印琦1 常鴻飛通信作者

摘要：在科技發(fā)展日新月異的當今時代，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。結(jié)合本學(xué)科特點，遵循“虛實結(jié)合、能實不虛、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驗教學(xué)平臺[1]。本文介紹了藝用解剖學(xué)虛擬仿真教學(xué)平臺資源，總結(jié)平臺建設(shè)和使用過程中的經(jīng)驗，對解剖學(xué)虛擬仿真教學(xué)平臺的未來進行了展望。

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。通過對人體解剖圖譜、圖冊的學(xué)習(xí)臨摹，使學(xué)生了解人體構(gòu)造，在繪畫過程中對人體各個動作形態(tài)所涉及的人體構(gòu)造知識正確體現(xiàn)。學(xué)生在繪制人體頭像畫、半身像、全身像繪畫時，需要對人體結(jié)構(gòu)的解剖學(xué)知識進行了解，在此基礎(chǔ)上才能創(chuàng)作出寫實逼真的人體肖像繪畫作品。5G技術(shù)的信息傳輸速度可以為高清三維信息數(shù)據(jù)的實時傳輸提供支撐，從而使三維的高清模型畫面能夠在云端與多個終端用戶之間實時互聯(lián)。國內(nèi)關(guān)于虛擬仿真技術(shù)的研究比發(fā)達國家晚，但隨著我國5G技術(shù)的成熟，以及計算機系統(tǒng)工程和計算機圖形學(xué)的快速發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)也逐漸得到高度重視，國內(nèi)各高校也在對虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用進行積極探索。

虛擬仿真技術(shù)最大的特點是真實、可互動、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)的工程漫游實驗室，現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出世界級水平的虛擬、仿真的計算機應(yīng)用成果；同濟大學(xué)的虛擬實驗室，配置了較為先進的設(shè)備，可以真實地展示建筑的結(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)繪本展示升級成為投影儀或電子教室系統(tǒng)，但是終究不能升級為直觀的三維立體的仿真級體驗。教學(xué)過程中的互動行為更是稀少。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)藝用解剖作品進行對話，可以對人體結(jié)構(gòu)進行實時解構(gòu)分析，實現(xiàn)人機交互。虛擬仿真技術(shù)與本科藝用解剖教學(xué)相結(jié)合，可以促進藝用解剖課程體系與新媒體技術(shù)進一步融合發(fā)展，豐富演示方法和相關(guān)學(xué)術(shù)理論，促進多學(xué)科交融，同時引領(lǐng)認知與思維要領(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，激發(fā)學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)的能力。

國內(nèi)外學(xué)者對虛擬仿真技術(shù)上的革新、實驗室的建設(shè)及公共性互動裝置的研究較為廣泛，也有部分研究者在教學(xué)方面進行了研究探索，但如何使虛擬仿真技術(shù)在實踐教學(xué)改革中發(fā)揮互動性、沉浸性和引導(dǎo)性，是當下亟待解決的研究課題。

2. 學(xué)科融合后的實用價值

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)備來感受和體驗藝用解剖教學(xué)的變革，并從感性層面上滿足教學(xué)的互動感、體驗感及沉浸感，進而激發(fā)學(xué)生進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)驗的基礎(chǔ)上，將新的教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式進行對比分析，推進“主動課堂”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用，可以循序漸進地發(fā)掘?qū)W生獨特的天賦和興趣，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，項目將一直持續(xù)關(guān)注對學(xué)生學(xué)習(xí)主動性的引導(dǎo)，實現(xiàn)課堂改革和實踐性課程教學(xué)模式的接軌，希望通過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)計提供有參考價值的試點范例[3]。

教改目標：

（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程，篩選出可以采用虛擬仿真技術(shù)的授課環(huán)節(jié)，通過虛擬仿真技術(shù)的融入，使學(xué)生可以通過操控來主動參與到互動學(xué)習(xí)中。

（2）通過虛擬仿真技術(shù)使被動灌輸式的講授模式轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訁⑴c式的探索型課堂教學(xué)模式，進一步改變本科生的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗感。

（3）通過“技術(shù)+藝術(shù)”的完美結(jié)合，在虛擬仿真體驗的過程中感受人體結(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、開放式的教學(xué)模式，對教師自身的素質(zhì)和教學(xué)設(shè)計都有很高的要求，要求教師具備嚴密的邏輯思維能力和良好的沉浸、互動能力，要善于調(diào)動學(xué)生積極性、寓教于樂，實現(xiàn)“主動課堂”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：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到三維立體模型的實時同步展示，學(xué)生端與教師端的三維數(shù)據(jù)傳輸及展示可以達到幾乎實時同步的效果。分析本科藝用解剖課程授課環(huán)節(jié)中的各個部分，篩選出可以利用虛擬仿真系統(tǒng)進行實驗的教學(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)的族庫篩選項。設(shè)置不同級別的層級關(guān)系，使結(jié)締組織、肌肉組織、皮膚、毛發(fā)等層級按需顯示，是本教學(xué)模式最為創(chuàng)新之處。按照篩選項利用虛擬仿真系統(tǒng)建立三維可視化數(shù)據(jù)庫，綁定邏輯動作操控代碼，使得學(xué)生可以通過互動裝置進行主動式參與并進行沉浸式體驗。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，如圖1所示。

通過將虛擬仿真技術(shù)加入創(chuàng)新多維互動教學(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。虛擬仿真互動教學(xué)體系拆分成三部分，即引導(dǎo)式互動模塊（課程前）、沉浸式互動模塊（課堂中）、反思式互動模塊（課業(yè)后），改變原來的以課中、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)生的主觀能動性。創(chuàng)建“主動課堂”[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，讓所有上課班級的學(xué)生都能參與線上的教學(xué)部分，同時學(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)庫共享平臺，并且要能夠滿足不斷增長的數(shù)據(jù)資源需求，因此必須在服務(wù)器中實時更新三維教學(xué)資源的數(shù)據(jù)庫，以便學(xué)生下載觀摩使用需求。

4. 虛擬仿真教學(xué)平臺的教學(xué)模式實施步驟

虛擬演播教學(xué)平臺融入課堂后，需要有較為清晰的實施步驟。我們定義了以下步驟，將會通過三個學(xué)年的周期對其進行驗證，并將教學(xué)評價的反饋信息統(tǒng)計，不斷更新教學(xué)過程中出現(xiàn)的共性問題和個性問題，尋找解決辦法并積累教學(xué)經(jīng)驗，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)備的實時互聯(lián)測試

這項任務(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)境中進行網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的營造，如遇隔墻等阻擋信號的情況，5G信息傳輸會大打折扣[5]。內(nèi)容需要學(xué)生及任課教師熟練運用虛擬仿真教學(xué)平臺的操作軟件，因此在課前應(yīng)該進行不少于4課時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)平臺的數(shù)據(jù)庫資源。學(xué)生可以通過實驗室硬件設(shè)備并利用虛擬仿真演示軟件實現(xiàn)對三維模型任意角度拖動、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，可通過拖動橫、矢、冠3個方向的虛擬切面對三維模型進行切割，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)的族庫篩選項，按照篩選項利用虛擬仿真系統(tǒng)建立三維可視化數(shù)據(jù)庫。綁定邏輯動作操控代碼，使得學(xué)生可以通過互動裝置進行主動式參與，并進行沉浸式體驗。

4.2 構(gòu)建藝用解剖課程資源族庫

多維互動教學(xué)體系的構(gòu)建，更加側(cè)重互動式學(xué)習(xí)和自主式思考。沉浸式互動模塊——虛擬仿真技術(shù)呈現(xiàn)課程，沉浸體驗、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。反思式互動模塊——知識拓展訓(xùn)練，互動反思。課業(yè)后更加注重知識的消化和積累，通過反思互動模塊，實現(xiàn)知識體系的拓展。

4.3 建立教學(xué)評價反饋體系

通過學(xué)生對虛擬仿真教學(xué)改革的真實評價，建立并完善課程改革機制，對教學(xué)評價反饋信息進行恰當處理，是虛擬仿真教學(xué)體系不斷改善的必經(jīng)之路。通過大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對學(xué)生的評價進行分析，實時掌握學(xué)生關(guān)注的重點和難點問題[6]。建立重難點討論評價板塊，收集并集中處理學(xué)生提出的各種問題，對共性問題進行集中輔導(dǎo)答疑，對個性問題進行一對一幫扶指導(dǎo)。建設(shè)課后反思式的虛擬仿真藝用解剖習(xí)題庫，設(shè)立討論區(qū)，為學(xué)生提問與討論提供平臺。

結(jié)語

美術(shù)教育是我國高等學(xué)校本科教育中不可或缺的一部分。對于類似這種需要極佳空間想象力的課程來說，無疑成為第一批傳統(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課程之一。利用虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，將抽象的課堂內(nèi)容具象化，使學(xué)生能夠直觀地對人體結(jié)構(gòu)進行仿真分析，讓課堂主動式學(xué)習(xí)模式得以實施，不僅改進了教學(xué)效果，對學(xué)科交叉融合也做出了探索和改進。

參考文獻：

[1]陳曉佳，郭金華，李林科，等.解剖學(xué)虛擬仿真教學(xué)平臺的建設(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踐創(chuàng)新[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2020，（11）：25.

[5]高慧琳，鄭保章.虛擬現(xiàn)實技術(shù)對受眾認知影響的哲學(xué)思考[J].東北大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2017，19（6）：564-570.

[6]常雷.“沉浸式體驗”在視覺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，2018，（3）：83-85.

作者簡介：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。

基金項目：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)模式探索與實踐（編號：SGH20Q296）。