虚拟仿真技术在体育专业运动解剖学课程教学中的应用探讨*

2020-11-22吴菊花

体育科技 2020年5期

吴菊花

吴菊花

（广西科技大学体育学院，广西柳州 545006）

运动解剖学是体育专业学生的必修课，传统教学模式往往表现为形式单一、学生兴趣不高等，虚拟仿真技术则可更形象、逼真地模拟解剖结构，将知识点教授给学生，显著提高教学效果和质量。随着高校新型课程改革的不断推进和深入开展，将虚拟仿真技术应用于运动解剖教学将变得更加迫切和重要，这将有利于运动解剖学教学成效的提高，更加有利于新课程改革的推进和发展

虚拟仿真；运动解剖学；应用

近期，国务院办公厅《体育强国建设纲要》印发颁布，其部署推动着中国体育的不断演变：由竞技体育向全民体育发展，体育强国的稳步构建。由此提示：当前社会对于体育专业人才的需求将逐渐增多，并且越来越需要丰厚知识储备的体育专业技术人才。在体育相关专业教学中，除了专业方向所需学科的学习外，还需进行一些基础专业理论课的学习，比如：运动解剖学、运动生理学等，其中运动解剖学作为所有体育相关专业的必修基础课程[1]，是其他课程的先修课程，也是其后续课程的前提与基础。而运动解剖学并非纯粹的理论学科，是一门理论与实践紧密联系的学科，例如增强机体核心力量时，需对哪些肌肉进行训练等等。运动解剖学专业名词繁多，内容略显枯燥，随着课改的深入运动解剖学课时也随之减少，这给运动解剖学的课程教学带来了一定挑战。近年来，科学技术与教学技术密切融合，越来越多新颖实用的科学信息技术应用于教学，并给课程教学带来了新视角和新切入点，如虚拟仿真技术。虚拟仿真技术是一种可创建和体验虚拟世界的计算机系统，是以计算机软件及硬件为基础、以必要的技术手段为辅助，通过对已知或未知世界的仿真，使人获得真实感受的一种计算机应用技术[2,3]。那么，虚拟仿真技术对运动解剖学教学是否具有较强的应用性呢？针对这一问题，笔者试着从运动解剖学教学现状、虚拟仿真技术在运动解剖学教学中的作用及应用分析、虚拟仿真技术在运动解剖学教学中需注意的问题等方面着眼，对虚拟仿真技术在运动解剖学教学中的应用进行深入探讨。

1 运动解剖学课程教学现状

在体育专业理论教学中，运动解剖学几乎是所有体育专业方向的必修课程，也是为后续课程开展提供一定基础。目前，运动解剖学课程主要涵盖理论教学和实验教学，其主要内容为人体基本形态结构，多数内容为固定知识，仅有少量内容需灵活掌握[4]，而体育专业学生在中学阶段，精力多用于体育实践，而对于文化课程的学习存在一定缺失，因此，体育专业学生刚踏入大一阶段，就需要学习内容较繁杂、知识点较琐碎的运动解剖学课程，对其而言，往往存在一定难度。运动解剖学除了理论学习外，还会伴随约四分之一的实验教学[5]，众所周知，实验教学是培养学生实践能力、创新精神、理论融合实践的重要途径之一，而传统的运动解剖学实验教学往往仅通过辨析骨骼或部分模型，进而完成该部分教学，由此可能会减弱学生对于运动解剖学的整体观认识、三维立体认识，进而可能导致体育专业学生在该课程结束后，理论与实践的结合运用能力相对薄弱[6]。总体上看，运动解剖学是理论与实践紧密联系的主干课程，其解剖学专业名词复杂繁多，教学内容枯燥难懂，并且随着教学改革要求，其课时量也呈缩减趋势，其实验教学用的骨骼、脏器模型等带给体育专业学生的学习兴趣逐渐降低等，这给运动解剖学课程的教学带来了十分严峻的挑战。

2 虚拟仿真技术在运动解剖学教学中的应用

传统的运动解剖学教学往往采用实物模型演示。在课堂理论教学中，任课教师给学生展示某一部位的解剖学实物模型，给学生直观印象，同时增加与学生的互动性，在解剖学知识传授过程中具有条理清晰、解说形象的特点，然而实物模型也存在一定缺点：静态展示，无法真实反映人体的动态情况；局部性强，缺乏整体感官性，还有一些精细的结构，如：肌肉的断面解剖、心血管系统的动态、神经系统抽象等，均无法给学生呈现出真实性。并且随着使用年限增加，这些实物模型会出现大量磨损，而解剖学实物模型造价较高，这无形中会增加较多财政负担。此外，体育专业学生对于抽象学科的学习，缺乏立体观，由此运动解剖学的教学更加需要静态实物与动态图像结合，进而提高体育专业学生对运动解剖学的学习兴趣[7]。因此，可考虑引入虚拟仿真模型教学技术，对此进行一定弥补。

虚拟仿真技术应用于运动解剖学教学，在理论教学方面，是通过高度仿真的虚拟解剖学结构，使用并结合了多媒体、人机交互、仿真、虚拟现实等技术，在课堂进行教学时，可将大信息量的解剖学知识点形象化展示给学生，进而调动体育专业学生积极性，增加师生互动，能够及时得到学生反馈，提高运动解剖学的课堂教学效率[8]。在实验教学方面[9]，虚拟仿真技术具有其特定的优势，例如，可有效使用解剖标本，减少标本损耗，节约解剖资源；解除时空限制，解除了传统解剖学实验课程必需在实验室进行的空间限制，可随时实现解剖学实验课程学习；人机互动性增强，可充分提高体育专业学生的学习乐趣，激发学生学习运动解剖的兴趣，减少传统解剖学实验课堂上学生对解剖结构的淡视。例如，建设基于慕课平台的医学虚拟仿真实验室的使用，极大地调动学生学习积极性，教学效果显著[10]。张齐等[11]人则在局部解剖学教学中使用了数字化虚拟仿真技术，并通过实验法对其应用效果进行检验，结果显示实验班解剖学成绩显著性高于对照班，且实验班学生对其应用满意度较高。又如，在动物解剖方面，张利卫等[12]在动物解剖学实验课教学课堂，改变传统的“人——动物”的实物实验教学模式，探索新的方法和手段，如：采用虚拟仿真系统和手机软件云班课App等方法应用于动物解剖学教学实验，有效改善了动物解剖学实验的教学效果。虚拟仿真技术虽然在解剖学教学中应用已较为广泛，但多应用于医学院人体解剖学教学或农林院校的动物解剖教学，在运动解剖学教学方面则尚较少，仍需探索其在运动解剖学教学方面的作用效果。

人体解剖学虚拟仿真模型是通过计算机技术，构建人体各个解剖系统的详细结构，使其呈现动态化呈现在显示器上，具有显著的具象化和生动性。目前，院校常用的仿真模型包括两种：Visible Body[13]和3D Body[14]。其中，Visible Body是全球知名的人体解剖学软件，是由国外研发专业的人体透视三维虚拟软件，该软件构建了人体系统结构的三维立体空间，从某种程度上讲，与传统解剖学教学中的尸体解剖相类似，由真实尸体数据3D重建的解剖模型与立体化数字冷冻切片图像技术结合，可对3D解剖模型进行模拟解剖，由此可方便学生较好地理解解剖学结构及其相邻组织的关系。该软件可在电脑、手机等平台上使用，无论何时何地，学生均可进行学习，仅通过触屏操作，即可完成对不同解剖学部位的名称、功能、结构等的学习，动态性较强，可满足体育专业学生对解剖学知识的动态认识。然而，该软件为收费软件，需购买方可使用。3D Body是由国内公司研发，主要通过构建三维立体数字模型，其特点是按照人体系统进行解剖部位分类，分为男女两类型，可提供骨性标志、肌肉形状、肌肉起止点、肌肉动作动画、断层解剖、运动解剖动态模型等详细的图文信息解释，涵盖了5000+的人体解剖结构，是十分完整全面的解剖学虚拟仿真应用软件。3D Body也可在电脑、手机等平台进行应用，教师或学生使用时，不受时间空间限制。该软件版本部分免费，部分收费。在对比以上两种虚拟仿真的解剖学应用软件后，针对体育专业学生对解剖学知识需求的侧重点——运动系统在体育专业中的应用较为深入，建议选择使用3D Body。

3 虚拟仿真技术在运动解剖学教学中需注意的问题

3.1 虚实结合教学，但应注意以实为主、虚为辅的教学原则

虚拟仿真技术应用下的运动解剖学教学，可弥补传统教学模式下的精准定位不准确、三维立体不清晰等问题，有利于教师更加直观系统地讲述知识点，并将关联知识点同时点映，由此帮助学生形成立体全面的人体解剖学结构映像，进而改善教科书上图像二维性给学生带来的困扰[15]。然而，该技术下的仿真平台也具有其明显局限性，如：解剖虚拟仿真平台只能无限接近真实地解剖学实物标本，但仍无法取代标本；此外，解剖虚拟仿真平台缺乏实物模型的真实感，学生在学习过程中，仍需对相应样本进行触摸观察，进而增强对该解剖结构的真实感；解剖实物模型也具有与学生互动性强、直观方便的特点。因此，虽然虚拟仿真技术极大地改善了运动解剖学学习过程中存在的问题，但我们仍需以运动解剖学教科书和解剖学实物模型为主，同时辅以相关虚拟仿真技术制作的解剖学结构软件，虚实结合进行教学，以实为主，以虚为辅。

3.2 增强运动解剖学虚拟仿真相关软件开发，完善融合运动学与解剖学

目前，解剖学的虚拟仿真软件众多，比如Visible Body、3D body等，这些软件已得到广泛应用，且受众满意度较高。除此之外，还有其他公司自行开发了虚拟仿真解剖学平软件，例如“山东易创中国数字人解剖系统”[15]等等。各类型的解剖学虚拟仿真软件各有其特点，然而，多数解剖学虚拟仿真软件只针对医学院开发，侧重于系统解剖、局部解剖等，而体育专业所学的运动解剖学侧重点在于解剖学与运动的关系，重在强调运动系统，因此，需开发其相应的运动解剖学虚拟仿真系统，方可更有利于体育专业学生学习。琼台师范高等专科学校设计开发的“运动解剖学软件”，其实践也表明该软件可有效帮助体育专业学生直观清晰地理解运动系统相关知识点[16]。然而据文献检索发现，对于运动解剖学的虚拟仿真软件开发目前尚少，并未呈现如同Visible Body、3D body等成熟度较高的运动解剖学软件，因此，仍需增强运动解剖学虚拟仿真软件的开发，进而为体育专业运动解剖学教学提供技术支持。

4 小结

运动解剖学教学，不仅要求学生熟练掌握扎实的解剖学知识点，还需要学生根据学科特点灵活运用知识的能力及熟练的动手能力。许多实践证明，解剖学虚拟仿真平台作为解剖学教学的辅助手段之一，可有效解决教学过程中标本缺乏的问题，增强学生的三维立体感和全面观，更可充分调动学生的学习积极性。尽管解剖学虚拟仿真平台具有众多优点，但也存在一定弊端，如不真实性，即“看得到摸不着”。因此，在运动解剖学教学中，需坚持以运动解剖学教科书和解剖学实物模型为主，同时辅以相关解剖学虚拟仿真技术平台。

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