基于3D数字标本和手势比拟法的智慧课堂在正常人体学教学中的实践

Practice of smart classroom based on 3D digital specimens and gesture analogy method in normal anthroposomatology teaching

摘要

目的 探讨基于3D数字标本和手势比拟法的智慧课堂在本科护理专业正常人体学教学中的应用效果。 方法 选取2021年和2022年入学的本科护理专业学生111名为研究对象，2022级为试验组（n=54），实施基于超星学习平台+3D数字标本的手势比拟教学法；2021级为对照组（n=57），实施传统教学法。教学结束后，通过阶段性理论测验成绩、阶段性实验测验成绩和期末考核成绩比较两组教学效果，并通过问卷调查比较两组学生对教学效果的满意度。 结果 试验组的阶段性理论测验成绩、阶段性实验测验成绩、平时成绩、期末考试成绩和总评成绩均高于对照组（P＜0.05）。 结论 基于3D数字标本和手势比拟法的智慧课堂能提高正常人体学的教学效果，激发学生的学习兴趣，提高分析和解决问题能力、语言表达能力、空间思维能力、创新思维能力、自主学习能力、团队合作能力，值得推广应用。

Abstract

Objective To explore the effectiveness of using Chaoxing learning platform based on gesture analogy teaching method and 3D digital specimens in normal anthroposomatology teaching for nursing undergraduates. Methods A total of 111 nursing undergraduates enrolled in 2021 and 2022 were selected as the subjects. The 2022 cohort served as the experimental group (n=54), implementing the gesture analogy teaching method based on Chaoxing learning platform and 3D digital specimens; the 2021 cohort served as the control group (n=57), implementing traditional teaching methods. The effectiveness of these teaching approaches was compared between two groups based on scores from periodic theoretical tests, practical tests, and final assessments. Student satisfaction with the teaching methods was also compared by using a questionnaire survey. Results The experimental group outperformed the control group in periodic theoretical scores, practical test scores, usual score, final examination scores and total score (P＜0.05). Furthermore, the experimental group expressed higher satisfaction with the teaching method. Conclusion The gesture-based teaching method utilizing the Chaoxing learning platform and 3D digital specimens can enhance the effectiveness of human anatomy education, stimulate students' interest and improve their skills in analysis and problem-solving, verbal communication, spatial thinking, creative thinking, self-directed learning, and teamwork. This method is worthy of broader application.

Graphical abstract

关键词

正常人体学 / 超星学习平台 / 手势比拟 / 3D数字标本 / 教学方法

Key words

normal anthroposomatology / Chaoxing learning platform / gesture analogy / 3D digital specimens / teaching method

正常人体学是研究人体正常形态结构和功能的科学，是护理专业学习其他专业课和临床课的重要基础，教学质量和教学效果对后续课程的学习有着重要的作用。人体器官结构复杂，概念繁多，信息量大，医学名词、专业术语抽象且枯燥乏味，学生在有限的时间内，难以理解和记忆。在传统教学过程中，以教师讲授理论知识为主，不仅不利于图文转化、建立形态学科思维，也无法将基础知识向临床实践能力进行转化，学生自主学习理念、自主学习方法，相对薄弱^［1］。智慧学习环境以学习者为中心，通过人工智能技术与教师教学相互融合，实现物理环境与虚拟环境的融合，让学习者能够获得适宜的个性化学习服务和美好的发展体验^［2］。在教学过程中，帮助学生处理好平面与立体、局部与整体的关系，建立人体结构空间思维模式，形成形象记忆，是学好这门课程的关键。3D数字标本在医学教育中有着广泛的应用，从纵、横、深3个方向构图，实现图像的立体效果，能直接刺激视觉和听觉，真实直观地向学生展示复杂的解剖结构，对学生学习和记忆知识有积极作用^［3］。在医学教育中，非语言交际中的手势语言，在形态学科，如解剖学教学中使用得当，可以化繁为简，提升课堂教学的有效性^［4］。为此，在前期线上线下混合式教学研究的基础上，本研究借由手势语言，挖掘和开发“手势解剖”，巧用手势比拟器官的位置毗邻和形态结构，结合3D数字标本搭建智慧课堂，取得了较好的教学效果。

1 对象与方法

1.1 研究对象

采用方便抽样法，抽取上海健康医学院2021级和2022级护理专业学生111名作为研究对象。2021级57名学生为对照组，全部课程均采用传统教学法。2022级54名学生为试验组，采用手势比拟结合3D数字标本构建智慧课堂。两组学生的人数、年龄、性别比例及前期学习成绩等基础资料比较，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。

1.2 研究方法

两组学生的授课教师、教学进度、教材及教学大纲一致。

对照组：采用传统教学法，以教师讲授、学生听课为主。教师课前下发预习资料，课上结合PPT和板书系统讲解正常人体学相关知识点，最后进行归纳总结，课后布置习题作业促使学生理解、记忆和巩固。

试验组：基于超星学习通在线课程平台（https：//www.chaoxing.com/），采用手势比拟结合3D数字标本的教学方法，具体实施过程见图1。

1.2.1 教学资源准备

（1）“手势解剖”素材挖掘。教师基于正常人体学的形态学科特点，以教学大纲为基准，对教学内容进行全面梳理，以器官系统为主线，结合国内外最新文献，在人体各系统中挑选出适用于进行手势示意的教学内容或形态学知识点，并进行创新^［1］（表1，图2-3）。

（2）融合3D数字标本构建线上资源库。选用3D数字化云解剖平台（https：//www.yunjiepou.com/）和学习通在线课程平台进行线上资源库建设。3D数字标本将高清数字解剖互动教学系统与实物标本数字化系统相结合^［5］。基于对真实的解剖标本进行多角度、多层次图像采集后进行三维重建。学生应用虚拟仿真系统，将虚拟的3D标本自由旋转、放大、缩小、拆分、透明，充分了解结构的具体形态、毗邻结构，增强理解，加深记忆，深入研究身体各个系统和器官的结构^［6-10］。在线平台可通过网页端和手机微信端小程序运行，易于搭建智慧课堂。在优选知识点和挖掘“手势解剖”资源的基础上，教师结合3D数字标本，制作授课课件和识图试题库，构建线上资源库。此资源库既可用于混合式教学资源建设，也有助于开展课堂教学和测试。

1.2.2 教学实施

（1）课前（线上）。开课前一周，教师结合每堂课的教学目标将知识点进行碎片化分解，将教学课件、导学案、相关视频资料、网页链接等上传到超星学习通平台，发放课程通知；学生根据章节引导，利用线上资源库进行预习和自学。对学生进行分组，鼓励学生参与“手势解剖”素材的挖掘，要求学生完成在线课前测评或分组讨论，教师根据学生完成情况进行学情分析，了解学生学习过程中的问题和难点。

（2）课中（线下+线上）。教师根据学生课前的学习情况及反馈情况，在各教学单元中导入相应教学场景，围绕上述优化的知识点利用手势比拟法进行精讲，借助3D数字标本对理论知识进行巩固，进一步培养学生关于器官形态结构的空间思维能力。之后，引导学生学以致用，让学生走上讲台，在理解手势语言的基础上深入浅出，通过自身模拟、动作记忆加深理解；并通过平台开展随堂测试，即时检验学生学习效果。在每一个大的器官单元完成后，教师适时进行单元小结考核，以理论测试和图片标本测试相结合的方式，考查学生对解剖学相关知识的掌握和内化情况。

（3）课后（线上）。学生利用线上资源库对课上内容进行复习巩固。教师通过超星学习通进行答疑，布置课后作业：单元测验、笔记展示、绘制思维导图、根据知识点分组录制手势比拟讲解视频等。

1.2.3 教学评价

（1）教学质量评价。本课程教学质量评价包括过程性评价和期末考试成绩相结合的方法。①过程性评价=阶段性理论测试（50%）+阶段性实验测试（50%）（为保证可比性，采用解剖学实验模型）。上述阶段性测试在对照组和试验组相同的教学阶段进行，考试范围和难度一致，分数按照40%权重计入总评。②期末考试采取闭卷考试形式，成绩满分为100分，考试要求一致，评分标准统一，试卷题型为单选题、名词解释、简答题和案例分析题，分数按照60%权重计入总评。

（2）教学方法和效果评价。教学方法和效果评价采用自制问卷调查形式，包括教学效果满意度评价和教学方法满意度评价两个方面。①教学效果评价：分析两种教学方法对学生综合能力影响，评价内容包括：提高分析和解决问题能力、提高语言表达能力、提高空间思维能力、提高创新思维能力、提高自主学习能力、提高团队合作能力6个条目，分非常不认同、不认同、一般、认同、非常认同5个维度，认同度=（非常认同+认同）/总人数×100%。②教学方法满意度调查：对试验组学生发放问卷调查，内容包括：创新的教学方法、突破时空限制、激发学习兴趣、加强师生互动、提高学习效率、有利于知识点的理解和记忆。分非常不满意、不满意、一般、满意、非常满意5个维度，满意度=（非常满意+满意）/总人数×100%。统计分析学生对教学方法的认可程度。

1.3 统计学方法

采用SPSS 27.0统计软件进行处理分析，计量资料以均数±标准差（x±s）表示，组间比较用t检验；计数资料用以频数和百分比［n（%）］表示，组间比较用χ²检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 两组学生的学习成绩比较

试验组的阶段性理论测验成绩、阶段性实验测验成绩、平时成绩、期末考试成绩和总评成绩均高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）（表2）。

2.2 两种教学方法对两组学生综合能力影响比较

与对照组教学方法相比较，试验组教学方法更能显著提高学生分析和解决问题能力、语言表达能力、空间思维能力、创新思维能力、自主学习能力、团队合作能力，差异有统计学意义（P＜0.05）（表3）。

2.3 学生对超星学习通+3D数字标本的手势比拟教学法满意度调查

调查结果显示，92.59%的学生认为超星学习通+3D数字标本的手势比拟教学法是一种创新的教学方法，72.22%认为其教学过程中可以突破时空界限，83.33%认为可激发学习兴趣、加强师生互动，88.89%认为可提高了学习效率，81.48%认为有利于知识点的理解和记忆（图4）。

3 讨 论

本研究通过在正常人体学教学中运用超星学习通+3D数字标本的手势比拟教学法，旨在探索建立新的护理专业正常人体学教学模式，笔者认为该方法具有以下一些优点和创新性。

3.1 加强师生互动，激发学习兴趣

正常人体学作为一门医学基础课程，授课对象是大一的新生，他们刚刚步入大学校园，喜欢探索新鲜事物，对未知的知识领域充满好奇和期待，学习之初都抱有极大的热情。然而，解剖学课程课时少、内容多、概念抽象、理论性强，传统的教学以教师讲授为主，形式单一，缺乏新意，影响了学生的学习热情。随着学习的深入，学生在学习中常常感到困难重重，逐渐失去学习兴趣，从而导致他们在课堂上很难长时间地集中注意力。采用智慧学习环境下手势比拟教学，可有效拓展学习的时间和空间，发挥教师的主导作用和学生的主体作用，有助于激发学生在教学活动中的主动性。将抽象的学习内容可视化、形象化，为学生提供传统教材无法实现的沉浸式学习体验，提升学生获取知识的主动性，实现更高的知识保留度。

学生对超星学习通+3D数字标本的手势比拟教学法给予了充分肯定。借助该教学法可以加强师生互动，有效地改善课堂气氛，使枯燥的专业知识趣味化，提高学生学习的积极性，有利于激发学生学习兴趣，促使其主动完成学习任务。如在肝外胆道的教学过程中，活用左手三指手势类比肝左、右管，肝总管，胆囊管，胆总管的位置和结构关系，可以消解难点、化繁为简，方便学生理解和记忆的同时，也可以有效增加师生互动，提升课堂趣味性，在此基础上还可以用右手类比肝的脏面，将胆囊三角的组成直观展现；又如教师在讲解肾段内容时，结合肾动脉的走行和分支，巧妙运用握拇指“比四”手势，增加记忆点，也有助于培养学生对形态学科的学习兴趣，强化内在学习动力^［1］。

3.2 建立形象思维，加强理解记忆，提高学习成绩

正常人体学课程授课过程中的最大特点就是图文并茂，看图说话，以文字配以插图进行描述。通过对图片和标本的观察、辨认、识别，从而建立起对人体结构的立体空间思维模式，形成形象记忆，是学好该课程的关键^［1-2］。然而，人体结构抽象复杂，学生在学习过程中很难将抽象的平面结构转换为立体结构，处理好局部与整体的关系。

非语言交际是指通过手势、面部表情、眼神、动作姿态、音量、语速等非语言行为来传情达意的一种交流手段。研究^［11］表明非语言交际在课堂教学中起着关键作用。面对较为复杂的人体形态结构时，巧用手势比拟，学生可以有效发挥教学主体作用，用简易的手势配合动作记忆加深理解，对形态学知识进行内化^［12-13］。手势比拟法和3D数字标本交互结合，有利于学生了解和掌握知识点完整性和相关性，能够促进形成可持续记忆，积极推动学生进行自主学习，构建从平面到立体、从局部到整体的知识链接，加强形象思维和逻辑思维能力的关联。

借助超星学习通+3D数字标本的手势比拟教学法可以调动学生左脑逻辑思维与右脑形象思维协作转换，提升形象思维能力。起到化繁为简、变抽象为具体的作用，对突破难点、强化重点具有事半功倍的效果，使学生对知识的理解更加深刻，记忆保持更加持久，有利于学习成绩的提升。超星学习通+3D数字标本的手势比拟教学法提高了教师的授课质量与学生的学习成绩教学效果良好。

3.3 全方位提升学生的综合素养

充分利用人工智能、大数据、“互联网+”、虚拟仿真等技术，建立“互联网+教育”大平台，可以根据学生情况安排和调控课堂教学、课后作业和学习活动，培养学生的创新与合作、认知与系统思维，可以使“课前-课中-课后”的各个教学环节更加智能、精准和高效，有效提升教学质量和教学效果^［14］。本研究使用的云解剖平台可以让学生在课堂上通过手机或其他电子设备快速自行查看和理解3D的解剖学结构，搭建简易智慧课堂，进而覆盖课前、课中及课后整个教学环节，打破了时间、空间限制，不仅有助于提升学生对人体结构的空间思维、想象和分析能力，还能够将碎片化的知识点整合为一个个模块，再由模块构建系统化的解剖学知识体系，全方位提升学生的综合素养。此外，在提升信息化技术能力的同时，教育理念也需要更新，教师做课堂的主导者和设计者，灵活运用不同角色引导学生积极参与丰富多彩的课堂教学活动。学生需要较强的自律性，能够按时完成课前预习，课堂讨论和交流中要积极思考、主动发言。

由表3可知，以知识点为中心，辅以3D数字标本开展手势比拟教学，可以激发学生的空间想象力，建立形象思维，便于加深对器官结构的理解与强化记忆，将知识重点内化于心，让知识网络更清晰。线上与线下教学整合，将课堂延伸至课前与课后，通过将教学内容前置，引导学生自主学习，提升了学生独立思考，分析问题和解决问题的能力。课堂上师生互动和课后分组录制手势比拟视频，可以提高学生参与度，增强创新思维能力、语言表达能力和团队协作能力。

3.4 有利于师资队伍的建设

教师开展教学改革研究的过程，本身也是自主学习与自我完善的过程，在课题研究过程中，通过手势比拟素材的收集，3D数字标本的应用，资料库的完善，智慧课堂的搭建，教学技法技巧探索等可以实现教师教学水平与综合素质的提升。

4 结 语

本研究应用超星学习通+3D数字标本的手势比拟教学法，虽然能够发挥多功能教学，将教与学过程从低阶向高阶推进，提高解剖教学质量，但是，现有研究也需要进一步完善和优化，如手势比拟资源的挖掘和融合也需要多轮实践，笔者在一项前期研究中发现在同年级的平行班中进行该教学方法改革，也取得类似的结果，但是教师团队的教学风格和教学模式也有必要进一步标准化^［1］。另外3D数字标本的智慧融入也对教学环境以及教师素养提出更高的要求^［15］。融合后的课程评价体系建设也需要标准化处理，从而更好地推进教学改革，提升教学质量。

综上所述，本教学改革实践依托超星学习通平台，以学科内容为落脚点，构建借助3D数字标本，通过简明易懂、动作记忆为主的手势比拟教学，构建智慧课堂，有效消解教学难点，提升了正常人体学教学的趣味性和有效性。以学生为中心，充分发挥教师的主导作用，实现由“教”变“学”的教学效果。将课堂教学延伸到课前和课后，学生通过自主学习内化形态学知识，可满足个性化学习要求，提升学习成绩和综合素养。在智慧学习环境下实施手势比拟教学的新型教学方法能够让学生学习由被动转为主动，培养团队协作能力，提升空间思维能力，加强对解剖学知识的理解和记忆，提高分析及解决问题的能力，对后续课程学习具有较好的促进作用。

参考文献

[1] 吕叶辉， 李志宏， 吴学平， 等. 手势比拟结合3D实物标本在解剖学中的实践探索［J］. 基础医学教育， 2023， 25（7）： 614-616.

[2] 吴学平， 吕叶辉， 李志宏， 等. “智慧学习环境”结合CBCL教学模式在正常人体学教学中的应用与探索［J］. 中国高等医学教育， 2021（8）： 51-52.

[3] Keenan I D， Ben Awadh A. Integrating 3D visualisation technologies in undergraduate anatomy education［J］. Adv Exp Med Biol， 2019， 1120： 39-53.

[4] Yohannan D G， Oommen A M， Amogh B J， et al. "Air anatomy"-teaching complex spatial anatomy using simple hand gestures［J］. Anat Sci Educ， 2022， 15（3）： 552-565.

[5] 宋子凡， 张剑凯， 杨春， 等. 虚实结合的TBL教学法在局部解剖学实验教学中的应用［J］. 基础医学教育， 2021， 23（11）： 794-796.

[6] 吴锋， 缪化春， 龚鑫. 肺段3D打印标本在断层解剖学实验教学中的应用［J］. 皖南医学院学报， 2023， 42（1）： 87-89.

[7] Agbetoba A， Luong A， Siow J K， et al. Application of 3D-printed pulmonary segment specimens in experimental teaching of sectional anatomy［J］. Int Forum Allergy Rhinol， 2017， 7（2）： 143-148.

[8] Wainman B， Wolak L， Pukas G， et al. The superiority of three-dimensional physical models to two-dimensional computer presentations in anatomy learning［J］. Med Educ， 2018， 52（11）： 1138-1146.

[9] 卓飞， 盛华均， 龚霞， 等. 基于三维立体结构的断面与影像解剖学教学实践［J］. 基础医学教育， 2021， 23（2）： 126-128.

[10] 张韩静， 刘俊杰， 陈文康， 等. 3D数字模型系统辅助CBL教学法在肝胆外科临床教学中的应用［J］. 医学教育管理， 2022， 8（4）： 442-446.

[11] 宋梅， 张录侠. 教师非语言交际行为对课堂教学的影响［J］. 陕西师范大学学报（哲学社会科学版）， 2003，32（S2）： 63-66.

[12] 赵雨亭， 王志江， 孙建淼， 等. 空气手势教学法在肩关节运动解剖教学中的应用［J］. 医学教育研究与实践， 2025， 33（1）： 102-108.

[13] Hill R V， Nassrallah Z. Teaching and learning neuroanatomy with gestures： a description of two simple hand models［J］. Med Sci Educ， 2023， 33（5）： 1035-1037.

[14] 何柳， 朱从丽， 郑勇， 等. 混合式教学在人体解剖学中的实践［J］. 基础医学教育， 2021， 23（10）： 673-675.

[15] 杨蓬勃， 靳辉， 张建水， 等. 3D解剖学教学软件在人体解剖学教学中的应用现状［J］. 基础医学教育， 2018， 20（1）： 49-52.

基金资助

2024年度上海健康医学院课程思政教学研究专项(CFDY20240084)