基于虛擬仿真技術的“人體解剖生理學”教學改革初探＊

王艷紅，李 冰，范燕茹，謝朝暉

（河南城建學院生命科學與工程學院，河南 平頂山467036）

“人體解剖生理學”是生命科學相關專業的主要課程之一，包含人體解剖學和生理學兩部分內容。人體解剖學是研究正常人體各器官形態結構的科學，生理學是研究機體正常生理功能的科學；解剖學是生理學的研究基礎，生理學是解剖學的表現形式，二者相輔相成、密不可分?！叭梭w解剖生理學”中知識點豐富，需要理解記憶的內容較多，尤其是生理學部分，內容較抽象，學生學習起來比較困難。傳統教學過程中為達到理想的教學效果，采用了多種輔助教學手段，如PPT 講解、人體標本模型及動物實體解剖等，但這些形式均缺乏形象化及立體感，內容比較枯燥乏味，難以提起學生的學習興趣，不利于培養學生的形象思維和理解能力。因此，急需對目前的教學手段進行改革。

虛擬仿真技術是用一個虛擬的系統模仿另一個真實系統的技術，是伴隨著計算機技術的發展而逐步形成的一類試驗研究的新技術，它可以逼真地模擬已知或未知事物和環境，使人親有身臨其境的感覺，具有交互性、真實性及多感知性等特點[1]。該技術的出現正好彌補了“人體解剖生理學”傳統教學模式的不足。將虛擬仿真技術與教學相結合是近年來高校教學研究的新熱點，通過計算機生成的逼真的三維虛擬環境，不但增強教學趣味及簡化知識體系，也能增加學生學習的主動性、積極性和創造性，提高教師教學及學生學習效果[2]。本文結合目前“人體解剖生理學”教學特點，闡述了虛擬仿真技術在“人體解剖生理學”課程教學中的應用，為進一步提升“人體解剖生理學”教學的深度和廣度提供理論基礎。

1 “人體解剖生理學”教學特點

“人體解剖生理學”主要包括解剖學和生理學兩部分，教學方式一般由實驗操作和理論授課兩部分組成。解剖學以描述正常人體各器官結構為主，具有較強的實踐性，傳統教學模式通常借助PPT 講授、標本或動物解剖實驗課等手段滿足教學效果。但PPT 課堂講授內容比較枯燥，也無法達到具體化及形象化，很難培養學生的空間想象能力和理解能力；標本的應用也是本課程教學的一大特點，但標本由于自身使用的缺點及局限性，如比較容易損壞，制作比較粗糙，無法展現器官結構的準確性等，從而降低了學生對人體標本及器官模型觀察的準確度，因此，很難把教材的理論知識與實際聯系起來[3]，不能達到很好的教學效果。久而久之，學生容易產生厭學情緒，導致上課認真聽講的學生越來越少，或者不能長久記憶，學過就忘。

生理學是研究人體正常生命活動基本規律的科學，是以解剖學為研究基礎，離開了解剖學，一切都是空談。相對于解剖學來講，生理學內容較抽象，其中涉及較多的名詞概念及原理，更加難理解及記憶。雖然教學上采用多種輔助手段，比如PPT 講授、圖片展示、病例分析、短視頻等，也很難達到預期教學效果。尤其對解剖學知識掌握不好的學生，學習相關生理學知識時接受能力更差。因此，為充分調動學生學習主動性和積極性，培養學生的形象思維和理解能力，“人體解剖生理學”課程教學改革勢在必行。

2 虛擬仿真技術可提高“人體解剖生理學”教學效率

“人體解剖生理學”的理論授課主要以多媒體教學為主，雖然結合有相應的圖片或視頻，但內容仍枯燥乏味，很難吸引學生的注意力，使其不能很好理解及記憶，無法全面提升其學習的主動性和積極性。而通過虛擬仿真技術，將人體各器官的解剖和生理學的數學模型存入數據庫中，構建人體器官的三維仿真模型，通過計算機顯示屏從不同角度觀察人體器官模型，學生也可容易地將人體的各器官分開或合在一起進行結構及生理功能的觀察，生動直觀地理解所學的人體解剖生理知識[4]。

例如，在學習血液循環系統時，學生可先跟隨虛擬仿真技術提供的高仿真三維立體動畫模型學習心臟的結構、血液流動的方向及所經過的部位等內容，使學生先大概了解循環系統的整體結構；通過虛擬仿真動畫對循環系統尤其是心臟結構進行拆分學習，跟隨著血液經過的相關部位，對血液循環系統進行全面且深刻地認識[5]。另外，根據虛擬生理心臟模型學習心臟的生理功能，即用計算機模擬心臟的各個層次（亞細胞、細胞、組織、器官等）的數學模型，同時考慮能量、血流等因素，并將其整合建立成一套完整的虛擬生理心臟模型系統，該模型會對藥物刺激或壓力等產生反應，非常接近于人類的真實心臟，可用于系統的研究心臟內部運行機制[6]。這樣學生不僅清楚地了解了心臟的內部結構，對其生理功能也有了清晰的認識。

3 虛擬仿真技術降低“人體解剖生理學”的學習難度

“人體解剖生理學”課程中含有大量的名詞概念和原理，需要理解記憶的知識點較多，因此，輔助相應的實驗可幫助學生對理論知識地掌握。但傳統的“人體解剖生理學”實驗課主要進行人體骨骼標本和器官模型的觀察以及各種驗證性實驗，由于實驗所用器具的限制，導致學生對人體的組織器官不能細致地觀察，因此很難掌握課本上的相關內容，這樣很難調動學生的積極性和主動性，也非常不利于培養學生解決問題的綜合能力及創新能力。虛擬仿真技術在實驗教學中的應用很大程度上對傳統實驗教學起到了補充作用。通過虛擬仿真技術的利用，可將復雜的系統結構（比如血液循環系統、呼吸系統和泌尿系統等）進行形象化和立體化，全方位的展示結構及生理功能，從而較好地輔助了教師對知識進行講解，學生理解能力也得到提升，實驗技能也能熟練掌握；另一方面，由于虛擬仿真技術屬于計算機操作，這樣學生的學習將不受時間和空間的限制，對某些實驗內容不理解的，可通過反復操作進行多次學習。

在“人體解剖生理學”實驗課程中，觀察性實驗占主要部分。這種情況下，利用虛擬仿真技術具有三維動畫、仿真性高及便于學生實時觀察學習的特點，使學生可根據自身知識的掌握情況對其進行觀看學習，最后再針對性的對標本或模型進行觀察。例如，在學習眼的結構和生理功能時，學生可先跟隨虛擬仿真技術提供的高仿真三維立體動畫模型學習眼球內部的構造（比如角膜、鞏膜、虹膜及晶狀體等）及它們之間的關系等內容，并將這些模型賦予一定的物理屬性，便于理解其生理功能；通過虛擬仿真動畫對眼球內部結構進行拆分學習，學習眼球的每一組成部分具備的生理功能，比如晶狀體渾濁會導致白內障的形成、角膜屈光度的改變會引起近視或遠視等，借此學習讓學生充分認識到保護眼睛的重要性。通過虛擬仿真技術的利用，學生通過操縱鼠標不僅可以局部放大，還可以使其在三維層面上任意方向任意角度的觀察。因此，這種教學模式在減輕教師教學壓力的同時，也提高了實驗教學的效率，對學生學習自主性的發揮也起到了積極作用。

4 結語

在“人體解剖生理學”課程教學中引入虛擬仿真技術，彌補了傳統教學模式的缺陷，不僅降低了學生學習本課程的難度，也充分調動了學生學習的積極性和主動性。雖然虛擬仿真技術的應用有諸多優點，但在實踐中也應注重與傳統教學模式的深度融合使用，各取所長，充分發揮自身優勢，使二者較好地融入在教學工作中，全面推進“人體解剖生理學”課程的深入改革。