学院学报.2018，38（02）：116-120.

游言文（1966—），男，汉族，河南省开封市，河南中医药大学，教授，中医药防治神经退行性疾病的作用机制;

于世奇（1987—），男，汉族，河南省开封市，河南中医药大学，讲师，中西医结合防治脑病;

田新红（1967—），女，汉族，河南省郑州市，河南中医药大学，副教授，神经退行性疾病发病机制;

徐玉英（1978—），女，汉族，河南省郑州市，河南中医药大学，副教授，中医药防治神经退行性疾病的作用机制;

张文娴（1985—），女，汉族，河南省郑州市，河南中医药大学，讲师，中西医结合防治脑病;

通讯作者：郝莉（1971—），女，汉族，河南省郑州市，河南中医药大学，副教授，中医药抗衰老。

基金项目：河南省高等学校青年骨干教师培养计划（2019GGJS110）;河南省高等学校精品在线开放课程：序号60;河南省本科高校课程思政样板课程：序号61。