虚拟仿真平台辅助应用型高校实验教学的应用

吴道勋 曹孟瑜 杨亚琴 杨华萍 陈琦东

随着全球信息技术的高速发展，互联网用户的急剧增加，移动互联网技术悄然改变了传统教育模式，移动互联网教育自2012 年移动互联网大会后逐渐兴起，正影响着传统课堂教学[1]，充分发挥网络的实时性,高效性，打破时空界限，更有效地提升现代教学效率[2]，线上教学成了全国各类型学校老师的主要授课方式之一，线上远程教育在应用型高校的教学中愈加普及发展[3]，为线上课的大力发展提供了很好的机会，使线上海量的教学资源真正的用于现实教学，由此也凸显了线上教学打破空间壁垒的优势，特别是线上虚拟仿真加入远程教学，大大增强了知识的可视化和与现实企业行业相结合的作用，更好的使知识与实践相结合，进一步的达到教学的“知行合一”，为了在完成远程线上课教学的同时，保证更好的教学质量，滇西应用技术大学积极采取虚拟仿真教学平台辅助“解剖课”的线上教学。文章主要研究以“线上+虚拟仿真”的教学方式对应用型本科高校医学及医学相关专业的“解剖学”课程进行混合教学[4]，并对所接受教学的学生进行问卷调查，以研究虚拟仿真教学对应用型高校线上教学的促进作用，为应用型高校实施稳定、有序、高效的远程线上教学提供一定的借鉴，同时探索应用型高校虚拟仿真教学的应用和实践,加强培养与生产实践紧密联系的应用型人才[5]。

1 对象与方法

1.1 对象

本次参与“线上+虚拟仿真”教学的学生为滇西应用技术大学2019 级的傣医学专业，护理学专业，康复医学专业和休闲体育专业，共300 名参与学习，2020 年6 月6 日—8 日共发放300 份问卷，收回有效问卷202 份，有效问卷分布为傣医学专业45 名，护理学专业53 名，康复医学专业61 名，休闲体育专业43 名。

1.2 调查方法

本次调查是以网络问卷调查的方式，以滇西应用技术大学医学及医学相关专业学生为调查对象，利用问卷星问卷平台开展“虚拟仿真系统辅助解剖课程线上学习满意度的调查问卷”。

1.3 统计学方法

数据使用Excel 统计学软件进行统计分析，计数资料用（%）表示。

2 结果

2.1 对虚拟仿真教学的了解和使用的情况调查

调查显示，73.3%的同学在上大学之前对虚拟仿真用于教学缺乏了解，在具体学习的过程中，52.0%的同学在学习的全过程使用虚拟仿真教学软件学习，但大部分同学需要在老师的指导下才能完成学习，比例达到了86.1%，在教学形式的选择上，92.1%的同学选择了虚实结合的教学方式，见表1。在对虚拟仿真教学感兴趣的调查结果显示，认为增加学习趣味性（以便于了解）和可重复性学习分别为86.6%和80.7%，可见虚拟仿真教学可通过现代科学信息技术的设计有效弥补传统教学短板[6]。

表1 学生对虚拟仿真教学了解和使用情况的调查（n=202）

2.2 虚拟仿真对解剖课教学的促进作用调查

调查显示，63.9%同学认为虚拟仿真教学可提高对解剖课的兴趣，64.4%的认为可以提高学习的主动性，69.3%的认为可以促进对理论知识的理解，同时60.9%的认为可提高线下实验课的实践能力和操作能力，见表2。79.2%的同学认为虚拟仿真教学有助于克服首次接触解剖课的恐惧心理，从而可以有效缓解对解剖课的惧怕心理和厌学情绪，同时92.6%的同学认为虚拟仿真教学有助于远程的线上课的学习，且78.2%的同学认为应用型高校应该多采用虚拟仿真教学。见表3。

表2 虚拟仿真教学对解剖课程的促进作用调查[名（%），n=202]

表3 虚拟仿真教学对线上课程其他作用的调查[名（%），n=202]

3 讨论

虚拟仿真技术，是20 世纪80 年代崛起的一种计算机集成技术，虚拟仿真实验教学是综合应用虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库以及网络通讯等技术[7]，通过构建逼真的实验操作环境和实验对象，使学生在开放、自主、交互的虚拟环境中开展高效、安全且经济的实验。尤其对于涉及高危或极端环境、不可及或不可逆的实验操作[7-8]，以及需要高成本、高消耗的大型或综合性实验项目，通过现代数字化和信息化[9]的构建虚拟仿真实验项目，具有明显的成本优势，而对于解剖学教学，虚拟仿真技术将人体结构进行重现，学生可以较好理解和掌握人体各器官的形态结构、位置和毗邻关系，还可研究器官等常利用解剖的方法，这节约了解剖实验资源的消耗，使得实验教学内容直观且生动形象，使学生的实操技能得到极大的提高，从而达到真实实验中不具备或难以实现的实验效果，对传统实验教学的思想、模式、方法以及手段等产生了意义深远的影响。

以上调查数据显示，虚拟仿真作为传统教学的补充得到了被调查者的积极肯定,特别是强化实践和操作技能的课程，虚拟仿真对学习具有积极的促进作用，可以让同学们加深理解生硬难懂的知识，并增加学习的趣味性和主动性，使学习效果得到极大的提升，可以提高应用型高校开展线上课教学质量。但是虚拟仿真教学的发展和普及还有很大的增长空间，特别是强调与生产实践相结合的应用型高校，在现实的教学过程中，应积极推广虚拟仿真技术用于教学；但是由于是虚拟仿真技术大发展初期，目前虚拟仿真教学软件在用户体验方面的设计还不是很完善；

使用虚拟仿真教学辅助远程线上课，特别是在强调以实践教学为主的应用型本科高校，使用虚拟仿真辅助实验教学无疑是对线上课的开展具有强化的效果，特别是虚拟仿真的重复性学习、人性化知识回顾[10]功能和实时评价的功能，可以让学生加深对解剖学知识的理解和掌握。

学习的主动性和趣味性是决定学习效果的主要原因，虚拟仿真具有沉浸感，交互感[11-12]，想象性和理智性的特点，通过现代信息技术对学习场景加以设计，刺激学生的感官，增加学习的趣味性，提高学习的主动性，激发学生的学习潜能，让学生可以在没有老师监督的情况下，自觉主动的完成学习任务，有效的增强线上的学习效果。

对于刚接触医学的新生，尤其是初次面对解剖学课程，由于受到传统文化的影响，大部分学生存在着或多或少的惧怕心理，容易出现厌学情绪，甚至会丧失对医学的学习兴趣，通过虚拟仿真辅助实验教学，可以有效的克服对解剖课的恐惧心理，在现实解剖课的教学中由于标本的耗损，缺乏等原因，很难将课本的理论知识和实际相联系，而虚拟仿真强大的人体三维立体层次结构设计[12]能有效的弥补现实教学的不足，帮助同学们理解解剖学的知识。

总之，虚拟仿真教学平台辅助应用型高校线上实验课教学不仅顺应了教育信息化的发展趋势[13]，优化了实践教学的实验资源配置，提升了实验教学的教学质量，推动了实验教学的改革和创新，还提高了学生学习的主动性，激发了学生的学习潜能，让学生克服了对解剖课的恐惧心理，有效实现了理论与实践相结合，因此，虚拟仿真教学平台的应用对提高应用型院校的教学质量和深化实验教学改革[14]发挥了积极重要的作用。

4 虚拟仿真教学平台辅助线上课的展望

虚拟仿真教学辅助线上实验教学能产生积极的教学效果，但是目前虚拟仿真的实验教学项目的发展还不完善，特别是对于强调校企合作和实践教学为主的应用型大学，为此提出4 点建议：

4.1 提高教师的信息化水平

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》指出：“信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视”[15]，目的是推动信息技术与教育深度融合，从而创新人才培养模式。当代大学生都是互联网的原住民，网络学习方式伴随他们的成长，而在教育信息化的进程中，教师自身的信息化水平起着重要的作用，故当代教师应与时俱进，积极的提高自身的信息化教学水平，才能适应互联网信息时代学生学习的特点，有效的实践“智能+教育”[16]的创新人才培养模式，从而达到优化且增强实验教学效果，提高培养应用型人才的目的和要求。

4.2 加强应用型高校虚拟仿真实验项目的开发

目前虚拟仿真技术的开发大多都是针对研究型高校课程设计，很少有针对应用型高校课程和教学特点设计的虚拟仿真教学项目，导致学生在学习知识过程中不能将知识应用于实际场景，特别是与企业行业发展紧缺的应用型人才，故可通过“校企合作，产教融合[17]”的方式，联合学校、企业和软件设计方开展虚拟仿真教学项目的设计，针对性的设计和开发适用于应用型高校的虚拟仿真实验教学项目，搭建虚拟仿真实训教学管理和共享平台，组建师资队伍，制定管理规范制度[18]，促进应用型高校的实践、实训和实验教学。

4.3 增加应用型高校“虚实结合”混合的教学方式

应用型高校是培养以社会需求为动力,市场为导向,为行业、企业的发展和社会经济建设服务的人才为目标[19]，专业和课程设置必须突出应用性，教学内容更加注重与生产实践的结合,围绕地方经济发展和社会发展的需要[20]，重视实践性教学环节，提高学生解决实际问题的能力。虚拟仿真教学课程对应用型高校的教学尤为重要，通过“虚实结合”混合的教学方式，对于需通过反复动手实践操作才能掌握技术要领的教学内容有强化效果的作用，能有效的弥补应用型高校不能进行业、企业实践教学的短板，解决了实验课程的学时和实验场所限制的问题，有利于推动基于校企合作和产教融合[21]的实践教学的深化与改革，是产、学、研、用相结合的重要体现。

4.4 培养学生自主的学习习惯，提高混合教学的学习效果

混合教学模式的运用，让学生能够将线上的学习资源很好地与传统的授课内容有效融合，实现实验课教学资源的重复化学习与实践[22]，这些资源不仅可以让学生在课下自行学习和复习，还可以融入课堂讨论中，进而为实现学生个性化学习[23]奠定良好的基础。虚拟仿真教学平台模式的应用更容易满足学生的自身学习需求，学生能够根据自己的学习状况选择性对相应模块的内容巩固并加强理解。

同时，学生也可以通过查缺补漏的方式来强化自己的知识与实验技能，这与传统的教学模式进行了较好的融合。此外，虚拟仿真教学平台通过利用移动物联网的优势[24]，可有效延长学生的实验学习时间，提升自身实验操作的技能性，整个学习和教学过程具有较强的可操控性，教师可以通过后台数据直观分析和了解学生的学习进程以及知识掌握情况[25]，为更好开展教学活动创造了有益条件，极大地激发学生的学习主动性、积极性与创造性，同时，对于部分理解能力较弱的学生而言，可有效延长学习时间，从而树立学习追赶的信心，有助于消除学习差距，促进学生的全面发展。