虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用初探

黃志芳，李紅娟，楊紅櫻，夏利靈

(1.蕭山區(qū)衛(wèi)生進(jìn)修學(xué)校，浙江 蕭山 311217；2．杭州師范大學(xué)，浙江 杭州 310018)

·教育教學(xué)研究·

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用初探

黃志芳1，李紅娟2，楊紅櫻1，夏利靈1

(1.蕭山區(qū)衛(wèi)生進(jìn)修學(xué)校，浙江 蕭山 311217；2．杭州師范大學(xué)，浙江 杭州 310018)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為新型的教學(xué)媒體已廣泛應(yīng)用于教育領(lǐng)域，使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境,可以進(jìn)行常規(guī)實(shí)驗(yàn)無(wú)法完成的內(nèi)容，切實(shí)提高解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)可以充分挖掘?qū)W生的潛力, 提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和操作能力，以達(dá)到良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；解剖實(shí)驗(yàn)教學(xué)；應(yīng)用

Abstract: Virtual reality technology, as a new teaching media, has been widely used in the field of education. A custom-made experimental teaching environment can be established by this technology to accomplish tasks that can not be completed by conventional experiments and prudently improve teaching quality in anatomy teaching scenarios. The application of virtual reality technology can expand learning potential for all students and improve their self-study capability along with practical maneuverability, which is useful for teachers to anticipate and achieve better teaching effects.

Keywords: virtual reality technology;practical teaching on anatomy;application

人體解剖學(xué)是一門研究正常人體形態(tài)結(jié)構(gòu)的重要醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課，是一門極具實(shí)驗(yàn)性的學(xué)科，近一半教學(xué)內(nèi)容需通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)完成[1]。通過(guò)解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效開(kāi)展，使學(xué)生建立起對(duì)人體正常結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確的空間概念，理解和掌握人體各種結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，從而為臨床專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要通過(guò)觀察解剖尸體標(biāo)本實(shí)現(xiàn)，因標(biāo)本刺激性氣味大，尸體來(lái)源有限，損壞與補(bǔ)充不成比例，使標(biāo)本數(shù)量嚴(yán)重不足。再加上實(shí)驗(yàn)設(shè)施費(fèi)用昂貴等諸多因素，使解剖實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)難以順利實(shí)現(xiàn)，而解剖學(xué)知識(shí)薄弱將會(huì)影響學(xué)生后期臨床專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，進(jìn)而影響專業(yè)人才培養(yǎng)的質(zhì)量。因此，探討新的解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式已成為目前該課程教學(xué)研究的熱點(diǎn)。近年來(lái)，我們應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，改革解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，取得了較好的效果。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的價(jià)值

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virtual Reality，VR)，又稱靈境技術(shù)，是以沉浸性、交互性和構(gòu)想性為基本特征的計(jì)算機(jī)高級(jí)人機(jī)界面[2]。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，主要是利用了計(jì)算機(jī)圖形、仿真、多媒體、人工智能等技術(shù)，通過(guò)將計(jì)算機(jī)圖形構(gòu)成的三維數(shù)字模型編制到計(jì)算機(jī)中，全方位展示人體三維空間結(jié)構(gòu)[3_4]，其模型一旦生成，學(xué)習(xí)者可從不同的層面、空間反復(fù)觀察，探究?jī)?nèi)部、毗鄰結(jié)構(gòu)，同時(shí)將結(jié)構(gòu)與功能合而為一，從而在視覺(jué)上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺(jué)，在模型內(nèi)部“漫游”[5]，其重要價(jià)值是為學(xué)習(xí)者提供了一個(gè)逼真、虛擬的人體解剖模型，突破了傳統(tǒng)實(shí)物標(biāo)本模型的局限。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐

2.1 研究分組及內(nèi)容選取

在蕭山區(qū)衛(wèi)生進(jìn)修學(xué)校2010年級(jí)護(hù)理專業(yè)4個(gè)班解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，2個(gè)班學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)班，采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，共112位學(xué)生；其余2個(gè)班學(xué)生作為對(duì)照組，采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，共110位學(xué)生。教學(xué)內(nèi)容為消化系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)4個(gè)章節(jié)，共16學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)。

2.2 模型構(gòu)建與教學(xué)實(shí)踐

使用數(shù)碼相機(jī)從不同角度拍攝標(biāo)本圖片，利用PixMaker、Virtools Dev等軟件創(chuàng)建的局部解剖實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，將靜態(tài)的解剖圖片制成三維動(dòng)畫，通過(guò)后期制作，共生成了膽汁的產(chǎn)生及排出途徑、心臟傳導(dǎo)途徑、神經(jīng)傳導(dǎo)通路在各級(jí)神經(jīng)元上的換元及最后投射等11個(gè)三維動(dòng)畫，化靜為動(dòng)，通過(guò)視聽(tīng)2種刺激吸引學(xué)生的注意力，幫助學(xué)生理解掌握。

教學(xué)中，進(jìn)入相應(yīng)的數(shù)字模型系統(tǒng)，就可以直觀地展示每個(gè)器官的結(jié)構(gòu)及功能，這些動(dòng)態(tài)的變化在傳統(tǒng)教學(xué)中無(wú)法直觀觀察，但在虛擬現(xiàn)實(shí)中可以形象地虛擬和展示。

圖1心臟傳導(dǎo)途徑圖2神經(jīng)傳導(dǎo)通路在各級(jí)神經(jīng)元上的換元及最后投射

2.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果采用χ2檢驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)采用t檢驗(yàn)。

3 結(jié)果

3.1 實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)比較

課程結(jié)束后，對(duì)上述4個(gè)章節(jié)的實(shí)驗(yàn)標(biāo)本進(jìn)行識(shí)記考核，結(jié)果實(shí)施虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教學(xué)的學(xué)生成績(jī)明顯高于未應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的學(xué)生，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)，見(jiàn)表1。

表1 2組學(xué)生實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)比較

3.2 問(wèn)卷調(diào)查

使用自行設(shè)計(jì)的問(wèn)卷對(duì)222名學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，實(shí)驗(yàn)組的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、與教師互動(dòng)、自學(xué)能力和分析解決問(wèn)題能力等明顯高于對(duì)照組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見(jiàn)表2。

表2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果調(diào)查

4 體會(huì)與思考

4.1 應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)于解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教學(xué)效果明顯提升

從表2可見(jiàn)，在解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以明顯增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，加強(qiáng)與教師互動(dòng)性，提高自學(xué)能力和分析解決問(wèn)題能力。從表1可見(jiàn)，在實(shí)驗(yàn)考核中，對(duì)標(biāo)本的識(shí)記能力明顯提升。

4.2 應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)于解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教學(xué)適應(yīng)面加大

虛擬的解剖人機(jī)教學(xué)界面可以通過(guò)人機(jī)對(duì)話，學(xué)生可隨時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)，通過(guò)人機(jī)交互對(duì)人體模型進(jìn)行瀏覽，“解剖”人體各個(gè)局部，使看不見(jiàn)的問(wèn)題形象化、復(fù)雜難解的問(wèn)題簡(jiǎn)單化[6]?？梢远喾矫婵朔鹘y(tǒng)解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的弊端，表現(xiàn)在：可以將大量解剖學(xué)教學(xué)信息直觀、形象、全方位展示出來(lái)；可以徹底打破空間和時(shí)間的限制，節(jié)約大量昂貴的實(shí)驗(yàn)、標(biāo)本、模型費(fèi)用；人機(jī)交互的學(xué)習(xí)方式調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、積極性和主動(dòng)性；聯(lián)系生活和臨床工作的生動(dòng)案例可以增強(qiáng)學(xué)生的自學(xué)能力和分析解決問(wèn)題能力。因此，我們認(rèn)為，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)備的性能增加、價(jià)格下降，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在解剖教學(xué)方面越來(lái)越有潛力，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)具有獨(dú)立思維和創(chuàng)新精神的高素質(zhì)人才都具有重要意義[7-8]。

4.3 應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)于解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

初步的教學(xué)實(shí)踐證明，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但是也存在一定的問(wèn)題。虛擬實(shí)驗(yàn)是在拍攝標(biāo)本和圖片的基礎(chǔ)上經(jīng)軟件生成的一個(gè)模擬系統(tǒng)，其軟件制作工具比較先進(jìn)，對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件配置也有較高的要求，而且使用者如沒(méi)有進(jìn)行專門訓(xùn)練難以掌控。因此，解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容全部采用虛擬技術(shù)目前還有一定的困難，再加上實(shí)物標(biāo)本經(jīng)福爾馬林浸泡過(guò)后，拍攝的圖片也有一定的失真性，有些細(xì)微之處看不清楚的現(xiàn)象也經(jīng)常存在。進(jìn)行虛擬解剖操作與實(shí)物尸體解剖學(xué)生的感覺(jué)和體會(huì)有本質(zhì)的區(qū)別[4]，這有待于制作軟件的升級(jí)和模型生成的不斷優(yōu)化。更重要的是，虛擬解剖操作并不能完全代替實(shí)物尸體解剖，如何根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容，合理安排虛擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)物解剖實(shí)驗(yàn)的比例, 是解剖學(xué)教學(xué)中應(yīng)該繼續(xù)關(guān)注和亟需解決的問(wèn)題。

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Apreliminaryresearchintotheapplicationofvirtualrealitytechnologyonanatomicalpracticeteaching

HUANGZhifang1，LIHongjuan2，YANGHonging1，XIALiling1
(1.Xiaohan Health Training School，Zhejiang 311217,China；2.Hangzhou Normal University, Hangzhou 310018，China )

G642.41

B

1672-0024(2012)03-0017-03

黃志芳(1974-)，女，浙江杭州人，本科，講師。 研究方向：解剖學(xué)教學(xué)