虚拟仿真技术在运动解剖学实验教学中的应用前景分析

李志刚 马梅玉

【摘要】虚拟仿真技术应用于实验教学是教育现代化的重要方向。传统的运动解剖学实验存在实验项目单一、教学资源匮乏等问题，已经无法满足创新性人才培养的需要。虚拟仿真实验与传统实验教学有较高的互补性。因此，本文通过对虚拟仿真技术在运动解剖学实验教学中的应用进行论证，旨在改进实验教学模式，提高学生的实践创新能力，切实提升教学质量。

【关键词】虚拟仿真  实验教学  教学模式改革

【课题项目】广西高等教育本科教学改革工程一般项目A类：《虚拟仿真技术应用于体育专业实验课程教学的改革和实践》，课题编号：2019JGA299;百色学院校级教学改革工程项目：休闲时代背景下社会体育指导与管理专业实践教学模式的改革与实践，课题编号：2019JG36。

【中图分类号】R-4;G642   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）15-0178-02

一、引言

信息技术的快速发展，为教育现代化奠定了坚实的基础，带来了教育的模式和方法的变革。实验教学是理论教学的一种延续，学生通过亲历实验过程，能够将所学理论知识消化吸收并转化为实践技能[1]。虚拟仿真实验教学平台的建设顺应了信息时代高等教育开放办学、资源共享的变革要求，为学生开展探究性学习、自主实验和创新实践提供了开放平台和优质资源，弥补了现有实验教学的固有短板，能够切实提高实验教学的质量，是教育现代化的重要发展方向[2]。

一、虚拟仿真技术的概述

仿真技术是通过建立研究系统的模型，结合环境（实际的或模拟的）条件进行研究、分析和实验的方法[3]。虚拟现实技术（Virtual Reality Technique， VR）是多个信息技术的综合应用，其中包括数字图像处理、多媒体技术，传感器技术等[4]。仿真技术与虚拟现实等技术结合演化出了功能更为强大的虚拟仿真技术，其是依托互联网、多媒体、虚拟现实、人机交互等技术不断发展的结果。目前，已有包括屏幕仿真技术、加入可穿戴传感器计算机屏幕画面虚拟仿真技术、加入专用传感器并阻断操作者视力虚拟现实技术以及增强现实技术等教育领域广泛应用[5]。另外，根据参与者的体感，虚拟仿真技术又分为非沉浸式和沉浸式两大类。随着信息技术的发展，虚拟仿真技术的“概念”也不断变化，功能也愈加强大。

二、虚拟仿真技术适用于运动解剖学实验教学

体育运动的本质是能量供应下的身体活动，因此，探究体育运动的规律，必须建立在了解身体的形态结构基础之上。运动解剖学是在研究人体正常形态结构基础上，重点分析运动对人体形态结构、生长发育的影响作用，并结合技术动作要求和解剖学知识对体育教学进行指导。运动解剖学一直是体育专业的主干课程，也是一门应用性非常強的课程，该课题分为理论和实验教学两部分。实验教学是对理论学习的补充和验证，是提高学生动手能力，培养学生探究性学习和创新的关键[8]。但目前我国运动解剖学实验教学中存在实验项目类型单一、教学模式陈旧和教学资源有限等诸多问题，不利于人才培养的质量。而虚拟仿真技术的使用则可以起到以下作用：

（一）丰富实验教学内容

虚拟仿真系统借助现代计算机仿真技术，能够动态地模拟实验步骤、操作技巧和实验结果，使学生在非实物的状态下完成实验过程，强化理论学习效果。运动解剖学课程实验主要是验证性实验，多通过模型、标本进行演示，学生模拟观察。然而模型器官不能完全还原真实器官的形态，在人体中的位置及毗邻，导致学生学习过程中无法建立起完整的人体器官立体形态印象。虚拟仿真平台在运动解剖学实验教学中的应用，可以通过“屏幕仿真技术”建立数字生物模型，可以直观明了地了解各个部位的名称，不同部分之间的毗邻，还可以将各个系统、器官以及组织进行拆装并进行结构的观察，解决了多数非医学院校缺乏人体解剖室和标本馆的难题，如“3D Body”软件和“国希望-云解剖”学习网站等资源的利用，使得传统的教学元素实现了数字化、自动化、模拟化和立体化，生动、可操控的学习内容。

（二）节约实验成本

人体是由功能不同的九大系统构成，每个系统又有若干不同的器官组成，每个器官又包含一些特殊的结构以及种类繁多的细胞。另外，由于学生人数增多，学生对实验教具的需求也增多，因此，想要通过模型和挂件等全面地展示人体的不同结构，就得采购数量庞大、价格不菲的实验教具。在运动解剖学实验教学平台建设中引入虚拟仿真技术，可以对整个人体进行系统的学习，首先分器官、分系统逐个进行研究建模，然后将各个部分联系起来构成完整的人体，可使本来操作相当复杂的实验变得简单。除此之外，一些实验项目还需要采购人体和动物的标本，不仅标本本身价格高昂，配套的实验设备也需要大量的经费投入，且需要长期的维护更新。虚拟仿真技术的应用相对降低了实验室建设投入，购买虚拟仿真软件或虚拟教学资源的使用权所花费用低于标本、模型等的支出，且可以循环使用，利用率高，大大提高了获利受众面和人数，同时降低了维护更新的成本[6]。

（三）改变教学模式，优化教学方法

通过数字仿真教学资源的建立，使得如“翻转课堂”“以问题为基础的学习（Problem Based Learning，PBL）”等学习模式或方法更好地推进，学生课前先通过个人操作、学习，总结实验过程中遇到的问题，并试着查阅资料解答，正式上课时，学生分组演示，教师指导，将实验过程中的问题进行集中的讨论解答。另外，实验的考核可以通过虚拟仿真教学平台来实施，在这个过程中可以对学生的操作步骤、实验完成度进行定性和定量的分析，避免了传统实验考核的单一片面的问题。从而弥补了教学改革过程中教学资源不足的问题，同时降低了教师的工作量，一定程度上缓解了师资不足的困境。这些新的教学模式、方法的应用能够提高学生自主学习的意愿，培养学生发现问题、解决问题的科研精神，极大地促进了地方高校应用型人才培养的质量。

（四）提高学生的创新实践能力

运动解剖学实验教学内容主要是对构成人体不同系统的器官进行观察，教学内容繁冗，而大部分高校开设的实验教学课程在16个课时左右，偏向于现象演示和理论验证，如将人体的骨骼肌的观察分为上肢骨骼肌的观察、下肢骨骼肌观察和躯干骨骼肌观察，这种教学安排割裂了各个实验学习内容之间的相互联系，增加了体育专业学生学习的难度，不利于学生综合解决问题的能力及创新能力的培养。与之相反，虚拟仿真技术则提高了学生实验的容错率，降低了实验的难度，学生对实验原理和步骤形成了直观、系统的认知，提高了学生的参与感和自信，实验效果达到预期目标。并且轻松、充实的实验更有利于激发学生的求知欲，丰富了学生的创新思维，有效形成学以致用的理念，更加提高了直接解决实际问题的能力[7]。

三、结语

虚拟仿真技术在实验教育中的应用是我国实现教育现代化的重要布局。虚拟仿真技术在运动解剖学教学中应用，创新了教学模式，丰富了教学资源，打破了实验教学的时空限制，提高了学生的自主学习、创新实践能力。但在应用虚拟仿真技术时，应遵从能实不虚、虚实结合，灵活地选择多媒体设备进行学习。另外，虚拟现实技术是综合性实验一个较为理想的选择，但涉及到的交互设备制造难度普遍偏大，同时采购成本极高[8]。因此，应从顶层政策设计出发，倡导合理的资源共享模式是促进教育公平，建设学习型社会的必由路徑。

参考文献：

[1]任明秀.电力系统及其自动化专业实验课改革思考[J].中国电力教育，2013，2（261）：141-142.

[2]郭婷.虚拟仿真实验教学项目建设与应用研究[J].实验技术与管理， 2019，36（10）：215-217+220

[3]顾银芳，苑士华，李玮等.仿真技术的发展与展望[J].河北工业科技，2000（5）：36-39.

[4]陈雁飞.虚拟现实技术综述[J].机械制造与自动化，2004（5）：5-7+10.

[5]魏民.在职业教育应用视角下的VR/AR技术[J].中国电化教育， 2017（3）：10-15

[6]孟卉，李渊.一种基于Web3D技术的虚拟仿真实验实现方法[J].电脑与信息技术，2019，27（2）：1-4+10.

[7]方振华.虚拟仿真技术在人体解剖生理学实验教学中的应用[J].教育现代化，2017，4（34）：150-151

[8]张飞云，张彤.虚拟现实技术在竞技体育仿真中的应用分析[J].自动化技术与应用，2019，38（9）：162-164.

作者简介：

李志刚（1986年-），男，汉族，山东青州人，讲师，硕士研究生，研究方向为体育专业理论课实验教学改革。

马梅玉（1985年-），女，回族，湖北鹤峰人，讲师，硕士研究生，研究方向为体育专业理论课实验教学改革。