虛擬仿真技術(shù)在人體解剖生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用＊

衛(wèi) 剛 尚天翠

（1.新疆伊寧衛(wèi)生學(xué)校，新疆 伊寧 835000；2.伊犁師范大學(xué)生物與地理科學(xué)學(xué)院，新疆 伊寧 835000）

人體解剖生理學(xué)是一門(mén)研究正常人體形態(tài)功能的學(xué)科，教學(xué)內(nèi)容多，需較強(qiáng)空間想象力，但該學(xué)科教學(xué)內(nèi)容較為抽象枯燥，不易被學(xué)生接受[1]。傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中，為達(dá)到滿(mǎn)意教學(xué)效果，需運(yùn)用PPT講解、人體標(biāo)本模型及動(dòng)物實(shí)體解剖等諸多輔助教學(xué)措施，但上述措施缺乏形象化與立體感，無(wú)法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，影響其形象思維及理解能力，故醫(yī)學(xué)院校需探尋更為高效教學(xué)措施。VR技術(shù)具有不受時(shí)間與空間約束、克服實(shí)驗(yàn)限制及促進(jìn)教學(xué)模式多樣性等特征[2]，運(yùn)用到人體解剖生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，能高度模擬真實(shí)世界或想象世界中情景，并將虛擬情景與周?chē)挛飳?shí)施交互，幫助學(xué)生親身體驗(yàn)虛擬情景中事物變化，進(jìn)而激發(fā)其主觀(guān)能動(dòng)性[3]。

一、VR技術(shù)

1.概念

該技術(shù)涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)及人工智能等諸多層面，由計(jì)算機(jī)硬件、軟件及各傳感器構(gòu)成的三維信息人工環(huán)境-虛擬環(huán)境，能逼真模擬現(xiàn)實(shí)世界事物與環(huán)境，投入到該種環(huán)境中，能迅速體驗(yàn)到“身臨其境”感，并能親自操作，與虛擬環(huán)境實(shí)施交互。該技術(shù)是在多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等基礎(chǔ)上，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，屬于更高級(jí)仿真技術(shù)；同時(shí)，該技術(shù)以構(gòu)建全系統(tǒng)完整性虛擬環(huán)境為特征，通過(guò)虛擬環(huán)境集成與管控為數(shù)眾多的實(shí)體，實(shí)體可為模擬器，也可為其他虛擬仿真系統(tǒng)，更多的為計(jì)算機(jī)。該技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，可更好地幫助學(xué)生了解難點(diǎn)與重點(diǎn)知識(shí)，尤其是在人體解剖生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，運(yùn)用該技術(shù)能幫助學(xué)生“觸摸”“操作”人體結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化交互性，為教學(xué)提供良好輔助作用。

2.優(yōu)勢(shì)

2.1 改變教學(xué)模式

該技術(shù)通過(guò)教師指導(dǎo)性虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)，能夠全面發(fā)揮教師主導(dǎo)作用與學(xué)生主體作用，有助于強(qiáng)化學(xué)生在實(shí)際學(xué)習(xí)過(guò)程中思考與創(chuàng)新能力；同時(shí)，該技術(shù)作為一種認(rèn)知技術(shù)，不僅能促使學(xué)生通過(guò)觀(guān)察具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程提出問(wèn)題，同時(shí)還可以為學(xué)生提供必要反饋，確保學(xué)生能通過(guò)屏幕提示逐漸思考與選擇，極大程度上提升學(xué)生對(duì)人體解剖生理學(xué)理解力與掌握程度。

2.2 構(gòu)建開(kāi)放性教學(xué)環(huán)境

該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)教材、方法、時(shí)間及空間等層面開(kāi)放性，促使學(xué)生能自行設(shè)計(jì)與選取實(shí)驗(yàn)方式，并為其提供充分發(fā)揮想象力空間；同時(shí)，該技術(shù)可設(shè)計(jì)以學(xué)生探索為主的教學(xué)模式，允許其探索與創(chuàng)建虛擬環(huán)境，充分發(fā)揮其直覺(jué)思維技能、創(chuàng)造思維技能及實(shí)際創(chuàng)造力；此外，該技術(shù)能通過(guò)驗(yàn)證型、測(cè)試型、設(shè)計(jì)型、糾錯(cuò)型及創(chuàng)新型等多種形式開(kāi)展訓(xùn)練，有助于培養(yǎng)學(xué)生自主分析、運(yùn)用技能及創(chuàng)新技能。

2.3 豐富教學(xué)內(nèi)容

該技術(shù)能突破時(shí)間與空間限制，可演示繁雜、抽象、遠(yuǎn)離日常生活經(jīng)驗(yàn)及不便直接觀(guān)察的自然過(guò)程與現(xiàn)象，有助于全方位及多角度展示科學(xué)內(nèi)涵，從而開(kāi)拓學(xué)生思維能力，進(jìn)而幫助其將已有知識(shí)向新知識(shí)轉(zhuǎn)移；同時(shí)，該技術(shù)能幫助學(xué)生更好地了解實(shí)際生活中具有時(shí)間性、可變性、距離性、抽象性及運(yùn)用其他方式難以觀(guān)察的各類(lèi)現(xiàn)象，促使枯燥、抽象及難懂的學(xué)習(xí)內(nèi)容運(yùn)用生動(dòng)形象展現(xiàn)出來(lái)，從而極大程度上增強(qiáng)學(xué)生理解能力；此外，將該技術(shù)運(yùn)用到人體解剖生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，能提升實(shí)驗(yàn)過(guò)程可重復(fù)性及實(shí)驗(yàn)結(jié)果可鑒別性，并能減少技術(shù)水平差異對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響性，確保學(xué)生能高水準(zhǔn)完成實(shí)驗(yàn)操作，有助于提升教學(xué)質(zhì)量。

2.4 改善教學(xué)方式與手段

教師通過(guò)運(yùn)用該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)“身臨其境”與“自主控制”人機(jī)交互，由視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)及觸覺(jué)獲取“外界”反應(yīng)，從而開(kāi)展啟發(fā)式教學(xué)；同時(shí)，學(xué)生通過(guò)運(yùn)用該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)自我組織、制定及執(zhí)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并通過(guò)實(shí)施自我評(píng)價(jià)，開(kāi)展適應(yīng)式學(xué)習(xí)；此外，運(yùn)用該技術(shù)能刺激學(xué)生視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)，充分調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)積極性，進(jìn)而提升教學(xué)效果。

2.5 避免資源浪費(fèi)

該技術(shù)不僅能克服實(shí)驗(yàn)室器材品種、規(guī)格及數(shù)量不足或儀器損壞等問(wèn)題，同時(shí)還可以減少購(gòu)入實(shí)驗(yàn)室儀器費(fèi)用，能夠反復(fù)使用；同時(shí)，該技術(shù)能將現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中大量教學(xué)信息直接展現(xiàn)出來(lái)，有助于學(xué)生學(xué)習(xí)與掌握。

3.不足

該技術(shù)屬于高精尖計(jì)算機(jī)技術(shù)，科技投入與經(jīng)濟(jì)成本相對(duì)較高，部分配套設(shè)備正常運(yùn)行及日常維護(hù)需消耗大量人力物力，并且運(yùn)用年限存在一定時(shí)效性；為確保醫(yī)學(xué)院?？沙浞诌\(yùn)用并確保教學(xué)質(zhì)量，需對(duì)該技術(shù)信息化平臺(tái)及設(shè)備等實(shí)施更新?lián)Q代[4]。

二、應(yīng)用

1.教學(xué)現(xiàn)狀

人體解剖生理學(xué)課程不僅包含運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與空間結(jié)構(gòu)，同時(shí)還具有難度較大的數(shù)量分析，為提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果，需積極調(diào)動(dòng)其形象思維，實(shí)驗(yàn)教學(xué)為調(diào)動(dòng)學(xué)生形象思維有效措施。目前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要有兩種形式：（1）課堂演示法：該種方法是教師參考教學(xué)大綱，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)演示講解等措施幫助學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及原理，并熟悉實(shí)驗(yàn)流程，全面了解人體解剖生理學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。（2）實(shí)際操作法：該種方法是教師在課堂教學(xué)過(guò)程中開(kāi)展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，教師介紹實(shí)驗(yàn)流程，由學(xué)生自行操作，教師從旁指導(dǎo)，促使學(xué)生全面掌握實(shí)驗(yàn)步驟，了解實(shí)驗(yàn)原理，并探析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，最后由教師總結(jié)分析。上述兩種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式對(duì)時(shí)間與空間等條件均存在嚴(yán)格要求，且實(shí)驗(yàn)室設(shè)備有限，難以保障每位學(xué)生均能參與實(shí)驗(yàn)操作，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不佳。

2.教學(xué)設(shè)計(jì)

教師需參考教學(xué)大綱，并依據(jù)教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生特征、教學(xué)資源及預(yù)期效果等因素設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，針對(duì)課程要求劃分多個(gè)項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目均包含理論目標(biāo)與實(shí)際目標(biāo)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)前，學(xué)生運(yùn)用VR技術(shù)了解實(shí)驗(yàn)流程、原理及內(nèi)容，在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，學(xué)生可自行操作各類(lèi)儀器，并查看實(shí)驗(yàn)狀況，獲得實(shí)驗(yàn)成果，針對(duì)在實(shí)際操作中無(wú)法演示的實(shí)驗(yàn)，亦可通過(guò)VR技術(shù)進(jìn)行模擬；在實(shí)驗(yàn)教學(xué)后，學(xué)生可再次點(diǎn)擊網(wǎng)站進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，確保師生間可實(shí)現(xiàn)即時(shí)交流、互動(dòng)及資源共享，即使學(xué)生畢業(yè)離校后，亦可通過(guò)該種方式學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)終身學(xué)習(xí)要求。運(yùn)用VR技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可將靜態(tài)內(nèi)容變得動(dòng)態(tài)化，解決繁雜問(wèn)題，降低人體解剖生理學(xué)教學(xué)難度，通過(guò)立體化模式強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)視覺(jué)呈現(xiàn)質(zhì)量，確保學(xué)生能構(gòu)建立體概念。

3.教學(xué)效果

3.1 提升教學(xué)效率

人體解剖生理學(xué)內(nèi)容較為枯燥，難以吸引學(xué)生注意力，導(dǎo)致其無(wú)法理解與掌握重點(diǎn)知識(shí)，影響其學(xué)習(xí)積極性與主動(dòng)性，而運(yùn)用VR技術(shù)，可構(gòu)建人體器官三維仿真模型，展現(xiàn)多層面人體器官模型，有助于學(xué)生直觀(guān)理解人體解剖生理學(xué)相關(guān)知識(shí)。譚慧等[5]比較了56名學(xué)生實(shí)施傳統(tǒng)模擬培訓(xùn)（對(duì)照組）與BOPPPS結(jié)合虛擬仿真技術(shù)教學(xué)（試驗(yàn)組）教學(xué)評(píng)價(jià)差異，結(jié)果顯示，試驗(yàn)組學(xué)生技能提高程度為（8.64±1.25）分，獨(dú)立完成操作為（8.46±1.40）分，了解學(xué)習(xí)目標(biāo)與理論知識(shí)為（9.64±0.91）分，能夠聽(tīng)懂重點(diǎn)難點(diǎn)為（9.75±0.70）分，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性為（9.64±0.91）分，授課內(nèi)容評(píng)分為（97.79±4.36）分；對(duì)照組學(xué)生技能提高程度為（7.75±1.00）分，獨(dú)立完成操作為（7.29±1.38）分，了解學(xué)習(xí)目標(biāo)與理論知識(shí)為（9.07±0.94）分，能夠聽(tīng)懂重點(diǎn)難點(diǎn)為（8.68±1.91）分，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性為（8.61±1.87）分，授課內(nèi)容評(píng)分為（89.46±9.75）分；試驗(yàn)組學(xué)生教學(xué)評(píng)價(jià)各項(xiàng)評(píng)分顯著高于對(duì)照組（P＜0.05）。馮吉波等[6]比較了179名護(hù)理專(zhuān)業(yè)學(xué)生實(shí)施傳統(tǒng)教學(xué)法（對(duì)照組）與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)混合式教學(xué)（研究組）自主學(xué)習(xí)能力差異，結(jié)果顯示，研究組學(xué)生自我管理能力為（32.01±1.89）分，信息能力為（33.53±1.95）分，學(xué)習(xí)合作能力為（29.79±1.58）分，總分為（95.33±3.35）分；對(duì)照組學(xué)生自我管理能力為（30.82±1.47）分，信息能力為（31.99±2.12）分，學(xué)習(xí)合作能力為（22.26±3.34）分，總分為（85.07±3.47）分；研究組學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力各項(xiàng)評(píng)分顯著高于對(duì)照組（P＜0.05）。充分證明VR技術(shù)能夠顯著提升教學(xué)效率。

3.2 降低學(xué)習(xí)難度

人體解剖生理學(xué)實(shí)驗(yàn)課主要觀(guān)察人體骨骼標(biāo)本與器官模型，并進(jìn)行各類(lèi)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，因?qū)嶒?yàn)儀器有限，致使部分學(xué)生無(wú)法細(xì)致查看人體組織器官，難以掌握教學(xué)相關(guān)內(nèi)容，無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，影響其解決問(wèn)題綜合技能，運(yùn)用VR技術(shù)能將復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)施形象化，有助于全方位展示人體結(jié)構(gòu)與生理功能，輔助教師講解知識(shí)點(diǎn)，提升學(xué)生理解能力，進(jìn)而全面掌握實(shí)驗(yàn)技能。宋春雪等[7]比較了150名護(hù)理專(zhuān)業(yè)學(xué)生實(shí)施傳統(tǒng)教學(xué)模式（對(duì)照組）與虛擬仿真技術(shù)聯(lián)合智慧職教云課堂教學(xué)（實(shí)驗(yàn)組）考核成績(jī)差異，結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生理論知識(shí)為（87.76±4.86）分，實(shí)踐技能為（82.26±6.62）分；對(duì)照組學(xué)生理論知識(shí)為（83.35±4.66）分，實(shí)踐技能為（79.55±6.24）分；實(shí)驗(yàn)組學(xué)生考核成績(jī)顯著高于對(duì)照組（P＜0.05）。王小洪等[8]比較了100名護(hù)理專(zhuān)業(yè)學(xué)生實(shí)施傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式（對(duì)照組）與實(shí)體標(biāo)本與虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)結(jié)合教學(xué)模式（觀(guān)察組）考試成績(jī)差異，結(jié)果顯示，觀(guān)察組學(xué)生理論考試為（76.1±1.2）分，實(shí)體標(biāo)本考試為（81.3±1.8）；對(duì)照組學(xué)生理論考試為（60.4±1.3）分，實(shí)體標(biāo)本考試為（58.5±2.2）；觀(guān)察組學(xué)生考試成績(jī)顯著高于對(duì)照組（P＜0.05）[9-13]。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在人體解剖生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用VR技術(shù)教學(xué)效果較為理想，不僅能降低教學(xué)難度，同時(shí)還能降低教學(xué)成本，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能，有助于培養(yǎng)其實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)創(chuàng)新技能，進(jìn)而提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果[14-15]。