虛擬仿真技術(shù)在高職動物解剖生理教學(xué)中的應(yīng)用

瞿健萍，楊榮芳，曲 強(qiáng)，于 明，溫 萍，冀紅芹，劉衍芬

（遼寧農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畜牧獸醫(yī)學(xué)院，遼寧 營口 115009）

2018年，教育部印發(fā)《教育信息化2.0行動計(jì)劃》提出教育信息化是加快教育現(xiàn)代化的有效途徑。2021年，中共中央國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于推動現(xiàn)代職業(yè)教育高質(zhì)量發(fā)展的意見》提出推動現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。虛擬仿真技術(shù)作為新興教育信息化教學(xué)手段引入課程教學(xué)，符合各項(xiàng)職業(yè)教育現(xiàn)代化的方針政策，使數(shù)字化教學(xué)資源日益豐富，有效推動教育理念革新。動物解剖生理課程是畜牧獸醫(yī)類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，為后續(xù)專業(yè)課奠定基礎(chǔ)。該課程內(nèi)容涉及動物體各系統(tǒng)中各器官的位置、形態(tài)以及生理功能，對于一些比較難以理解的器官結(jié)構(gòu)和生理現(xiàn)象，通過借助圖譜或者標(biāo)本，也不能達(dá)到良好的教學(xué)效果。鑒于此，本文主要探討虛擬仿真技術(shù)在動物解剖生理教學(xué)過程中的應(yīng)用。

1 動物解剖生理課程教學(xué)現(xiàn)狀及改革

動物解剖生理課程是高職學(xué)生大學(xué)一年級的專業(yè)基礎(chǔ)課，培養(yǎng)學(xué)生對動物體各系統(tǒng)中各器官的位置形態(tài)結(jié)構(gòu)功能掌握的能力，該課程較為抽象，需要學(xué)習(xí)者具有一定的空間想象力和實(shí)踐動手能力。在傳統(tǒng)教學(xué)中，以老師教授為主的授課方式，學(xué)生被動聽課，可能造成學(xué)生對知識的理解不透徹，學(xué)習(xí)過程中大量的疑惑和問題沒有得到及時解決。實(shí)驗(yàn)課中有標(biāo)本、圖譜和模型能夠幫助同學(xué)理解理論知識，但資源數(shù)量和實(shí)訓(xùn)場地?cái)?shù)量有限且教學(xué)資源不夠立體，在幫助同學(xué)理解空間結(jié)構(gòu)以及一些比較難以掌握的系統(tǒng)知識方面還存在一些不足，比如動物神經(jīng)系統(tǒng)各層次解剖結(jié)構(gòu)分布。經(jīng)過課堂教學(xué)的改革，能夠調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和積極性，由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動獲取知識，真正實(shí)現(xiàn)師生主體的互換，這是達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的主路線。近些年，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于動物解剖生理的教學(xué)中，一方面能夠拓增相關(guān)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，另一方面能夠突破傳統(tǒng)時間和空間局限，學(xué)生能夠?qū)崟r地重復(fù)性進(jìn)行在線練習(xí)，也能夠根據(jù)自身對知識掌握程度為自己量身設(shè)計(jì)練習(xí)項(xiàng)目，能夠充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)探索動物體形態(tài)結(jié)構(gòu)的積極性，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

2 虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢

虛擬仿真技術(shù)更具立體直觀性。3D數(shù)字虛擬仿真系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)技術(shù)及生物信息學(xué)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)動物體結(jié)構(gòu)可視化，可收集解剖截面數(shù)據(jù)，從而構(gòu)建動物體三維結(jié)構(gòu)圖像。同學(xué)們可以通過虛擬仿真動畫軟件、VR、AR、MR技術(shù)沉浸式學(xué)習(xí)動物體各系統(tǒng)中各器官的位置形態(tài)結(jié)構(gòu)，也可以360e旋轉(zhuǎn)觀看動物體各個解剖截面的結(jié)構(gòu)，能夠便于學(xué)生更加直觀立體觀察動物體結(jié)構(gòu)，便于學(xué)生對解剖知識的理解。

虛擬仿真技術(shù)更具趣味性。興趣是最好的老師，學(xué)生在學(xué)習(xí)方面有了興趣才能讓其主觀能動性得到最大程度的發(fā)揮。VR、MR、AR技術(shù)的使用使學(xué)生能夠體會虛擬解剖世界帶來的真實(shí)趣味體驗(yàn)，帶上VR頭盔、MR眼鏡和AR眼鏡，眼前出現(xiàn)3D虛擬動物模型，學(xué)生通過使用手柄，調(diào)控動物模型的角度、位置、隱藏或者顯示其中某一個系統(tǒng)，或者可以任意拖拽動物體任何一個部位。同學(xué)們可以像平時玩虛擬游戲一樣，體驗(yàn)虛擬解剖世界，實(shí)現(xiàn)在玩中學(xué)、學(xué)中玩的效果，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性。

虛擬仿真技術(shù)更具時效性。虛擬仿真軟件動畫在電腦和手機(jī)終端都可以不受時間和空間限制觀看，解決了實(shí)驗(yàn)課標(biāo)本觀看對教學(xué)場地的要求，更具有便利時效性，能夠提高學(xué)習(xí)效率。同學(xué)們可以利用平臺登錄終端隨時隨地觀察解剖視頻和動畫，豐富了業(yè)余時間，也能夠利用該虛擬仿真軟件提前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)知識點(diǎn)，從而提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和小組合作能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

虛擬仿真技術(shù)更具實(shí)用性。虛擬仿真技術(shù)借助可視化設(shè)備進(jìn)行無實(shí)物觀察和操作，更體現(xiàn)動物福利，減少試驗(yàn)動物的使用，同時能夠避免學(xué)生在實(shí)物操作過程中由于操作不當(dāng)造成的不必要的損傷或者人畜共患疾病的風(fēng)險。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用能夠減少標(biāo)本中特殊氣味或者解剖過程中血腥味給學(xué)生帶來的不適感，有助于剛剛接觸該專業(yè)的大一新生循序漸進(jìn)的成長。

3 虛擬仿真技術(shù)在動物骨骼標(biāo)本觀察中應(yīng)用的教學(xué)設(shè)計(jì)

將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于動物解剖生理課程教學(xué)中，在虛擬世界中實(shí)現(xiàn)理論知識與實(shí)踐技能的有機(jī)融合，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的提升。虛擬仿真技術(shù)在動物骨骼標(biāo)本觀察中應(yīng)用的教學(xué)設(shè)計(jì)分為課前研學(xué)、課中喜學(xué)和課后延學(xué)，充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)思想。教學(xué)實(shí)施設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 虛擬仿真教學(xué)實(shí)施流程圖

課前研學(xué)：課前將同學(xué)進(jìn)行分組，分組根據(jù)（學(xué)習(xí)積極帶動不積極+男女均有）形成學(xué)習(xí)互助小組。通過學(xué)習(xí)平臺中的學(xué)習(xí)通布置任務(wù)，學(xué)生可以通過在學(xué)堂在線和學(xué)習(xí)通查看學(xué)習(xí)資料提前進(jìn)行預(yù)習(xí)，然后完成課前任務(wù)。老師可以通過學(xué)習(xí)通的后臺隨時隨地查看并了解學(xué)生完成情況，也可以給未完成同學(xué)發(fā)布任務(wù)提醒。

課中喜學(xué)：首先老師發(fā)布每組的任務(wù)（每組分別通過虛擬仿真軟件觀察學(xué)習(xí)豬、馬、牛、犬的全身骨骼）。然后老師演示虛擬仿真軟件的使用，之后每個小組完成各自的任務(wù)，派一名同學(xué)匯報學(xué)習(xí)成果，匯報完老師進(jìn)行點(diǎn)評，其他組同學(xué)進(jìn)行投票評價。虛擬仿真軟件中含有模擬測試題，老師發(fā)布測試題，同學(xué)們在線答題，檢測同學(xué)們對知識的掌握程度，再有針對性地講解知識點(diǎn)，同時同學(xué)們可以體驗(yàn)VR、AR、MR設(shè)備，實(shí)現(xiàn)在玩中學(xué)學(xué)中玩的效果。

課后延學(xué)：在學(xué)習(xí)通中布置任務(wù)，要求同學(xué)們繪制牛全身骨骼并上傳。繪制圖過程中，同學(xué)們能夠加深對動物體全身骨骼的掌握。在學(xué)習(xí)通中發(fā)布母馬分娩視頻，提出問題在其分娩過程中胎兒經(jīng)過哪些部位？”同時同學(xué)可以登錄校園網(wǎng)中的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)管理平臺，通過反復(fù)學(xué)習(xí)虛擬仿真軟件中的動畫來尋找答案。在使用虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺中的虛擬仿真軟件，同學(xué)們可以重復(fù)性自學(xué)，尋找答案的同時能夠查缺補(bǔ)漏做到對知識點(diǎn)的重新梳理以及自我提升。

4 虛擬仿真技術(shù)在動物解剖生理教學(xué)中應(yīng)用的效果

與傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，虛擬仿真技術(shù)在動物解剖生理課程中的應(yīng)用更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性，與只通過傳統(tǒng)教學(xué)方法培養(yǎng)的2021級學(xué)生相比，接受虛擬仿真技術(shù)教學(xué)方法培養(yǎng)的2022級學(xué)生掌握知識更加扎實(shí)穩(wěn)定，理論考核和實(shí)操考核成績均有所提高，說明虛擬仿真技術(shù)在動物解剖生理教學(xué)中應(yīng)用能夠改善教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量。

虛擬仿真技術(shù)的使用深受老師和同學(xué)們的青睞，增加了課堂的趣味性。學(xué)生在玩中學(xué)學(xué)中玩”。學(xué)生通過使用虛擬仿真軟件或者VR、AR、MR等設(shè)備能反復(fù)多次將動物體全身骨骼進(jìn)行拆卸

或者拼裝”，猶如組裝玩具，極大程度激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，能夠提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。虛擬仿真軟件中還自帶考核考試習(xí)題，同學(xué)能通過習(xí)題自測檢驗(yàn)自己學(xué)習(xí)掌握程度，從而能夠有針對性地進(jìn)行復(fù)習(xí)。老師也能夠通過虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺查看學(xué)生答題情況，了解學(xué)生對知識點(diǎn)掌握盲區(qū)，對學(xué)生理解掌握比較困難的知識點(diǎn)或者易錯比例比較高的知識點(diǎn)進(jìn)行規(guī)律梳理，然后分層次、有重點(diǎn)地進(jìn)行輔導(dǎo)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

5 小結(jié)

總體來說，虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于動物解剖生理教學(xué)中，能夠突破傳統(tǒng)課堂模式，以虛助實(shí)、虛實(shí)結(jié)合，解決實(shí)訓(xùn)條件不足，解決比較解剖，能夠使同學(xué)們深入了解畜種間差別。同時虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室的搭建，通過虛擬仿真技術(shù)AR、VR、MR沉浸式教學(xué)，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，做到玩中學(xué)學(xué)中玩”，有助于提升課堂教學(xué)效果。網(wǎng)絡(luò)平臺中虛擬仿真軟件的使用，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供良好的虛擬學(xué)習(xí)平臺，能夠提升學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。