三维打印对“系统解剖学”教学的辅助作用

［摘 要］ “系统解剖学”教学在医学和生命科学领域有着至关重要的地位，但传统的教学方法仍存在一些局限性和挑战。三维打印模型作为一种创新的教学工具，为解决这些挑战提供了新途径。首先，三维打印模型能够模拟解剖结构，为学生提供更直观、实际的学习体验，激发其学习兴趣。其次，这些模型可以在资源匮乏或难以获取人体标本的情况下替代传统的解剖教材，降低成本和法律风险。此外，三维打印模型能够增强学生的学习体验感和理解程度，结合多种方法和实例来辅助解剖教学。同时，教师须要适应这种新教学方法，接受一定的培训和指导。总体而言，三维打印模型能为解剖学教育教学带来新的可能性，推动解剖学教学质量的提升，为学生提供更丰富、互动性更强的学习体验。

［关键词］ 系统解剖学；三维打印；教学解剖模型

［基金项目］ 2021年度中央高校基本科研业务费专项基金“TTFields技术治疗消化道肿瘤的分子机制和临床应用研究”（ZK1090）

［作者简介］ 杜 丹（1979—），男，重庆人，博士，厦门大学医学院教授，博士生导师，主要从事肠道结构和肠道微生态的时空分布的功能相关性研究。

一、“系统解剖学”教学的重要性

系统解剖学是医学领域的基础，是医学生和医疗专业人员须掌握的必要知识和技能［1］。解剖学不仅在临床实践中发挥着关键作用，而且支持着医学研究和创新，推动着医学领域的不断进步。在临床诊断和治疗方面，解剖学是医生深入了解人体内部结构的基础，有助于其确诊疾病、评估损伤、制订治疗方案以及进行外科手术。在外科手术技能培养方面，它能帮助外科医生进行手术操作，降低手术风险，确保手术的成功［2］；它能帮助病理学家诊断疾病并研究疾病机制，通过检查组织标本确定疾病性质；它能协助医生选择适当的药物剂量和途径，从而改善患者的医疗体验和治疗依从性。此外，解剖学为医学研究和创新提供了基础，促进了治疗方法、医疗设备和药物的新发展。同时，解剖学教育有助于医疗专业人员更好地向患者解释其疾病或症状，并提供有针对性的医疗建议。

尽管人体的解剖结构相对稳定，但医学领域的知识和技术仍在不断进步。因此，“系统解剖学”课程须要随之更新，以反映新的医学进展和技术。传统的“系统解剖学”教学依赖人体标本解剖和二维图像，但这些方法有时难以使学生全面理解三维结构和生物学过程。因此，现代教学方法如虚拟解剖和三维打印模型正在成为改进医学教学质量的有效工具［3］。本文主要关注三维打印在“系统解剖学”教学中的应用，这一创新教育方法可以通过实际的三维打印模型呈现复杂的解剖结构，帮助学生更深入地理解和学习，提高学生的教育体验和知识水平［4-5］。

二、借助三维打印模型进行“系统解剖学”教学的优点和局限性

人体标本是“系统解剖学”教学中重要的教具之一，然而除了高昂的成本和维护费用之外，还需要特定的储存设施，且血管等细微结构并不能完整保留和展示［6-7］。三维打印技术在“系统解剖学”教学中的应用在一定程度上解决了上述问题。利用三维打印模型辅助“系统解剖学”教学，具有一系列显著的优点，如提升学生的学习积极性，提高教学质量［8］。首先，它在视觉上高度还原了真实解剖结构的外形、大小、比例和细节，有效弥补了实物标本不足的问题。其次，三维模型的逼真程度近乎真实，能将抽象的解剖结构转化为具体的实体，使学生直观地观察和触摸解剖结构，增强理解程度和记忆效果。再次，三维模型能够呈现结构的立体特征，可较高精度地还原和重建骨性特征如颌面部的特征［9］，有助于学生深入理解结构的复杂性。此外，模型能促进个性化学习，学生可以根据兴趣和需求选择特定结构进行学习，从而打造个性化学习体验。激发学生学习兴趣也是三维打印模型的优势之一，制作精美的模型可以激发学生对解剖学的兴趣，提高学习动力。对于一些复杂的、难以获得的解剖结构，三维打印模型能够呈现细节和内部构造，填补实物标本结构复杂或不足造成的教学空白，加深学生对该领域的理解［10］。

同时，三维模型的跨学科整合功能十分强大，可以用于整合解剖结构与其他学科的内容，如生理学、病理学等，使学生更好地理解不同学科之间的关联［11］。制作三维打印模型来模拟疾病器官的结构是一种非常有用的教育方式，特别是在病理标本不容易获得的情况下。这种方法可以帮助学生更好地理解疾病组织器官的结构和变化。对于医学专业的学生来说，三维模型可以用于模拟手术操作，培养实际操作技能［12］。通过充分利用这些优势，教师可以在“系统解剖学”教学中创造更加丰富、直观、具备参与性的学习体验，提高学生对解剖学知识的理解和掌握程度。

三维打印模型在“系统解剖学”教学中呈现出许多优点，但也伴随着一些局限性。首先，三维打印技术和所需材料的费用及时间成本较高［13］，可能会给学校或教育机构的预算带来一定压力。其次，制作和操作三维打印机需要一定的技术知识与技能，因此教师和学生可能需要接受额外的培训。另外，由于三维打印分辨率存在技术限制，一些微小的解剖结构可能无法以等比例准确呈现。

三、利用三维打印模型辅助“系统解剖学”教学的方法

利用三维打印模型进行“系统解剖学”教学，可以为学生提供更直观、实际的学习体验，以协助他们更深入地理解人体结构。

首先，通过三维建模软件设计所需的人体结构模型，可使用已有的解剖学数据进行建模，或者依赖于开源的三维模型库。接下来，将设计好的模型传输至三维打印机，以便进行打印。根据学生的不同层次，可选择合适尺寸的模型。如初学者可以选用较大的模型，以便更轻松地观察，而进阶学生可以选择较小的模型，以更仔细地研究结构细节。此外，三维打印技术不仅能够打印固体结构，还能够利用不同材料模拟器官的质地，例如，可模拟软组织的弹性，以使学生更加真实地感受不同组织的特点。在设计三维模型时，可以将结构分层，使学生逐层拆解，逐渐理解器官的内部结构。这种分层展示能够协助学生更清晰地理解复杂的解剖关系。此外，可以采用问题驱动学习的方法，通过提出问题来引导学生观察模型、寻找答案。例如，让学生找到特定的器官，并解释其功能以及与相邻结构的关系。

另一个关键步骤是安排学生完成与模型相关的作业或项目，包括要求学生设计模型、撰写与模型相关的解剖学报告等。这样的任务可以激发学生的创造力和实际操作能力。学生也可以在模型上进行探索性学习，回答问题，从而激发其好奇心和主动性。个性化教学是一个有价值的策略，可以根据学生的兴趣和学习方式进行调整。学生可以选择感兴趣的模型进行深入学习，例如，学生可以选择制作特定解剖结构的模型，如人体神经系统、消化系统或生殖系统等，从而实现个性化学习。另外，可以采用小组的学习方法，将学生分成小组，引导他们在模型前进行讨论，包括要求他们解释某一结构的作用或者探讨不同结构之间的关系；也可以让每个小组研究不同的模型部分，然后分享其研究成果，从而促进合作学习和知识交流。

将打印好的模型带入课堂也是非常重要的一个步骤，这样学生可以亲自触摸、拆解和研究模型。在学生进行操作模型的过程中，教师可以结合讲解解剖学知识，使解剖学更加生动有趣。设计可拆卸和组装的模型有助于学生进行实际操作，锻炼操作技能。例如，可设计一个可拆卸式的心脏模型，让学生观察心脏的各个腔室和瓣膜。

此外，三维打印模型能够将解剖学知识与其他学科相融合，如解剖与生理学、病理学等，有助于学生更全面地理解人体结构与功能之间的关系［14］。同时，将三维打印模型与临床实践相结合，能使学生认识到不同疾病对结构的影响。以心脏瓣膜病变的模型为例，通过这一模型，学生可以更深入地了解其对心脏结构的影响。此外，引入临床案例并要求学生基于模型推测解剖学问题和诊断，有助于将解剖学知识应用到实际情景中。另外，制作展示不同疾病病理变化的模型能帮助学生认识这些疾病对结构的影响。比如，展示肿瘤在不同器官中的位置和对器官功能的影响，可以帮助学生更深入地理解疾病的病理生理学。研究者使用三维打印技术模拟空间结构复杂的颅面模型，可提高学生对颅缝闭锁疾病模型生理结构的长期记忆和理解［15］；对于医学专业的学生来说，三维打印模型可以用于手术模拟实践，让他们在模型上进行解剖手术的模拟，从而锻炼操作技能，并将理论知识与实际操作相结合，如进行虚拟手术训练或模拟器官移植手术等复杂外科程序的实践。这样的实践不仅有助于提高学生的技能水平，而且为他们未来的临床工作提供了宝贵的经验。

四、用于“系统解剖学”教学的三维打印模型实例

三维打印模型在“系统解剖学”教学中的应用非常广泛，以下是一些可用于教学的主要模型示例。

1.心脏解剖模型：制作一个可拆卸的心脏模型，学生可以逐层观察心脏的外部和内部结构，包括心房、心室、瓣膜和心脏血管走向等［16］。通过拆解模型，他们能更好地理解心脏的功能和血液流动。

2.关节模型：制作一个关节的模型，如膝关节或肩关节［17］。通过模型，学生可以了解关节的构造、软骨、滑液等组成部分，更深入地理解关节的功能和运动。

3.解剖手术模型：面向医学专业学生，可以制作一个模拟手术的模型，如心脏搭桥手术。学生可以在模型上进行模拟手术，锻炼操作技能。

4.器官病理变化模型：制作一个肿瘤的模型，将其放置在特定器官的位置，让学生了解肿瘤对器官的影响和相邻结构的变化。

5.跨学科整合模型：打印一个综合模型，将解剖结构与生理学、病理学等内容进行整合。例如，制作一个呼吸系统模型，展示气管、肺部结构，同时显示气体交换的过程。

这些实例可以根据教学目标和学生需求，结合个性化学习和团队协作模式进行教学。近年来，三维打印技术在“系统解剖学”教学中也不乏尝试和改进，麦考瑞大学通过对人体骨骼表面的三维扫描制成了具有高准确性的骨骼模型，同时保留了真实骨组织的视觉和触觉，并正式将其投用于教学中［18］；Sofiah等［19］以热塑性聚氨酯/橡胶混合物为材料，利用真实的人脑MRI图像用于形成三维打印的解剖模型，如此不同于普通硬塑料材质的软解剖模型，提高了仿真程度，大大提高了学生在学习过程中的感官体验和学习兴趣。

五、三维打印模型教学对“系统解剖学”教师的要求

在利用三维打印模型进行“系统解剖学”教学时，教师须要具备一系列的技能，以确保教学的有效性。

首先，教师须要具备深入的解剖知识，对解剖学知识有深入的理解，包括结构、功能、相互关系等［20］，以便能够结合教学大纲和教学重点精确地设计并制作三维打印模型，并提供详细的解释。其次，三维打印和解剖学是两个完全不同的领域，要促进两个学科的融合发展，教师应熟知三维建模和数据处理［21］，熟悉三维建模软件，结合教学重点创建、编辑和优化解剖结构的模型，并突出知识重点［22］。这就需要教师具备一定的计算机技能和空间想象能力。再次，教师须要具备教学设计能力，能将解剖知识与三维打印技术相结合，根据现代医学的进展，设计新的或有针对性的模型，使抽象的解剖概念变得更加具体和可视化。此外，教师应当具备创新思维，能够根据学生的反馈，不断优化，设计出引人入胜的三维模型，以增强学生的学习兴趣，提高教学质量。另外，教师须要有较好的沟通能力，可清晰地传达模型中的结构和知识点，以确保学生能够理解和吸收。最后，教师须要具备技术应用能力，了解三维打印技术的原理，能够操作打印机并进行必要的后期处理。这些要求和技能将有助于教师在三维打印模型的辅助下，为学生提供更丰富、互动性更强的解剖教学体验。

为更好地利用三维打印模型进行“系统解剖学”教学，教师应积极接受指导和培训，显著提高课堂教学质量。此外，教师和学生的合作与积极参与也被视为成功实现“系统解剖学”教学改革的关键要素。因此，为了最大限度地发挥三维打印模型的潜力，须对教师和学生提供指导和培训，以确保他们能够有效地利用这一教育工具，共同推动“系统解剖学”教学的进步。

参考文献

［1］欧叶涛，李厚忠，于兰.新医科视域下解剖学课程“三融合”教学机制的创新［J］.新课程研究，2023（18）：44-46.