虚拟现实技术在解剖学实验教学中的应用初探

黄志芳，李红娟，杨红樱，夏利灵

(1.萧山区卫生进修学校，浙江 萧山 311217；2．杭州师范大学，浙江 杭州 310018)

·教育教学研究·

虚拟现实技术在解剖学实验教学中的应用初探

黄志芳1，李红娟2，杨红樱1，夏利灵1

(1.萧山区卫生进修学校，浙江 萧山 311217；2．杭州师范大学，浙江 杭州 310018)

虚拟现实技术作为新型的教学媒体已广泛应用于教育领域，使用虚拟现实技术开发解剖学实验教学环境,可以进行常规实验无法完成的内容，切实提高解剖学实验教学质量。同时可以充分挖掘学生的潜力, 提高学生自主学习能力和操作能力，以达到良好的实验教学效果。

虚拟现实技术；解剖实验教学；应用

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

人体解剖学是一门研究正常人体形态结构的重要医学基础课，是一门极具实验性的学科，近一半教学内容需通过实验教学来完成[1]。通过解剖学实验教学的有效开展，使学生建立起对人体正常结构准确的空间概念，理解和掌握人体各种结构与功能之间的关系，从而为临床专业课程的学习打下坚实的基础。传统的解剖学实验教学主要通过观察解剖尸体标本实现，因标本刺激性气味大，尸体来源有限，损坏与补充不成比例，使标本数量严重不足。再加上实验设施费用昂贵等诸多因素，使解剖实验教学目标难以顺利实现，而解剖学知识薄弱将会影响学生后期临床专业课程的学习，进而影响专业人才培养的质量。因此，探讨新的解剖学实验教学模式已成为目前该课程教学研究的热点。近年来，我们应用虚拟现实技术，改革解剖学实验教学方法，取得了较好的效果。

1 虚拟现实技术在解剖学实验教学中的价值

虚拟现实技术(Virtual Reality，VR)，又称灵境技术，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面[2]。应用虚拟现实技术综合开发解剖学实验教学环境，主要是利用了计算机图形、仿真、多媒体、人工智能等技术，通过将计算机图形构成的三维数字模型编制到计算机中，全方位展示人体三维空间结构[3_4]，其模型一旦生成，学习者可从不同的层面、空间反复观察，探究内部、毗邻结构，同时将结构与功能合而为一，从而在视觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉，在模型内部“漫游”[5]，其重要价值是为学习者提供了一个逼真、虚拟的人体解剖模型，突破了传统实物标本模型的局限。

2 虚拟现实技术在解剖学实验教学中的实践

2.1 研究分组及内容选取

在萧山区卫生进修学校2010年级护理专业4个班解剖学实验教学过程中，2个班学生作为实验班，采用虚拟现实技术进行实验教学，共112位学生；其余2个班学生作为对照组，采用传统方法进行实验教学，共110位学生。教学内容为消化系统、生殖系统、神经系统、循环系统4个章节，共16学时的实验。

2.2 模型构建与教学实践

使用数码相机从不同角度拍摄标本图片，利用PixMaker、Virtools Dev等软件创建的局部解剖实验室系统，将静态的解剖图片制成三维动画，通过后期制作，共生成了胆汁的产生及排出途径、心脏传导途径、神经传导通路在各级神经元上的换元及最后投射等11个三维动画，化静为动，通过视听2种刺激吸引学生的注意力，帮助学生理解掌握。

教学中，进入相应的数字模型系统，就可以直观地展示每个器官的结构及功能，这些动态的变化在传统教学中无法直观观察，但在虚拟现实中可以形象地虚拟和展示。

图1心脏传导途径图2神经传导通路在各级神经元上的换元及最后投射

2.3 统计学处理

所有数据进行统计分析。对调查问卷结果采用χ2检验，对实验考核成绩采用t检验。

3 结果

3.1 实验考核成绩比较

课程结束后，对上述4个章节的实验标本进行识记考核，结果实施虚拟现实技术教学的学生成绩明显高于未应用虚拟现实技术的学生，差异具有统计学意义(P<0.001)，见表1。

表1 2组学生实验考核成绩比较

3.2 问卷调查

使用自行设计的问卷对222名学生进行调查，实验组的学习兴趣、学习的主动性、与教师互动、自学能力和分析解决问题能力等明显高于对照组，差异具有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表2 虚拟现实技术实验教学效果调查

4 体会与思考

4.1 应用虚拟现实技术于解剖学实验教学，教学效果明显提升

从表2可见，在解剖学实验教学中应用虚拟现实技术，可以明显增加学生学习兴趣，提高学生学习的主动性，加强与教师互动性，提高自学能力和分析解决问题能力。从表1可见，在实验考核中，对标本的识记能力明显提升。

4.2 应用虚拟现实技术于解剖学实验教学，教学适应面加大

虚拟的解剖人机教学界面可以通过人机对话，学生可随时进入实验操作系统，通过人机交互对人体模型进行浏览，“解剖”人体各个局部，使看不见的问题形象化、复杂难解的问题简单化[6]。可以多方面克服传统解剖学实验教学的弊端，表现在：可以将大量解剖学教学信息直观、形象、全方位展示出来；可以彻底打破空间和时间的限制，节约大量昂贵的实验、标本、模型费用；人机交互的学习方式调动学生的学习兴趣、积极性和主动性；联系生活和临床工作的生动案例可以增强学生的自学能力和分析解决问题能力。因此，我们认为，随着虚拟现实技术设备的性能增加、价格下降，虚拟现实技术在解剖教学方面越来越有潜力，对提高教学质量、培养具有独立思维和创新精神的高素质人才都具有重要意义[7-8]。

4.3 应用虚拟现实技术于解剖学实验教学存在的问题

初步的教学实践证明，虚拟现实技术应用于解剖学实验教学，具有独特的优势，但是也存在一定的问题。虚拟实验是在拍摄标本和图片的基础上经软件生成的一个模拟系统，其软件制作工具比较先进，对计算机的硬件配置也有较高的要求，而且使用者如没有进行专门训练难以掌控。因此，解剖学实验教学内容全部采用虚拟技术目前还有一定的困难，再加上实物标本经福尔马林浸泡过后，拍摄的图片也有一定的失真性，有些细微之处看不清楚的现象也经常存在。进行虚拟解剖操作与实物尸体解剖学生的感觉和体会有本质的区别[4]，这有待于制作软件的升级和模型生成的不断优化。更重要的是，虚拟解剖操作并不能完全代替实物尸体解剖，如何根据不同的教学内容，合理安排虚拟实验与实物解剖实验的比例, 是解剖学教学中应该继续关注和亟需解决的问题。

[1] 潘玉康,雷秀兵.让学生主动参与到解剖实验课中去[J].四川解剖学杂志,2000,8 (4) :237-238.

[2] 霍刚.计算机虚拟现实技术在临床医学教育中的应用初探[J].继续医学教育,2008，22(2):28-31.

[3] 杨紊武,胡亦宏.基于Flash技术的虚拟实验室设计与实现[J].教育信息化,2006,5(9)： 43-44.

[4] 李莉,周蕾,李俊红.虚拟现实技术在实验教学中的应用[J]. 福建电脑,2007,1:17-18.

[5] 郝海峰.临床教学虚拟现实技术在解剖实验教学中的利弊分析[J].基层医学论坛,2009,13(1): 59-60.

[6] 高建华,邓亚明.虚拟现实技术在现代教学中的应用研究[J].电脑开发与应用,2011,24(1)：22-23.

[7] 章文兵.CAI课件中基于AutoCAD和3DS MAX的虚拟仿真[J].四川建筑科学研究, 2002，28(2):51-52.

[8] 刘旭,张鸿雁.浅析高等医学教学中虚拟现实技术的应用[J].齐齐哈尔医学院学报,2010,31(18)：2961-2962.

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

黄志芳(1974-)，女，浙江杭州人，本科，讲师。 研究方向：解剖学教学