淺談虛擬仿真技術(shù)在“人體解剖學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

李芬　方安寧

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；傳統(tǒng)教學(xué)；人體解剖學(xué)

中華人民共和國(guó)教育部于2012年3月正式發(fā)布了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》，規(guī)劃中明確指出，我國(guó)教育改革和發(fā)展的方向是顯著提高信息技術(shù)與教育教學(xué)發(fā)展的深度融合，以教育信息化促進(jìn)教育變革，實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化，利用先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)，建立健全高等教育信息化、數(shù)字化的基礎(chǔ)設(shè)施，以促進(jìn)創(chuàng)新性人才培養(yǎng)、提高科研水平、增強(qiáng)社會(huì)服務(wù)與文化傳承能力，促進(jìn)教育質(zhì)量全方位提高。在當(dāng)今“互聯(lián)網(wǎng)+”的教育背景下，教學(xué)模式也隨之發(fā)生了變化，已經(jīng)逐漸向“傳統(tǒng)+數(shù)字”的模式轉(zhuǎn)變。隨著虛擬仿真技術(shù)不斷融入課堂，徹底顛覆了課堂教學(xué)手段，極大豐富了教學(xué)內(nèi)容，最大限度地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新性。學(xué)生可以有針對(duì)性地利用課外閑暇時(shí)間進(jìn)行預(yù)習(xí)或復(fù)習(xí)，實(shí)現(xiàn)從“要我學(xué)”到“我要學(xué)”的轉(zhuǎn)變，彰顯了信息技術(shù)與教育、教學(xué)的融合。學(xué)生處在智能化的教學(xué)環(huán)境中，基本達(dá)到了以學(xué)習(xí)者為中心的教育教學(xué)新模式。

1高職高專院?！叭梭w解剖學(xué)”課程教學(xué)現(xiàn)狀

“人體解剖學(xué)”是臨床專業(yè)必修課程之一，我校臨床專業(yè)該課程共96學(xué)時(shí)，其中理論課58學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課38學(xué)時(shí)，如下表所示。在一年級(jí)的第一學(xué)期開設(shè)此課程，是醫(yī)學(xué)生們最先學(xué)習(xí)的課程之一。該課程內(nèi)容復(fù)雜精細(xì)，專有名詞多且拗口，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，難免會(huì)有畏難情緒，此時(shí)授課教師就要適當(dāng)調(diào)整教學(xué)方法。例如，將自編記憶口訣、微課以及虛擬仿真技術(shù)等融入課堂教學(xué)中，活躍課堂氣氛，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生適應(yīng)“人體解剖學(xué)”課程的學(xué)習(xí)。另外，有些內(nèi)容比如脈管系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)不僅專有名詞多，還具有一定的抽象性，涉及范圍廣，較難以理解。僅利用掛圖和模型進(jìn)行授課的傳統(tǒng)教學(xué)模式不能準(zhǔn)確地展示器官的真實(shí)結(jié)構(gòu)，加之教材所使用的配圖基本都是平面圖，不僅不便于學(xué)生理解，甚至還會(huì)產(chǎn)生理解偏差。這種情況下，傳統(tǒng)的教學(xué)模式會(huì)可能會(huì)使教學(xué)內(nèi)容更加枯燥難懂，無(wú)法完全達(dá)到教學(xué)目的。在傳統(tǒng)教學(xué)基礎(chǔ)上聯(lián)合使用虛擬仿真平臺(tái)，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與多媒體技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)多維度交互，使學(xué)生在集聲音、圖像、文字、視頻和3D動(dòng)畫為一體的虛擬現(xiàn)實(shí)世界完成自主學(xué)習(xí)。學(xué)生可通過(guò)虛擬世界與實(shí)體標(biāo)本相結(jié)合，做到互為補(bǔ)充、反復(fù)學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)習(xí)效率。通過(guò)課前預(yù)習(xí)，活躍課時(shí)教學(xué)氣氛，提高學(xué)生課堂參與度，讓學(xué)生牢牢把握學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)，真正成為課堂的“主角”。

2虛擬仿真技術(shù)概況

2.1虛擬仿真概述

虛擬仿真（virtual reality）可稱為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或者模擬技術(shù)，顧名思義，可以理解為以一個(gè)虛擬的系統(tǒng)去再現(xiàn)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)逼真的虛擬環(huán)境，在這個(gè)虛擬的環(huán)境中，用戶可通過(guò)頭盔顯示器等多種交互設(shè)備與虛擬環(huán)境中的實(shí)體進(jìn)行互動(dòng)，并產(chǎn)生視、聽、觸等多種感覺，栩栩如生的虛擬環(huán)境，讓用戶有身臨其境的感覺。虛擬仿真所具有的交互性、沉浸性、虛幻性以及逼真性等特征，進(jìn)一步說(shuō)明了這是一種先進(jìn)的數(shù)字化人機(jī)接口技術(shù)。將真實(shí)的標(biāo)本數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)將其數(shù)字化，進(jìn)而建成3D立體標(biāo)本，便可以進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、360度全方位觀察相關(guān)器官的解剖結(jié)構(gòu)及位置毗鄰，打破傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中空間立體感不強(qiáng)的障礙，幫助學(xué)生理解、記憶。強(qiáng)烈的視覺沖擊、游戲式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)以及不受空間和時(shí)間限制的“化零為整”的學(xué)習(xí)方式，大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)效果。這種線上線下相結(jié)合的教學(xué)方式得到了迅速的推廣，并得到了廣泛認(rèn)可，最大限度地保證了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》指出，針對(duì)職業(yè)教育、高等教育等不同需求，建設(shè)1500套虛擬仿真實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。虛擬仿真技術(shù)已在多領(lǐng)域、多課程廣泛使用，均得到了較好的評(píng)價(jià)。比如，趙明蕊在《分析化學(xué)》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，將使用線下實(shí)驗(yàn)授課方式的學(xué)生作為對(duì)照組，使用線上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的學(xué)生作為觀察組，發(fā)現(xiàn)觀察組的課程簽到率、課前預(yù)習(xí)情況、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量等指標(biāo)都明顯優(yōu)于對(duì)照組；閆旭升等人在《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在“人體解剖學(xué)”教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)與適用情況分析》一文中，通過(guò)對(duì)僅使用傳統(tǒng)教學(xué)手段的傳統(tǒng)教學(xué)班與在使用傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上結(jié)合數(shù)字人軟件虛擬仿真技術(shù)的數(shù)字人實(shí)驗(yàn)班的期末成績(jī)進(jìn)行對(duì)比，數(shù)字人實(shí)驗(yàn)班的期末成績(jī)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)班，極大地提高了學(xué)習(xí)效率。

除此之外，醫(yī)學(xué)微生物、生理學(xué)、機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)、病理學(xué)與病理生理學(xué)等學(xué)科中應(yīng)用，都發(fā)揮出了非同一般的作用。

2.2虛擬仿真在“人體解剖學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是通過(guò)一個(gè)模擬的仿真軟件進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可以通過(guò)手機(jī)端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不受時(shí)間、空間、地點(diǎn)的限制，學(xué)生隨時(shí)隨地就可以利用碎片時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并且可以反復(fù)進(jìn)行，幫助學(xué)生加深記憶、熟練掌握。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不受實(shí)驗(yàn)材料限制，尤其是人體解剖學(xué)標(biāo)本等的來(lái)源日益緊張，實(shí)驗(yàn)環(huán)境特別是福爾馬林的氣味所引起的身體不適感，都可通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)得到有效的緩解。作為線下實(shí)驗(yàn)課的有力補(bǔ)充，使實(shí)驗(yàn)課效果與質(zhì)量均得到了極大的提高，同時(shí)也降低了實(shí)驗(yàn)標(biāo)本、模型方面的損耗，減輕了財(cái)政壓力。

“人體解剖學(xué)”虛擬仿真軟件如3D Body、中國(guó)數(shù)字人解剖系統(tǒng)等，均有男、女兩套模型，可實(shí)現(xiàn)逐層分離、旋轉(zhuǎn)、添加以及三維立體互動(dòng)等功能。學(xué)生可以根據(jù)自己需要進(jìn)行操作，學(xué)習(xí)中又不失趣味，能有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性與參與度，有利于提高實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)效率、提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新思維。

由于虛擬仿真資源非常豐富，在使用過(guò)程中需要授課教師根據(jù)各專業(yè)人才培養(yǎng)方案和課程標(biāo)準(zhǔn)的要求對(duì)資源進(jìn)行統(tǒng)籌，設(shè)計(jì)符合各專業(yè)要求的“人體解剖學(xué)”實(shí)驗(yàn)，避免學(xué)生面對(duì)眾多資源無(wú)從下手，提高使用效率，再結(jié)合實(shí)驗(yàn)微課對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目加深理解。通過(guò)課前準(zhǔn)備，學(xué)生可以帶著問題進(jìn)入課堂，更有助于提高學(xué)習(xí)效率，也能鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力。授課教師可以根據(jù)系統(tǒng)提供的訪問數(shù)據(jù)對(duì)學(xué)生課前預(yù)習(xí)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，幫助授課教師了解全體學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，以便適時(shí)作出調(diào)整。

“人體解剖學(xué)”是研究人體正常形態(tài)結(jié)構(gòu)的一門科學(xué)，于醫(yī)學(xué)而言，具有重要意義，是建立醫(yī)學(xué)臨床各專業(yè)知識(shí)框架體系的基石，對(duì)于支撐醫(yī)學(xué)生后續(xù)臨床專業(yè)課的學(xué)習(xí)有舉足輕重的作用。但是，由于“人體解剖學(xué)”的復(fù)雜性和抽象性，再加之傳統(tǒng)教學(xué)方法與學(xué)生互動(dòng)較少，多以課堂傳授為主，學(xué)生難以及時(shí)消化理解，歷屆學(xué)生普遍反應(yīng)該課程晦澀難懂、枯燥乏味。因此，近年來(lái)，我校開始對(duì)“人體解剖學(xué)”教學(xué)方式進(jìn)行改革，從十多年前的在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上輔助應(yīng)用多媒體系統(tǒng)到微課，再到線上線下混合式、多方位信息化教學(xué)手段相結(jié)合的授課方式。新形勢(shì)下，計(jì)算機(jī)信息化技術(shù)的發(fā)展日新月異，數(shù)字化的教學(xué)方式也隨之進(jìn)入課堂，這種富有科技感的教學(xué)方式更加適合新時(shí)代的大學(xué)生，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、學(xué)習(xí)效果以及創(chuàng)新性得到了進(jìn)一步提升。

與傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，虛擬仿真平臺(tái)的資源豐富、聲文并茂，更具科技感，學(xué)生有強(qiáng)烈的參與意愿，還能更加形象地反映出人體器官之間的三維立體關(guān)系。一方面，學(xué)生可通過(guò)手機(jī)訪問虛擬仿真平臺(tái)APP，為課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)以及因人而異的個(gè)性化學(xué)習(xí)提供極大便利；另一方面，授課教師也可以從課堂講授者轉(zhuǎn)變成答疑者，使學(xué)生能參與到課堂教學(xué)中來(lái)，真正成為課堂的主角。另外，隨著招生規(guī)模地?cái)U(kuò)大，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中需要消耗大量的標(biāo)本，且得不到充分利用，不能完全達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，從而加大資源損耗。而結(jié)合虛擬仿真平臺(tái)的使用可有效減少標(biāo)本、模型的使用，降低成本、減少福爾馬林浸泡液的氣味對(duì)師生身心的影響，并且在調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和探索性方面有著傳統(tǒng)教學(xué)無(wú)法匹敵的優(yōu)勢(shì)。

3總結(jié)與展望

綜上所述，將虛擬仿真技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方式應(yīng)用于“人體解剖學(xué)”實(shí)驗(yàn)課中，可有效提升學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，改善學(xué)習(xí)氛圍，提高學(xué)習(xí)成績(jī)。虛擬仿真平臺(tái)的使用極大限度地保證了學(xué)生學(xué)習(xí)效果，一定程度地提高了教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)了教育教學(xué)改革的發(fā)展，開創(chuàng)了教育模式的新篇章；作為與線下實(shí)驗(yàn)課的課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)的補(bǔ)充，線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式極大地提高了實(shí)驗(yàn)效果，助力學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的提升與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，值得推廣應(yīng)用。

但值得重視的是，虛擬仿真平臺(tái)并不適用于“人體解剖學(xué)”的全部實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)于用傳統(tǒng)教學(xué)手段能達(dá)到教學(xué)目的的內(nèi)容，依然采用傳統(tǒng)教學(xué)方式，對(duì)于那些用傳統(tǒng)教學(xué)方式講不清楚、學(xué)生理解不了的內(nèi)容，比如器官、系統(tǒng)的位置毗鄰，脈管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等內(nèi)容，則可以依托虛擬仿真平臺(tái)加以呈現(xiàn)，幫助學(xué)生理解、記憶。虛擬仿真技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)方式互為補(bǔ)充、取長(zhǎng)補(bǔ)短，并非完全取代傳統(tǒng)教學(xué)。

隨著教育信息化的不斷推進(jìn)，全國(guó)各個(gè)高校已開始探索虛擬仿真平臺(tái)的建設(shè)，并取得了一定的成果。相信虛擬仿真平臺(tái)會(huì)在相關(guān)部門的大力支持下，在一批又一批優(yōu)秀教育工作者的努力推進(jìn)下，其潛力會(huì)得到進(jìn)一步發(fā)揮。虛擬仿真平臺(tái)作為傳統(tǒng)教學(xué)手段短板的補(bǔ)充，活躍現(xiàn)有教學(xué)模式，助力教學(xué)質(zhì)量步入新臺(tái)階。

作者簡(jiǎn)介：李芬（1982— ），女，漢族，安徽合肥人，本科，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：人體解剖學(xué)與組織胚胎學(xué)。