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    “5G+虛擬仿真”技術(shù)下本科藝用解剖課程的教學(xué)模式探索與實(shí)踐

    2023-07-21 10:07:36印琦1常鴻飛通信作者
    互聯(lián)網(wǎng)周刊 2023年12期
    關(guān)鍵詞:仿真技術(shù)教學(xué)模式課程

    印琦1 常鴻飛通信作者

    摘要:在科技發(fā)展日新月異的當(dāng)今時(shí)代,以網(wǎng)絡(luò)化的虛擬仿真技術(shù)為基礎(chǔ)的教學(xué)方式逐漸成為世界教學(xué)發(fā)展的一種趨勢(shì)。結(jié)合本學(xué)科特點(diǎn),遵循“虛實(shí)結(jié)合、能實(shí)不虛、資源共享”的原則,整合現(xiàn)有資源和增加解剖學(xué)虛擬仿真教學(xué)資源,探索構(gòu)建以網(wǎng)絡(luò)為紐帶,以虛擬仿真教學(xué)資源為內(nèi)涵,方便學(xué)生學(xué)習(xí)藝用解剖學(xué)為宗旨的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)[1]。本文介紹了藝用解剖學(xué)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)資源,總結(jié)平臺(tái)建設(shè)和使用過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn),對(duì)解剖學(xué)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的未來(lái)進(jìn)行了展望。

    關(guān)鍵詞:5G環(huán)境;虛擬仿真;藝用解剖;教學(xué)模式

    1. 概念的界定

    藝用解剖課程是美術(shù)學(xué)專業(yè)必修課程之一。通過(guò)對(duì)人體解剖圖譜、圖冊(cè)的學(xué)習(xí)臨摹,使學(xué)生了解人體構(gòu)造,在繪畫(huà)過(guò)程中對(duì)人體各個(gè)動(dòng)作形態(tài)所涉及的人體構(gòu)造知識(shí)正確體現(xiàn)。學(xué)生在繪制人體頭像畫(huà)、半身像、全身像繪畫(huà)時(shí),需要對(duì)人體結(jié)構(gòu)的解剖學(xué)知識(shí)進(jìn)行了解,在此基礎(chǔ)上才能創(chuàng)作出寫(xiě)實(shí)逼真的人體肖像繪畫(huà)作品。5G技術(shù)的信息傳輸速度可以為高清三維信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸提供支撐,從而使三維的高清模型畫(huà)面能夠在云端與多個(gè)終端用戶之間實(shí)時(shí)互聯(lián)。國(guó)內(nèi)關(guān)于虛擬仿真技術(shù)的研究比發(fā)達(dá)國(guó)家晚,但隨著我國(guó)5G技術(shù)的成熟,以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的快速發(fā)展,虛擬仿真技術(shù)也逐漸得到高度重視,國(guó)內(nèi)各高校也在對(duì)虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行積極探索。

    虛擬仿真技術(shù)最大的特點(diǎn)是真實(shí)、可互動(dòng)、有一定的情景性等。這一技術(shù)最早在教育領(lǐng)域的應(yīng)用是虛擬仿真校園。如:西安交通大學(xué)的工程漫游實(shí)驗(yàn)室,現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出世界級(jí)水平的虛擬、仿真的計(jì)算機(jī)應(yīng)用成果;同濟(jì)大學(xué)的虛擬實(shí)驗(yàn)室,配置了較為先進(jìn)的設(shè)備,可以真實(shí)地展示建筑的結(jié)構(gòu)與景觀。上海大學(xué)CIMS中心研制出一套較為完整的以IRIX虛擬科技園區(qū)環(huán)境為基礎(chǔ)的漫游系統(tǒng)[2]。

    我國(guó)本科藝用解剖課程的教學(xué)模式,絕大多數(shù)還是以解剖圖例圖譜為根據(jù),進(jìn)行臨摹、描繪、拓展訓(xùn)練,圖譜的展示方式還是較為傳統(tǒng)的二維展示。雖然從圖譜圖例的展示呈現(xiàn)手法上,已從紙質(zhì)繪本展示升級(jí)成為投影儀或電子教室系統(tǒng),但是終究不能升級(jí)為直觀的三維立體的仿真級(jí)體驗(yàn)。教學(xué)過(guò)程中的互動(dòng)行為更是稀少。而“虛擬仿真”技術(shù)可以最大限度地滿足本科藝用解剖課程教學(xué)需求。

    虛擬仿真技術(shù)使身處在實(shí)景(教室)環(huán)境中的學(xué)生可以和美術(shù)大師及其相關(guān)藝用解剖作品進(jìn)行對(duì)話,可以對(duì)人體結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)解構(gòu)分析,實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。虛擬仿真技術(shù)與本科藝用解剖教學(xué)相結(jié)合,可以促進(jìn)藝用解剖課程體系與新媒體技術(shù)進(jìn)一步融合發(fā)展,豐富演示方法和相關(guān)學(xué)術(shù)理論,促進(jìn)多學(xué)科交融,同時(shí)引領(lǐng)認(rèn)知與思維要領(lǐng)的新模式轉(zhuǎn)變。從教學(xué)手法的創(chuàng)新、突破,到以5G技術(shù)環(huán)境為支撐,利用虛擬仿真技術(shù)將課程內(nèi)容進(jìn)行“引導(dǎo)式”“沉浸式”“反思式”的演示革新,從而為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)搭建新的學(xué)習(xí)平臺(tái),激發(fā)學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)的能力。

    國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)虛擬仿真技術(shù)上的革新、實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)及公共性互動(dòng)裝置的研究較為廣泛,也有部分研究者在教學(xué)方面進(jìn)行了研究探索,但如何使虛擬仿真技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)改革中發(fā)揮互動(dòng)性、沉浸性和引導(dǎo)性,是當(dāng)下亟待解決的研究課題。

    2. 學(xué)科融合后的實(shí)用價(jià)值

    美術(shù)學(xué)屬于文科范疇,而解剖學(xué)屬于醫(yī)學(xué)工科,藝用解剖本身已經(jīng)具有了明顯的學(xué)科交叉融合跡象。而虛擬仿真技術(shù)的介入使得藝用解剖課程的學(xué)科交叉更為明顯,將抽象的解剖學(xué)可以具象地展示給學(xué)生觀看。(1)虛擬仿真技術(shù)是一種綜合性演示技術(shù),通過(guò)在教學(xué)中的應(yīng)用,可以使本科學(xué)生利用虛擬設(shè)備來(lái)感受和體驗(yàn)藝用解剖教學(xué)的變革,并從感性層面上滿足教學(xué)的互動(dòng)感、體驗(yàn)感及沉浸感,進(jìn)而激發(fā)學(xué)生進(jìn)行理性層面的探索和思考。(2)在借鑒境外高校虛擬仿真課堂教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,將新的教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行對(duì)比分析,推進(jìn)“主動(dòng)課堂”為核心理念的課堂改革及相應(yīng)的教學(xué)方法和手段創(chuàng)新,探索出基于“虛擬仿真”技術(shù)行之有效的課堂教學(xué)模式和多維互動(dòng)教學(xué)體系,提高本課程教學(xué)質(zhì)量。

    虛擬仿真技術(shù)在本課程中的靈活運(yùn)用,可以循序漸進(jìn)地發(fā)掘?qū)W生獨(dú)特的天賦和興趣,使學(xué)生的潛能得到最大限度地培養(yǎng)和開(kāi)發(fā),這也是我們需要研究和推廣的重要內(nèi)容。在今后的教學(xué)改革中,項(xiàng)目將一直持續(xù)關(guān)注對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性的引導(dǎo),實(shí)現(xiàn)課堂改革和實(shí)踐性課程教學(xué)模式的接軌,希望通過(guò)一系列改革舉措為課堂教學(xué)的連續(xù)性以及課程結(jié)構(gòu)一體化銜接的設(shè)計(jì)提供有參考價(jià)值的試點(diǎn)范例[3]。

    教改目標(biāo):

    (1)本課題將5G技術(shù)作為信息傳輸環(huán)境支撐,研究藝用解剖課程的授課全過(guò)程,篩選出可以采用虛擬仿真技術(shù)的授課環(huán)節(jié),通過(guò)虛擬仿真技術(shù)的融入,使學(xué)生可以通過(guò)操控來(lái)主動(dòng)參與到互動(dòng)學(xué)習(xí)中。

    (2)通過(guò)虛擬仿真技術(shù)使被動(dòng)灌輸式的講授模式轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)參與式的探索型課堂教學(xué)模式,進(jìn)一步改變本科生的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式,增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)感。

    (3)通過(guò)“技術(shù)+藝術(shù)”的完美結(jié)合,在虛擬仿真體驗(yàn)的過(guò)程中感受人體結(jié)構(gòu)在空間的穿插,將教法和學(xué)法有機(jī)結(jié)合,構(gòu)建科學(xué)合理的教學(xué)體系。

    (4)虛擬仿真教學(xué)作為一種沉浸式、開(kāi)放式的教學(xué)模式,對(duì)教師自身的素質(zhì)和教學(xué)設(shè)計(jì)都有很高的要求,要求教師具備嚴(yán)密的邏輯思維能力和良好的沉浸、互動(dòng)能力,要善于調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性、寓教于樂(lè),實(shí)現(xiàn)“主動(dòng)課堂”的教學(xué)理念改革。

    3. 教學(xué)模式的創(chuàng)新

    在藝用解剖課堂融入虛擬仿真技術(shù)后,課堂教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變主要呈現(xiàn)以下特點(diǎn):利用5G技術(shù)在云端設(shè)備與終端設(shè)備之間建立高速率數(shù)據(jù)的傳播途徑。在5G環(huán)境中,信息傳播速率能夠達(dá)到三維立體模型的實(shí)時(shí)同步展示,學(xué)生端與教師端的三維數(shù)據(jù)傳輸及展示可以達(dá)到幾乎實(shí)時(shí)同步的效果。分析本科藝用解剖課程授課環(huán)節(jié)中的各個(gè)部分,篩選出可以利用虛擬仿真系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的教學(xué)環(huán)節(jié)。按照頭頸部、軀干、上肢、下肢以及骨骼、全身解構(gòu)等不同的關(guān)鍵詞建立系統(tǒng)的族庫(kù)篩選項(xiàng)。設(shè)置不同級(jí)別的層級(jí)關(guān)系,使結(jié)締組織、肌肉組織、皮膚、毛發(fā)等層級(jí)按需顯示,是本教學(xué)模式最為創(chuàng)新之處。按照篩選項(xiàng)利用虛擬仿真系統(tǒng)建立三維可視化數(shù)據(jù)庫(kù),綁定邏輯動(dòng)作操控代碼,使得學(xué)生可以通過(guò)互動(dòng)裝置進(jìn)行主動(dòng)式參與并進(jìn)行沉浸式體驗(yàn)。搭建課前預(yù)習(xí)階段引導(dǎo)式教學(xué)模塊,建設(shè)課后反思式的虛擬仿真藝用解剖習(xí)題庫(kù),如圖1所示。

    通過(guò)將虛擬仿真技術(shù)加入創(chuàng)新多維互動(dòng)教學(xué)體系,可以使學(xué)生的思維能力和空間感知力得到一定提升,尤其是可以通過(guò)虛擬仿真技術(shù)更加直觀地向?qū)W生展示三維空間中藝用解剖的虛擬仿真模型。虛擬仿真互動(dòng)教學(xué)體系拆分成三部分,即引導(dǎo)式互動(dòng)模塊(課程前)、沉浸式互動(dòng)模塊(課堂中)、反思式互動(dòng)模塊(課業(yè)后),改變?cè)瓉?lái)的以課中、課后為主導(dǎo)的傳統(tǒng)教學(xué)模式,構(gòu)建引導(dǎo)課前、交互課中和反思課后的學(xué)習(xí)新模式,極大限度發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。創(chuàng)建“主動(dòng)課堂”[4]。配合學(xué)堂云系統(tǒng)完善線上課堂的教學(xué)資源的整理,讓所有上課班級(jí)的學(xué)生都能參與線上的教學(xué)部分,同時(shí)學(xué)堂云中也可以共享所有的教學(xué)資源。三維的教學(xué)資源需要更為龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)共享平臺(tái),并且要能夠滿足不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)資源需求,因此必須在服務(wù)器中實(shí)時(shí)更新三維教學(xué)資源的數(shù)據(jù)庫(kù),以便學(xué)生下載觀摩使用需求。

    4. 虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)模式實(shí)施步驟

    虛擬演播教學(xué)平臺(tái)融入課堂后,需要有較為清晰的實(shí)施步驟。我們定義了以下步驟,將會(huì)通過(guò)三個(gè)學(xué)年的周期對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證,并將教學(xué)評(píng)價(jià)的反饋信息統(tǒng)計(jì),不斷更新教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的共性問(wèn)題和個(gè)性問(wèn)題,尋找解決辦法并積累教學(xué)經(jīng)驗(yàn),如圖2所示。

    4.1 首先應(yīng)滿足并完善5G教學(xué)環(huán)境的搭建及設(shè)備的實(shí)時(shí)互聯(lián)測(cè)試

    這項(xiàng)任務(wù)是一切的前提。目前5G技術(shù)的應(yīng)用存在一定的缺陷,只能在一間教室的空間環(huán)境中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的營(yíng)造,如遇隔墻等阻擋信號(hào)的情況,5G信息傳輸會(huì)大打折扣[5]。內(nèi)容需要學(xué)生及任課教師熟練運(yùn)用虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的操作軟件,因此在課前應(yīng)該進(jìn)行不少于4課時(shí)的軟件基本操作技能培訓(xùn)。課堂中需要用到虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)資源。學(xué)生可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)備并利用虛擬仿真演示軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)三維模型任意角度拖動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、平移、縮放、透明度調(diào)節(jié)、結(jié)構(gòu)隱藏、顯示、分離及著色,能夠?qū)崿F(xiàn)仰視、俯視等觀察效果,各結(jié)構(gòu)都有中英文名稱及功能解釋。人體斷層瀏覽,可通過(guò)拖動(dòng)橫、矢、冠3個(gè)方向的虛擬切面對(duì)三維模型進(jìn)行切割,得到任意位置的斷面圖像,能夠任意放大、縮 小、平移等,可保存截圖。分析本科藝用解剖課程授課環(huán)節(jié)中的各個(gè)部分,篩選出可以利用虛擬仿真系統(tǒng)的教學(xué)環(huán)節(jié)。按照頭頸部、軀干、上肢、下肢以及骨骼、全身解構(gòu)等不同的關(guān)鍵詞,建立系統(tǒng)的族庫(kù)篩選項(xiàng),按照篩選項(xiàng)利用虛擬仿真系統(tǒng)建立三維可視化數(shù)據(jù)庫(kù)。綁定邏輯動(dòng)作操控代碼,使得學(xué)生可以通過(guò)互動(dòng)裝置進(jìn)行主動(dòng)式參與,并進(jìn)行沉浸式體驗(yàn)。

    4.2 構(gòu)建藝用解剖課程資源族庫(kù)

    多維互動(dòng)教學(xué)體系的構(gòu)建,更加側(cè)重互動(dòng)式學(xué)習(xí)和自主式思考。沉浸式互動(dòng)模塊——虛擬仿真技術(shù)呈現(xiàn)課程,沉浸體驗(yàn)、交互討論課程中側(cè)重深度沉浸式感知和情景交互式體驗(yàn)。反思式互動(dòng)模塊——知識(shí)拓展訓(xùn)練,互動(dòng)反思。課業(yè)后更加注重知識(shí)的消化和積累,通過(guò)反思互動(dòng)模塊,實(shí)現(xiàn)知識(shí)體系的拓展。

    4.3 建立教學(xué)評(píng)價(jià)反饋體系

    通過(guò)學(xué)生對(duì)虛擬仿真教學(xué)改革的真實(shí)評(píng)價(jià),建立并完善課程改革機(jī)制,對(duì)教學(xué)評(píng)價(jià)反饋信息進(jìn)行恰當(dāng)處理,是虛擬仿真教學(xué)體系不斷改善的必經(jīng)之路。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)進(jìn)行分析,實(shí)時(shí)掌握學(xué)生關(guān)注的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題[6]。建立重難點(diǎn)討論評(píng)價(jià)板塊,收集并集中處理學(xué)生提出的各種問(wèn)題,對(duì)共性問(wèn)題進(jìn)行集中輔導(dǎo)答疑,對(duì)個(gè)性問(wèn)題進(jìn)行一對(duì)一幫扶指導(dǎo)。建設(shè)課后反思式的虛擬仿真藝用解剖習(xí)題庫(kù),設(shè)立討論區(qū),為學(xué)生提問(wèn)與討論提供平臺(tái)。

    結(jié)語(yǔ)

    美術(shù)教育是我國(guó)高等學(xué)校本科教育中不可或缺的一部分。對(duì)于類似這種需要極佳空間想象力的課程來(lái)說(shuō),無(wú)疑成為第一批傳統(tǒng)教育方式向信息化虛擬仿真教學(xué)模式改革的重要試點(diǎn)課程之一。利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),將抽象的課堂內(nèi)容具象化,使學(xué)生能夠直觀地對(duì)人體結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析,讓課堂主動(dòng)式學(xué)習(xí)模式得以實(shí)施,不僅改進(jìn)了教學(xué)效果,對(duì)學(xué)科交叉融合也做出了探索和改進(jìn)。

    參考文獻(xiàn):

    [1]陳曉佳,郭金華,李林科,等.解剖學(xué)虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)與展望[J].蘭州衛(wèi)生職業(yè)教育,2018,(8):19.

    [2]江珊.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在中學(xué)美術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用探討[D].湘潭:湖南科技大學(xué),2017:15.

    [3]孫斐.基于“文化+”視域下高校創(chuàng)業(yè)模式與PBL實(shí)踐教學(xué)的融合研究[J].湖南文藝生活(下旬刊),2020,(4):176.

    [4]王祝華.智慧思政:智慧校園環(huán)境下高校思想政治教育的實(shí)踐創(chuàng)新[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2020,(11):25.

    [5]高慧琳,鄭保章.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)受眾認(rèn)知影響的哲學(xué)思考[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2017,19(6):564-570.

    [6]常雷.“沉浸式體驗(yàn)”在視覺(jué)文化中的媒介傳播及其應(yīng)用[J].山東工藝美術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2018,(3):83-85.

    作者簡(jiǎn)介:印琦,碩士研究生,講師,研究方向:美術(shù)學(xué)、數(shù)字媒體藝術(shù);通信作者:常鴻飛,碩士研究生,研究方向:數(shù)字媒體技術(shù)、藝術(shù)設(shè)計(jì)。

    基金項(xiàng)目:2020年陜西省教育科學(xué)規(guī)劃課題——“5G+虛擬仿真”技術(shù)下本科藝用解剖課程的教學(xué)模式探索與實(shí)踐(編號(hào):SGH20Q296)。

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