原创 教务处 华工教务 3月13日

面对疫情期间师生无法返校集中上课的困难，医学院丁焕文老师与教学团队同事精心设计授课内容，积极探索线上教学新模式，采用数字化技术、虚拟仿真、3D动画、3D虚拟场景和网络技术等智能教学手段，使学生能便捷地、系统地、生动地掌握这一课程的基本知识和技能，授课充分体现人机结合，教师、学生与课件融为一体，使授课内容更加贴切自然，让学生有身临其境之感。

课程背景

人体解剖学是研究正常人体形态结构的科学，属生物科学中形态学范畴，重点学习各种解剖结构的名称、位置、比邻关系和形态特征，包括系统解剖学、局部解剖学和断层解剖学等。它是一门非常重要的基础课，既是其它基础医学课程的基础，更是将来临床医学课程的基础。授课对象为大学一年级医学本科大学生。

教学难点

人体解剖学教学内容对医学新生来讲知识点多，缺少逻辑推论，存在需要死记硬背和枯燥乏味问题；且填鸭式教学方式缺少学生互动参与过程，容易疲劳和注意力易分散，影响学习效率。常规教学方法采用文字、图谱结合尸体标本观察实习等方式，存在以下问题：手工绘制的平面图像缺少直观性和立体感，尸体标本观察存在来源有限，学生学习时间与空间受限问题，甲醛防腐存在环境污染和人体损害问题等。线上教学由于缺少身体语言辅助会更抽象，讲解难度加大、另外更关键的是线上教学不能进行尸体标本实习。

这些问题在虚拟仿真、现代视觉科技VR/AR/MR、物联网等人工智能技术高度发展的前提下，完全可以有更好的方式如采用解剖结构高质量3D虚拟场景和现代视觉科技手段加以解决，同时借助网络技术、多媒体技术和远程输送等建立远程智能教育模式可以很好地解决上述问题。人体解剖智能教学法采用3D虚拟场景三维立体、直观动态地显示解剖结构的形态特征，安排虚拟实训场景替代尸体标本实习过程，较好解决了以上问题。

教学方案

在课程设计中广泛采用了三维重建、3D动画、虚拟仿真、先进视觉科技和网络技术等人工智能技术来辅助教学过程，从以下几个方面进行了教学方法创新：采用3D虚拟解剖模型清晰视图、3D动画视频、3D虚拟场景建设、模型网络传输、模型显示方法与效果等方面进行了系列研究，并且增加了学生自主参与和互动操作、课后练习与评分等环节以提高学习效果。整个学习过程在QQ群内以群课堂的方式组织全班远程学习。

（一）3D虚拟解剖模型视图全面、清晰显示解剖结构形态

人体解剖学课程学习难点之一是需要学生短期内掌握大量解剖解剖的形态结构，因此解剖图像反映的信息、清晰程度、立体效果等图像质量非常重要。为了让学生可以快速和轻松掌握解剖知识，丁老师团队将常规解剖图谱转化为各种三维模型六方位视图，解决了常规解剖图谱图像模糊、视图不完整等问题（图1）。解剖结构3D虚拟模型视图是同一模型从上、下、左、右、前、后六个投照方位的精准视图，具有很好关联性，而且图像清晰、立体感强，视觉冲击力强，靓丽、精致的图像增加了学习趣味性（图2、3），容易给学生留下深刻映像，加深记忆效果。

图1：常规插图   图2：三维模型视图前视图、右侧视图

图3：三维模型上方视图、后视图、右侧视图和下方视图

（二）解剖模型动态视频直观、动态呈现解剖结构形态

采用动画软件制作解剖模型在各方位动态视频，如分别在垂直轴和水平轴上360度旋转视频，直观、动态、精准显示解剖模型的三维形状，全方位、无死角、完整地呈现解剖模型。通过观看视频可以帮助学生在脑海中轻松和快速形成解剖结构的初步形态结构（图4）。

图4：解剖结构动态视频

（三）开发解剖结构3D虚拟场景完美呈现解剖结构形态

为了学生能够主动参与和互动操作，增加学习兴趣，教学团队与企业合作开发出各种解剖结构的3D虚拟场景，进一步将解剖结构3D模型精细处理、优化和完善，简化模型和减少数据量以利于网络传输，最后上传于云端服务平台并生成解剖结构三维场景二维码，让学生们可以在电脑上动态浏览解剖模型3D虚拟场景（图5）、也能在手机和ipad上微信识别二维码方式打开3D虚拟场景（图6），在移动终端上可以随时随地打开，完全克服了课程学习和实习过程的时间与空间限制，而且可让学生自主参与和进行互动操作，任意旋转、移动选择自己感兴趣区域，任意放大了解解剖结构的细节形态。

图5：云平台浏览解剖模型三维场景

图6：解剖结构三维场景二维码

针对颅骨形态结构特别复杂情况，根据学校在线教学课程安排，丁老师在开课前2周集中攻关进行颅骨虚拟场景构建，短短2周时间内颅骨虚拟场景3D模型不断修正、优化，顺利完成了三次迭代升级，使模型不断优化而且非常逼真（图7）。

图7：颅骨虚拟场景开发

（四）QQ群课堂组织人体解剖学远程教学

为了组织好远程教学，建立2019届系统解剖学远程教学QQ群、远程教学教师QQ群（图8）。在教师QQ群交流探讨远程教学方法和经验，在远程教学QQ群内组织实施网络教学。人体解剖教学课件存在大量高精度图片、视频、3D模型和3D虚拟场景，文件数据量加大，在QQ群内上传方便，现有4G网络速度完全可以达到要求。

远程教学过程中开设聊天室、群课堂两个页面，分别传送不同资料，QQ群课堂可以完成在线视频播放、屏幕分享、PPT分享等功能开展在线教学。采用在线屏幕分享可以给学生分享软件操作和解剖结构3D虚拟场景操作方法（图,9），ppt分享可以在线讲解ppt内容(图10)，影片分享可以在线播放各种解剖模型3D动画视频（图11）。通过虚拟解剖实训场景进行虚拟实习演练。

图8：建立教学相关QQ群   图9：群课堂在线屏幕分享

教学效果

智能解剖教学新方法以超强、震撼的视觉体验让学生对人体解剖结构留下深刻映像和记忆，学生普遍反映三维场景学习非常直观，映像深刻，能够在类似游戏的体验中轻松获取新知识。

学生全程主动参与和进行互动操作，增加了学习过程的沉浸感和参与度，克服了容易疲劳和注意力分散问题，提高了学习效率。

课后调查结果显示：100%的学生均学会和尝试了三维场景打开和互动观察方法。100%的学生认为虚拟场景辅助人体解剖学习作用较大，普遍认为智能化解剖教学有以下优点：1.直观逼真显示；2.快速建立解剖结构三维立体形状；3.随时随地解剖模型三维显示，打开查阅方便；4.提高了学习兴趣。

教学团队在课后进行了相关临床案例介绍和演示，希望可以让学生尽早建立临床思维，调查显示同学们都认为相关临床案例分享很有必要。

也有一些同学就人体解剖智能教育提出了很好建议，如有3位同学建议3D技术非常清晰，建议建一个公众号，方便大家学习；也有同学在体会中谈到这个教学模式很新颖，令人喜欢，课堂最后临床案例分享也很大程度上调动了学习兴趣。

教学思考

以虚拟仿真、现代视觉科技如VRAR/MR结合网络技术等进行远程、智能教学是未来教学新的发展趋势，其最大优点是3D动画视频、3D虚拟场景显示解剖结构三维、立体、直观、生动，视觉冲击力强，方便学生理解和记忆，更好辅助学生快速掌握解剖结构的形态特征，有自主参与和互动环节，漂亮的三维场景和类似游戏的体验使学习过程相对轻松愉快。另一方面，由于3D虚拟模型缺少大小尺寸等方面的参照，缺少景深和解剖层次，因此目前还不能完全替代尸体解剖实物观察，但3D虚拟场景观察学习具有很好辅助效果，能够减少尸体解剖实习的份量，减少对尸体解剖的依赖性。

解剖结构3D虚拟场景建设、虚拟仿真、现代视觉科技技术、网络技术与医学教育相结合开拓了人体解剖学远程智能医学教育新模式，未来5G网络下会有更好前景，这种创新医学教育模式尤其在人体解剖学、组织胚胎学等形态学课程教学方面具有更大的作用。