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虚拟仿真技术在高职动物解剖生理教学中的应用
瞿健萍，杨荣芳，曲 强，于 明，温 萍，冀红芹，刘衍芬 *
（辽宁农业职业技术学院畜牧兽医学院，辽宁 营口 115009）
2018年，教育部印发《教育信息化2.0行动计划》提出教育信息化是加快教育现代化的有效途径。2021年，中共中央国务院印发《关于推动现代职业教育高质量发展的意见》提出推动现代信息技术与教育教学深度融合，提高课堂教学质量。虚拟仿真技术作为新兴教育信息化教学手段引入课程教学，符合各项职业教育现代化的方针政策，使数字化教学资源日益丰富，有效推动教育理念革新。动物解剖生理课程是畜牧兽医类专业的一门专业基础课，为后续专业课奠定基础。该课程内容涉及动物体各系统中各器官的位置、形态以及生理功能，对于一些比较难以理解的器官结构和生理现象，通过借助图谱或者标本，也不能达到良好的教学效果。鉴于此，本文主要探讨虚拟仿真技术在动物解剖生理教学过程中的应用。
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动物解剖生理课程教学现状及改革
动物解剖生理课程是高职学生大学一年级的专业基础课，培养学生对动物体各系统中各器官的位置形态结构功能掌握的能力，该课程较为抽象，需要学习者具有一定的空间想象力和实践动手能力。在传统教学中，以老师教授为主的授课方式，学生被动听课，可能造成学生对知识的理解不透彻，学习过程中大量的疑惑和问题没有得到及时解决。实验课中有标本、图谱和模型能够帮助同学理解理论知识，但资源数量和实训场地数量有限且教学资源不够立体，在帮助同学理解空间结构以及一些比较难以掌握的系统知识方面还存在一些不足，比如动物神经系统各层次解剖结构分布。经过课堂教学的改革，能够调动学生学习主动性和积极性，由被动学习转为主动获取知识，真正实现师生主体的互换，这是达到教学目标的主路线。近些年，随着现代科学技术的发展，将虚拟仿真技术应用于动物解剖生理的教学中，一方面能够拓增相关实习实训项目，另一方面能够突破传统时间和空间局限，学生能够实时地重复性进行在线练习，也能够根据自身对知识掌握程度为自己量身设计练习项目，能够充分调动学生学习探索动物体形态结构的积极性，提高学生自主学习能力，提高课堂教学质量。
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虚拟仿真技术在教学中应用的优势
虚拟仿真技术更具立体直观性。3D数字虚拟仿真系统将计算机技术及生物信息学技术进行结合，以实现动物体结构可视化，可收集解剖截面数据，从而构建动物体三维结构图像。同学们可以通过虚拟仿真动画软件、VR、AR、MR技术沉浸式学习动物体各系统中各器官的位置形态结构，也可以360°旋转观看动物体各个解剖截面的结构，能够便于学生更加直观立体观察动物体结构，便于学生对解剖知识的理解。
虚拟仿真技术更具趣味性。兴趣是最好的老师，学生在学习方面有了兴趣才能让其主观能动性得到最大程度的发挥。VR、MR、AR技术的使用使学生能够体会虚拟解剖世界带来的真实趣味体验，带上VR头盔、MR眼镜和AR眼镜，眼前出现3D虚拟动物模型，学生通过使用手柄，调控动物模型的角度、位置、隐藏或者显示其中某一个系统，或者可以任意拖拽动物体任何一个部位。同学们可以像平时玩虚拟游戏一样，体验虚拟解剖世界，实现在玩中学、学中玩的效果，从而提高学生学习兴趣和积极性。
虚拟仿真技术更具时效性。虚拟仿真软件动画在电脑和手机终端都可以不受时间和空间限制观看，解决了实验课标本观看对教学场地的要求，更具有便利时效性，能够提高学习效率。同学们可以利用平台登录终端随时随地观察解剖视频和动画，丰富了业余时间，也能够利用该虚拟仿真软件提前预习和课后复习知识点，从而提升学生自主学习能力和小组合作能力，培养学生的创新能力。
虚拟仿真技术更具实用性。虚拟仿真技术借助可视化设备进行无实物观察和操作，更体现动物福利，减少试验动物的使用，同时能够避免学生在实物操作过程中由于操作不当造成的不必要的损伤或者人畜共患疾病的风险。虚拟仿真技术的应用能够减少标本中特殊气味或者解剖过程中血腥味给学生带来的不适感，有助于刚刚接触该专业的大一新生循序渐进的成长。
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虚拟仿真技术在动物骨骼标本观察中
应用的教学设计
将虚拟仿真技术应用于动物解剖生理课程教学中，在虚拟世界中实现理论知识与实践技能的有机融合，促进学生综合素质的提升。虚拟仿真技术在动物骨骼标本观察中应用的教学设计分为课前研学、课中喜学和课后延学，充分体现以学生为主体、教师为主导的教学思想。教学实施设计如图1所示。
图1 虚拟仿真教学实施流程图
课前研学：课前将同学进行分组，分组根据（学习积极带动不积极+男女均有）形成学习互助小组。通过学习平台中的学习通布置任务，学生可以通过在学堂在线和学习通查看学习资料提前进行预习，然后完成课前任务。老师可以通过学习通的后台随时随地查看并了解学生完成情况，也可以给未完成同学发布任务提醒。
课中喜学：首先老师发布每组的任务（每组分别通过虚拟仿真软件观察学习猪、马、牛、犬的全身骨骼）。然后老师演示虚拟仿真软件的使用，之后每个小组完成各自的任务，派一名同学汇报学习成果，汇报完老师进行点评，其他组同学进行投票评价。虚拟仿真软件中含有模拟测试题，老师发布测试题，同学们在线答题，检测同学们对知识的掌握程度，再有针对性地讲解知识点，同时同学们可以体验VR、AR、MR设备，实现在“玩中学”“学中玩”的效果。
课后延学：在学习通中布置任务，要求同学们绘制牛全身骨骼并上传。绘制图过程中，同学们能够加深对动物体全身骨骼的掌握。在学习通中发布母马分娩视频，提出问题“在其分娩过程中胎儿经过哪些部位？”同时同学可以登录校园网中的虚拟仿真实训管理平台，通过反复学习虚拟仿真软件中的动画来寻找答案。在使用虚拟仿真实训平台中的虚拟仿真软件，同学们可以重复性自学，寻找答案的同时能够查缺补漏做到对知识点的重新梳理以及自我提升。
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虚拟仿真技术在动物解剖生理教学中应用的效果与传统教学方法相比，虚拟仿真技术在动物解剖生理课程中的应用更能激发学生学习积极性和主动性，与只通过传统教学方法培养的2021级学生相比，接受虚拟仿真技术教学方法培养的2022级学生掌握知识更加扎实稳定，理论考核和实操考核成绩均有所提高，说明虚拟仿真技术在动物解剖生理教学中应用能够改善教学效果，提高教学质量。
虚拟仿真技术的使用深受老师和同学们的青睐，增加了课堂的趣味性。学生在“玩中学”“学中玩”。学生通过使用虚拟仿真软件或者VR、AR、MR等设备能反复多次将动物体全身骨骼进行“拆卸”或者“拼装”，犹如组装玩具，极大程度激发学生学习兴趣，能够提高学生自主学习能力和创新能力。虚拟仿真软件中还自带考核考试习题，同学能通过习题自测检验自己学习掌握程度，从而能够有针对性地进行复习。老师也能够通过虚拟仿真实训平台查看学生答题情况，了解学生对知识点掌握盲区，对学生理解掌握比较困难的知识点或者易错比例比较高的知识点进行规律梳理，然后分层次、有重点地进行辅导，提高学生学习效果。
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小结
总体来说，虚拟仿真技术应用于动物解剖生理教学中，能够突破传统课堂模式，以虚助实、虚实结合，解决实训条件不足，解决比较解剖，能够使同学们深入了解畜种间差别。同时虚拟仿真实训室的搭建，通过虚拟仿真技术AR、VR、MR沉浸式教学，能够激发学生学习兴趣，做到“玩中学”“学中玩”，有助于提升课堂教学效果。网络平台中虚拟仿真软件的使用，为学生自主学习提供良好的虚拟学习平台，能够提升学生解决实际问题的能力。
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