虚拟现实技术在临床医学解剖学中运用

2022-09-21 16:41:03 来源:写作指导

虚拟现实技术在临床医学解剖学中运用

摘要:通过对2020年四川大学华西临床医学院学习解剖学课程的学生进行分组教学、考核和问卷调查,探讨临床医学本科阶段运用虚拟现实技术进行解剖学教学的效果,为改进解剖学教学方法提供借鉴依据。

关键词:解剖学;虚拟现实技术;临床医学

解剖学是帮助医学生对人体正常空间结构建立正确认知的基础学科,牢固掌握解剖学知识可使后续临床知识的学习事半功倍[1]。然而,解剖学知识覆盖面广、需要记忆的内容烦冗复杂、实验操作难度大,增加了学生的学习难度[2]。传统教学方式为理论课上教师灌输式教学和实验课上多人一组进行操作相结合。理论课上学生难以通过图片和文字对不同结构的大小、毗邻、走行等形成认识,实验课上由于同组成员众多且不能反复解剖尸体而无法达到助力学习的目的。四川大学于2016年将虚拟现实(VirtualReality,VR)技术运用于解剖学教学,弥补了人体标本和可供解剖的尸体不足造成的无法给学生提供足够学习机会的遗憾。虚拟现实技术可模拟人体,全方位立体展示皮肤、肌肉、骨骼等结构,学生可分离各结构并仔细观察。该技术打破了传统教学模式,学生有更多时间自主观察学习,极大提升了学习兴趣。本文以采取虚拟现实技术与传统教学方法的解剖学课程为例,探讨虚拟现实技术应用于医学本科解剖学教学的效果。

1对象与方法

1.1对象选取

四川大学华西临床医学院2019级临床医学五年制72名学习解剖学课程的学生为研究对象。采用传统教学方法的36名学生为对照组,年龄18~22岁,平均(19.7±2.2)岁;其中男性15人,女性21人。采用VR技术与传统教学方法相结合的36名学生为实验组,年龄18~22岁,平均(19.9±2.0)岁;其中男性17人,女性19人。两组一般资料比较差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。所有学生均签署知情同意书,无因故缺席教学和考核者。

1.2教学方法

1.2.1对照组

(1)理论教学:解剖学的难点在于将抽象的理论知识转换成立体的解剖结构。授课教师将知识点按四肢、胸部、腹部、头部等区域进行划分,分版块讲解。充分利用图片、标本、模型等教学用具,培养学生观察能力和空间想象力,同时用文字对知识点进行总结。对于理解难度较大的空间结构关系,比如腹腔干动脉分支情况,要求学生画出动脉流向并及时纠正,培养学生主动学习能力,通过师生交流提高课堂教学效率。(2)实践教学:每节课开课时由授课教师播放尸体解剖教学视频,接着小组分工合作进行解剖。12名学生为一组,轮流解剖一具尸体,同组学生解剖时,其他学生对照课本辨别解剖结构。小组解剖过程中,教师针对具体情况进行指导。

1.2.2实验组

(1)理论教学:教师先通过图片、文字对解剖结构进行讲解,使学生形成初步印象,之后再引导学生使用VR技术全方位观察血管、肌肉、骨骼、器官等结构。观察结束后学生画出解剖结构、教师纠正的方式促使学生主动学习,提高了课堂教学效率。(2)实践教学:实验课安排在理论课之后。教师引导学生先通过虚拟现实技术拆解要解剖的部位,对该解剖结构的大小、形状、空间关系以及解剖方式有更明确的认识,接着分组按传统方法对尸体进行解剖,教师进行指导。授课结束后学生可运用VR技术反复对立体结构进行观察、学习,加深记忆。

1.3观察指标

1.3.1期末成绩

两组授课结束后统一进行期末理论考试和实践考核,考试内容包括总论、下肢、上肢、胸部、腹部、盆部和会阴、颈部、脊柱区、头部、中枢神经系统10个章节,解剖学教学团队按照解剖学教学大纲统一命题,由两位教师进行评分并取平均值作为学生成绩。理论考试成绩占综合成绩的60%,题型包括名词解释、选择和简答题;实践考核成绩占综合成绩的40%,要求学生识别不同解剖结构的图片,写出结构名称。

1.3.2问卷调查

课程结束后,通过问卷调查的方式考查学生对教学效果的评价,包括学习兴趣和主动性、自学能力、学习专注度、团队合作能力、与教师的互动、对知识的掌握和利用、临床思维能力等方面。

1.4统计学方法

应用SPSS22.0软件对研究数据进行分析,计量资料以均数±标准差表示,用t检验进行差异性检测;计数资料用率表示,用卡方检验进行差异性检测。检测水平α=0.05。

2结果

2.1两组期末成绩比较

实验组实践考核成绩和综合成绩显著高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);理论考试成绩略高于对照组,差异无统计学意义(P>0.05),见表1。

2.2两组教学效果评价比较

实验组认为本组教学方法有助于提高学习兴趣、学习主动性、自学能力,促进对知识的掌握和利用,提高发现和解决问题能力以及临床思维能力,达到预期教学目标,与对照组比较差异有统计学意义(P<0.05),见表2。

3讨论

3.1VR技术应用于解剖学教学的优势

3.1.1立体化展示解剖结构,使抽象的知识具体化

高清的立体虚拟影像可直观展示解剖结构,以骨骼为例,学生可细致观察其切迹、关节突、结节等结构,有助于掌握骨关节的连接和运动方式、韧带和肌肉在骨骼上的附着点及其作用等知识点。学生可从不同角度观察立体虚拟影像,增强对解剖结构位置关系的理解。以上纵隔为例,该部分结构复杂,主要解剖结构包括胸腺、头臂静脉、上腔静脉、主动脉弓及其三大分支、膈神经、迷走神经、喉返神经、气管、食管、胸导管,仅看图片难以形成清晰的记忆,而立体虚拟影像可有效解决抽象知识难以理解和记忆这一问题[3-4]。除此之外,VR技术还有助于学生理解各解剖结构如何共同发挥功能作用。学生可通过立体虚拟影像观察完整的解剖结构,比如通过观察全身血管分支和流向了解血液供给,通过观察气管、支气管和肺泡的通路了解气体交换路径。VR技术使抽象的知识具体化,且交互性强,帮助学生在思考中学习,理解掌握相关知识,将理论知识应用于实践。

3.1.2沉浸式教学,调动学生主观能动性

VR技术借助设备和人体感知,提供更接近真实人体解剖结构的立体画面,大幅度提升学生学习体验感,有助于学生通过主动观察进行学习,提高学生学习专注度,进而提高学习能力和学习效率[5]。同时,VR技术打破了学习的时间和空间限制,给学生更多学习机会。传统教学模式下,由于课堂人数众多而教具有限,学生观察机会严重不足;利用VR技术教学,学生只需使用便携式VR设备,便可获得在解剖教室观察标本、尸体的学习体验。

3.1.3教学资源可重复利用,节约教学成本

医学院校学生众多,标本和模型等教学用具损耗快,且实验室尸体来源紧张,急需新的教学方式解决教学用具不足的问题[6]。除此之外,解剖尸体过程中,需要使用手术器械、消毒用品等,这也进一步增加了教学成本[7]。运用VR技术教学仅需使用虚拟现实眼镜,提供了无损耗的实践教学环境,极大地节省了教学资源。

3.2VR技术应用于解剖学教学的不足

3.2.1团队协作和师生互动不足

传统教学模式下学生与教师、同学的互动主要是课上提问以及操作中的沟通、配合,存在互动不足的问题。VR技术给学生提供了沉浸式学习的机会,学生通过观察进行学习,与传统教学方式相比没有更多机会与同学、教师互动。教学团队应积极探索适合的教学方法,利用互联网打造数字化学习交流平台[1]。

3.2.2不可进行虚拟解剖

目前的VR技术还没有解决“触觉”问题,学生不能通过VR技术模拟尸体解剖操作,仍以观察为主[8]。关于VR“手术刀”的研发将弥补这一不足,学生可通过VR技术把“身体”的某个部位“切开”,参与性更高。教师还可以利用VR技术模拟不同疾病的患者,学生可通过虚拟手术得到更多实践机会,积累经验。

4结语

解剖学涉及知识面广,难以理解记忆,需采用适合的教学方法引导学生牢固掌握相关知识。将VR技术运用于教学有效解决了传统教学方法中学生对解剖结构理解不到位、学习主动性不高、教学资源匮乏等问题,提高了学习效率,培养了学生临床思维能力,是一种全新、有效的教学方法。但目前的解剖学教学仍存在师生互动不足、VR技术尚不可模拟尸体解剖操作等问题,需加强解剖学教学模式探究以及VR技术应用研究,为学生提供更好的学习条件,培养更多优秀的医学人才。

作者:包婉莹 陈晓烨 李宛凌 董博思 田亚丽 单位:四川大学华西临床医学院 四川大学华西医院 四川大学华西护理学院