虚拟仿真技术在人体解剖生理学实验教学中的应用＊

卫 刚 尚天翠

（1.新疆伊宁卫生学校，新疆 伊宁 835000；2.伊犁师范大学生物与地理科学学院，新疆 伊宁 835000）

人体解剖生理学是一门研究正常人体形态功能的学科，教学内容多，需较强空间想象力，但该学科教学内容较为抽象枯燥，不易被学生接受[1]。传统教学过程中，为达到满意教学效果，需运用PPT讲解、人体标本模型及动物实体解剖等诸多辅助教学措施，但上述措施缺乏形象化与立体感，无法激发学生学习兴趣，影响其形象思维及理解能力，故医学院校需探寻更为高效教学措施。VR技术具有不受时间与空间约束、克服实验限制及促进教学模式多样性等特征[2]，运用到人体解剖生理学实验教学中，能高度模拟真实世界或想象世界中情景，并将虚拟情景与周围事物实施交互，帮助学生亲身体验虚拟情景中事物变化，进而激发其主观能动性[3]。

一、VR技术

1.概念

该技术涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术及人工智能等诸多层面，由计算机硬件、软件及各传感器构成的三维信息人工环境-虚拟环境，能逼真模拟现实世界事物与环境，投入到该种环境中，能迅速体验到“身临其境”感，并能亲自操作，与虚拟环境实施交互。该技术是在多媒体技术、虚拟现实技术及网络通信技术等基础上，运用计算机技术将仿真技术与虚拟现实技术相结合，属于更高级仿真技术；同时，该技术以构建全系统完整性虚拟环境为特征，通过虚拟环境集成与管控为数众多的实体，实体可为模拟器，也可为其他虚拟仿真系统，更多的为计算机。该技术运用到实际教学过程中，可更好地帮助学生了解难点与重点知识，尤其是在人体解剖生理学实验教学中，运用该技术能帮助学生“触摸”“操作”人体结构，强化交互性，为教学提供良好辅助作用。

2.优势

2.1 改变教学模式

该技术通过教师指导性虚拟实验设计与学生自主学习活动设计，能够全面发挥教师主导作用与学生主体作用，有助于强化学生在实际学习过程中思考与创新能力；同时，该技术作为一种认知技术，不仅能促使学生通过观察具体实验过程提出问题，同时还可以为学生提供必要反馈，确保学生能通过屏幕提示逐渐思考与选择，极大程度上提升学生对人体解剖生理学理解力与掌握程度。

2.2 构建开放性教学环境

该技术能实现教材、方法、时间及空间等层面开放性，促使学生能自行设计与选取实验方式，并为其提供充分发挥想象力空间；同时，该技术可设计以学生探索为主的教学模式，允许其探索与创建虚拟环境，充分发挥其直觉思维技能、创造思维技能及实际创造力；此外，该技术能通过验证型、测试型、设计型、纠错型及创新型等多种形式开展训练，有助于培养学生自主分析、运用技能及创新技能。

2.3 丰富教学内容

该技术能突破时间与空间限制，可演示繁杂、抽象、远离日常生活经验及不便直接观察的自然过程与现象，有助于全方位及多角度展示科学内涵，从而开拓学生思维能力，进而帮助其将已有知识向新知识转移；同时，该技术能帮助学生更好地了解实际生活中具有时间性、可变性、距离性、抽象性及运用其他方式难以观察的各类现象，促使枯燥、抽象及难懂的学习内容运用生动形象展现出来，从而极大程度上增强学生理解能力；此外，将该技术运用到人体解剖生理学实验教学中，能提升实验过程可重复性及实验结果可鉴别性，并能减少技术水平差异对实验结果影响性，确保学生能高水准完成实验操作，有助于提升教学质量。

2.4 改善教学方式与手段

教师通过运用该技术能实现“身临其境”与“自主控制”人机交互，由视觉、听觉及触觉获取“外界”反应，从而开展启发式教学；同时，学生通过运用该技术能实现自我组织、制定及执行实验设计，并通过实施自我评价，开展适应式学习；此外，运用该技术能刺激学生视觉与听觉神经，充分调动其学习积极性，进而提升教学效果。

2.5 避免资源浪费

该技术不仅能克服实验室器材品种、规格及数量不足或仪器损坏等问题，同时还可以减少购入实验室仪器费用，能够反复使用；同时，该技术能将现代医学中大量教学信息直接展现出来，有助于学生学习与掌握。

3.不足

该技术属于高精尖计算机技术，科技投入与经济成本相对较高，部分配套设备正常运行及日常维护需消耗大量人力物力，并且运用年限存在一定时效性；为确保医学院校可充分运用并确保教学质量，需对该技术信息化平台及设备等实施更新换代[4]。

二、应用

1.教学现状

人体解剖生理学课程不仅包含运动状态与空间结构，同时还具有难度较大的数量分析，为提升学生学习效果，需积极调动其形象思维，实验教学为调动学生形象思维有效措施。目前，实验教学主要有两种形式：（1）课堂演示法：该种方法是教师参考教学大纲，通过现场演示讲解等措施帮助学生了解实验现象及原理，并熟悉实验流程，全面了解人体解剖生理学实验内容。（2）实际操作法：该种方法是教师在课堂教学过程中开展实验活动，教师介绍实验流程，由学生自行操作，教师从旁指导，促使学生全面掌握实验步骤，了解实验原理，并探析实验现象，最后由教师总结分析。上述两种实验教学方式对时间与空间等条件均存在严格要求，且实验室设备有限，难以保障每位学生均能参与实验操作，导致实验教学效果不佳。

2.教学设计

教师需参考教学大纲，并依据教学目标、学生特征、教学资源及预期效果等因素设计教学内容，针对课程要求划分多个项目，每个项目均包含理论目标与实际目标。在实验教学前，学生运用VR技术了解实验流程、原理及内容，在虚拟实验环境中，学生可自行操作各类仪器，并查看实验状况，获得实验成果，针对在实际操作中无法演示的实验，亦可通过VR技术进行模拟；在实验教学后，学生可再次点击网站进行实验操作，确保师生间可实现即时交流、互动及资源共享，即使学生毕业离校后，亦可通过该种方式学习，实现终身学习要求。运用VR技术进行实验教学，可将静态内容变得动态化，解决繁杂问题，降低人体解剖生理学教学难度，通过立体化模式强化实验教学视觉呈现质量，确保学生能构建立体概念。

3.教学效果

3.1 提升教学效率

人体解剖生理学内容较为枯燥，难以吸引学生注意力，导致其无法理解与掌握重点知识，影响其学习积极性与主动性，而运用VR技术，可构建人体器官三维仿真模型，展现多层面人体器官模型，有助于学生直观理解人体解剖生理学相关知识。谭慧等[5]比较了56名学生实施传统模拟培训（对照组）与BOPPPS结合虚拟仿真技术教学（试验组）教学评价差异，结果显示，试验组学生技能提高程度为（8.64±1.25）分，独立完成操作为（8.46±1.40）分，了解学习目标与理论知识为（9.64±0.91）分，能够听懂重点难点为（9.75±0.70）分，激发学习兴趣和主动性为（9.64±0.91）分，授课内容评分为（97.79±4.36）分；对照组学生技能提高程度为（7.75±1.00）分，独立完成操作为（7.29±1.38）分，了解学习目标与理论知识为（9.07±0.94）分，能够听懂重点难点为（8.68±1.91）分，激发学习兴趣和主动性为（8.61±1.87）分，授课内容评分为（89.46±9.75）分；试验组学生教学评价各项评分显著高于对照组（P＜0.05）。冯吉波等[6]比较了179名护理专业学生实施传统教学法（对照组）与虚拟仿真实验平台混合式教学（研究组）自主学习能力差异，结果显示，研究组学生自我管理能力为（32.01±1.89）分，信息能力为（33.53±1.95）分，学习合作能力为（29.79±1.58）分，总分为（95.33±3.35）分；对照组学生自我管理能力为（30.82±1.47）分，信息能力为（31.99±2.12）分，学习合作能力为（22.26±3.34）分，总分为（85.07±3.47）分；研究组学生自主学习能力各项评分显著高于对照组（P＜0.05）。充分证明VR技术能够显著提升教学效率。

3.2 降低学习难度

人体解剖生理学实验课主要观察人体骨骼标本与器官模型，并进行各类验证性实验，因实验仪器有限，致使部分学生无法细致查看人体组织器官，难以掌握教学相关内容，无法调动学生学习积极性，影响其解决问题综合技能，运用VR技术能将复杂系统结构实施形象化，有助于全方位展示人体结构与生理功能，辅助教师讲解知识点，提升学生理解能力，进而全面掌握实验技能。宋春雪等[7]比较了150名护理专业学生实施传统教学模式（对照组）与虚拟仿真技术联合智慧职教云课堂教学（实验组）考核成绩差异，结果显示，实验组学生理论知识为（87.76±4.86）分，实践技能为（82.26±6.62）分；对照组学生理论知识为（83.35±4.66）分，实践技能为（79.55±6.24）分；实验组学生考核成绩显著高于对照组（P＜0.05）。王小洪等[8]比较了100名护理专业学生实施传统实验教学模式（对照组）与实体标本与虚拟仿真教学系统结合教学模式（观察组）考试成绩差异，结果显示，观察组学生理论考试为（76.1±1.2）分，实体标本考试为（81.3±1.8）；对照组学生理论考试为（60.4±1.3）分，实体标本考试为（58.5±2.2）；观察组学生考试成绩显著高于对照组（P＜0.05）[9-13]。

结语

综上所述，在人体解剖生理学实验教学中运用VR技术教学效果较为理想，不仅能降低教学难度，同时还能降低教学成本，强化学生实验技能，有助于培养其实验环节创新技能，进而提升实验教学效果[14-15]。