淺談虛擬仿真技術在“人體解剖學”實驗教學中的應用

李芬　方安寧

關鍵詞：虛擬仿真；傳統教學；人體解剖學

中華人民共和國教育部于2012年3月正式發布了《教育信息化十年發展規劃（2011—2020年）》，規劃中明確指出，我國教育改革和發展的方向是顯著提高信息技術與教育教學發展的深度融合，以教育信息化促進教育變革，實現教育現代化，利用先進網絡和信息技術，建立健全高等教育信息化、數字化的基礎設施，以促進創新性人才培養、提高科研水平、增強社會服務與文化傳承能力，促進教育質量全方位提高。在當今“互聯網+”的教育背景下，教學模式也隨之發生了變化，已經逐漸向“傳統+數字”的模式轉變。隨著虛擬仿真技術不斷融入課堂，徹底顛覆了課堂教學手段，極大豐富了教學內容，最大限度地調動了學生的主觀能動性和創新性。學生可以有針對性地利用課外閑暇時間進行預習或復習，實現從“要我學”到“我要學”的轉變，彰顯了信息技術與教育、教學的融合。學生處在智能化的教學環境中，基本達到了以學習者為中心的教育教學新模式。

1高職高專院校“人體解剖學”課程教學現狀

“人體解剖學”是臨床專業必修課程之一，我校臨床專業該課程共96學時，其中理論課58學時，實驗課38學時，如下表所示。在一年級的第一學期開設此課程，是醫學生們最先學習的課程之一。該課程內容復雜精細，專有名詞多且拗口，對于初學者來說，難免會有畏難情緒，此時授課教師就要適當調整教學方法。例如，將自編記憶口訣、微課以及虛擬仿真技術等融入課堂教學中，活躍課堂氣氛，提高學生學習興趣，幫助學生適應“人體解剖學”課程的學習。另外，有些內容比如脈管系統和神經系統不僅專有名詞多，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行授課的傳統教學模式不能準確地展示器官的真實結構，加之教材所使用的配圖基本都是平面圖，不僅不便于學生理解，甚至還會產生理解偏差。這種情況下，傳統的教學模式會可能會使教學內容更加枯燥難懂，無法完全達到教學目的。在傳統教學基礎上聯合使用虛擬仿真平臺，將虛擬現實技術與多媒體技術以及網絡系統多維度交互，使學生在集聲音、圖像、文字、視頻和3D動畫為一體的虛擬現實世界完成自主學習。學生可通過虛擬世界與實體標本相結合，做到互為補充、反復學習，從而提高學習效率。通過課前預習，活躍課時教學氣氛，提高學生課堂參與度，讓學生牢牢把握學習的主動權，真正成為課堂的“主角”。

2虛擬仿真技術概況

2.1虛擬仿真概述

虛擬仿真（virtual reality）可稱為虛擬現實技術或者模擬技術，顧名思義，可以理解為以一個虛擬的系統去再現真實系統的技術。利用計算機技術生成一個逼真的虛擬環境，在這個虛擬的環境中，用戶可通過頭盔顯示器等多種交互設備與虛擬環境中的實體進行互動，并產生視、聽、觸等多種感覺，栩栩如生的虛擬環境，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，進一步說明了這是一種先進的數字化人機接口技術。將真實的標本數據通過計算機虛擬仿真技術將其數字化，進而建成3D立體標本，便可以進行實時、動態、360度全方位觀察相關器官的解剖結構及位置毗鄰，打破傳統教學過程中空間立體感不強的障礙，幫助學生理解、記憶。強烈的視覺沖擊、游戲式的學習體驗以及不受空間和時間限制的“化零為整”的學習方式，大大提高了學生學習效果。這種線上線下相結合的教學方式得到了迅速的推廣，并得到了廣泛認可，最大限度地保證了實驗教學質量。

《教育信息化十年發展規劃（2011—2020年）》指出，針對職業教育、高等教育等不同需求，建設1500套虛擬仿真實訓實驗系統。虛擬仿真技術已在多領域、多課程廣泛使用，均得到了較好的評價。比如，趙明蕊在《分析化學》的實驗教學中，將使用線下實驗授課方式的學生作為對照組，使用線上虛擬仿真實驗的學生作為觀察組，發現觀察組的課程簽到率、課前預習情況、實驗操作、實驗報告質量等指標都明顯優于對照組；閆旭升等人在《虛擬現實技術在“人體解剖學”教學中的優勢與適用情況分析》一文中，通過對僅使用傳統教學手段的傳統教學班與在使用傳統教學的基礎上結合數字人軟件虛擬仿真技術的數字人實驗班的期末成績進行對比，數字人實驗班的期末成績明顯優于傳統教學班，極大地提高了學習效率。

除此之外，醫學微生物、生理學、機能實驗學、病理學與病理生理學等學科中應用，都發揮出了非同一般的作用。

2.2虛擬仿真在“人體解剖學”實驗教學中的應用

虛擬仿真實驗是通過一個模擬的仿真軟件進行的實驗。學生可以通過手機端進行實驗，不受時間、空間、地點的限制，學生隨時隨地就可以利用碎片時間進行實驗操作，并且可以反復進行，幫助學生加深記憶、熟練掌握。

虛擬仿真實驗不受實驗材料限制，尤其是人體解剖學標本等的來源日益緊張，實驗環境特別是福爾馬林的氣味所引起的身體不適感，都可通過虛擬實驗得到有效的緩解。作為線下實驗課的有力補充，使實驗課效果與質量均得到了極大的提高，同時也降低了實驗標本、模型方面的損耗，減輕了財政壓力。

“人體解剖學”虛擬仿真軟件如3D Body、中國數字人解剖系統等，均有男、女兩套模型，可實現逐層分離、旋轉、添加以及三維立體互動等功能。學生可以根據自己需要進行操作，學習中又不失趣味，能有效地調動學生的學習主動性與參與度，有利于提高實驗課學習效率、提高學生的實驗創新思維。

由于虛擬仿真資源非常豐富，在使用過程中需要授課教師根據各專業人才培養方案和課程標準的要求對資源進行統籌，設計符合各專業要求的“人體解剖學”實驗，避免學生面對眾多資源無從下手，提高使用效率，再結合實驗微課對實驗項目加深理解。通過課前準備，學生可以帶著問題進入課堂，更有助于提高學習效率，也能鍛煉學生的自主學習與創新能力。授課教師可以根據系統提供的訪問數據對學生課前預習情況進行監測，幫助授課教師了解全體學生的學習情況，以便適時作出調整。

“人體解剖學”是研究人體正常形態結構的一門科學，于醫學而言，具有重要意義，是建立醫學臨床各專業知識框架體系的基石，對于支撐醫學生后續臨床專業課的學習有舉足輕重的作用。但是，由于“人體解剖學”的復雜性和抽象性，再加之傳統教學方法與學生互動較少，多以課堂傳授為主，學生難以及時消化理解，歷屆學生普遍反應該課程晦澀難懂、枯燥乏味。因此，近年來，我校開始對“人體解剖學”教學方式進行改革，從十多年前的在傳統教學的基礎上輔助應用多媒體系統到微課，再到線上線下混合式、多方位信息化教學手段相結合的授課方式。新形勢下，計算機信息化技術的發展日新月異，數字化的教學方式也隨之進入課堂，這種富有科技感的教學方式更加適合新時代的大學生，學生學習熱情、學習效果以及創新性得到了進一步提升。

與傳統教學方法相比，虛擬仿真平臺的資源豐富、聲文并茂，更具科技感，學生有強烈的參與意愿，還能更加形象地反映出人體器官之間的三維立體關系。一方面，學生可通過手機訪問虛擬仿真平臺APP，為課前預習、課后復習以及因人而異的個性化學習提供極大便利；另一方面，授課教師也可以從課堂講授者轉變成答疑者，使學生能參與到課堂教學中來，真正成為課堂的主角。另外，隨著招生規模地擴大，在傳統實驗教學的過程中需要消耗大量的標本，且得不到充分利用，不能完全達到實驗目的，從而加大資源損耗。而結合虛擬仿真平臺的使用可有效減少標本、模型的使用，降低成本、減少福爾馬林浸泡液的氣味對師生身心的影響，并且在調動學生學習的主動性、積極性和探索性方面有著傳統教學無法匹敵的優勢。

3總結與展望

綜上所述，將虛擬仿真技術與傳統教學相結合的教學方式應用于“人體解剖學”實驗課中，可有效提升學生學習積極性，改善學習氛圍，提高學習成績。虛擬仿真平臺的使用極大限度地保證了學生學習效果，一定程度地提高了教學質量，促進了教育教學改革的發展，開創了教育模式的新篇章；作為與線下實驗課的課前預習、課后復習的補充，線上線下相結合的教學模式極大地提高了實驗效果，助力學生學習質量的提升與實驗創新，值得推廣應用。

但值得重視的是，虛擬仿真平臺并不適用于“人體解剖學”的全部實驗教學，對于用傳統教學手段能達到教學目的的內容，依然采用傳統教學方式，對于那些用傳統教學方式講不清楚、學生理解不了的內容，比如器官、系統的位置毗鄰，脈管系統、神經系統等內容，則可以依托虛擬仿真平臺加以呈現，幫助學生理解、記憶。虛擬仿真技術與傳統教學方式互為補充、取長補短，并非完全取代傳統教學。

隨著教育信息化的不斷推進，全國各個高校已開始探索虛擬仿真平臺的建設，并取得了一定的成果。相信虛擬仿真平臺會在相關部門的大力支持下，在一批又一批優秀教育工作者的努力推進下，其潛力會得到進一步發揮。虛擬仿真平臺作為傳統教學手段短板的補充，活躍現有教學模式，助力教學質量步入新臺階。

作者簡介：李芬（1982— ），女，漢族，安徽合肥人，本科，實驗師，研究方向：人體解剖學與組織胚胎學。