3D数字虚拟仿真系统在人体解剖学与组织胚胎学教学中的应用研究

3D数字虚拟仿真系统在人体解剖学与组织胚胎学教学中的应用研究
摘要：进入21世纪以来，我国科技水平迅速发展，3D数字虚拟仿真系统在
人体解剖学与组织胚胎学教学中应用广泛。

随着时代的发展和科学技术的进步，
医学领域出现了一系列3D数字虚拟仿真系统的人类研究产品。

这些三维虚拟教
学软件的出现，为困扰解剖学教学多年的问题找到了答案，受到了医学教师、学
生和临床工作者的认可。

在此背景下，本文论述了3D数字虚拟仿真系统的内涵
与特点，及其在人体解剖学与组织胚胎学教学中的应用与效果、评价，希望为相
关工作者提供宝贵的信息。

关键词：3D数字虚拟仿真系统；人体解剖学；组织胚胎学；应用研究
引言
中华人民共和国教育部于２０１２年３月正式发布了《教育信息化十年发展
规划（２０１１—２０２０年）》，规划中明确指出，我国教育改革和发展的方
向是显著提高信息技术与教育教学发展的深度融合，以教育信息化促进教育变革，实现教育现代化，利用先进网络和信息技术，建立健全高等教育信息化、数字化
的基础设施，以促进创新性人才培养、提高科研水平、增强社会服务与文化传承
能力，促进教育质量全方位提高。

在当今“互联网＋”的教育背景下，教学模式
也随之发生了变化，已经逐渐向“传统＋数字”的模式转变。

随着虚拟仿真技术
不断融入课堂，彻底颠覆了课堂教学手段，极大丰富了教学内容，最大限度地调
动了学生的主观能动性和创新性。

学生可以有针对性地利用课外闲暇时间进行预
习或复习，实现从“要我学”到“我要学”的转变，彰显了信息技术与教育、教
学的融合。

学生处在智能化的教学环境中，基本达到了以学习者为中心的教育教
学新模式。

1 3D数字虚拟仿真系统的内涵与特点
3D数字虚拟仿真系统，是利用计算机技术和生物信息学技术实现人体解剖结
构和组织胚胎结构信息可视化的软件系统，其通过采集人体解剖结构和组织胚胎
信息，利用计算机和生物信息学技术重建人体三维图像，形成了一套系统、完整、灵活的视觉人体解剖学和组织胚胎学信息软件。

之后，通过显示屏动态显示，方
便多角度、多方向进行观测，其操作界面还具有单独显示、透明、逐层剥离等特
殊功能。

利用计算机三维重建技术，其可以将大量连续的人体和组织胚胎横截面数据
集成并重建成人体和组织胚胎三维结构图像。

可以说，现代信息技术和计算机技
术与医学发展的结合是医学界的又一大里程碑。

自从3D数字虚拟仿真系统出现
以来，其已被广泛应用于医学领域，特别是在人类形态学领域和组织胚胎学领域
中发挥出巨大作用。

3D数字虚拟仿真系统可以从任何角度和方向观察到人体的部
位与细节，使用者可以通过触摸屏随意旋转、拉伸和剪切图像，从而深入、全面
地了解人体结构的形态特点、毗邻关系、层次变化和体表标志的局部解剖学知识。

2 3D数字虚拟仿真系统在人体解剖学与组织胚胎学教学中的应用
2.1丰富教学资源，强化教学深度
首先，在人体解剖学实验教学中运用虚拟仿真及时可以将声、光、电、图、
影等相应的多媒体教学元素以数字化、虚拟化、自动化的现代技术手段集成起来，从而为学生们创造一个更为生动的实验环境与仿真的实验内容，在这样新颖的实
验模式下，学生们的被动学习状态也会朝着主动化转变，有助于调动起学生们的
学习兴趣与积极性。

其次，在利用高度仿真的器械与标本进行实验操作时，学生
们还可以通过人机对话来从不同的角度、不同方位来仔细观察虚拟人体的系统、
器官与组织结构，甚至还可以对其组织结构进行拆装，以此深层次地对内部结构
进行观察、重组，这种实验方式所取得的效果无疑远远高于传统的模型观察教学
模式。

另外，虚拟仿真技术还可以对具体的实验步骤、实验现象以及实验数据等
进行动态化的模拟。

在传统的人体解剖学实验中，通常需要进行相应的动物实验，通过多动物活体实施麻醉、气(血)管插管、剥离神经等操作，而操作过程中血管
破裂、出血、麻醉失效等情况时有发生，不仅耗费大量资源，更使得学生难以在
实验中收获知识。

此时，虚拟化仿真技术的应用给学生还原一个真实的实验学习
过程，使其能够真正地通过实验来完成相关理论知识的验证。

总而言之，应用虚
拟仿真技术有效地丰富了学生们的实验教学资源，有助于进一步强化其实验深度，提升了学生们的实验应用能力。

2.2形态学实验在实验教学中计算机虚拟仿真技术
在虚拟仿真技术被研发的过程中，利用计算机的图像处理和数据管理，通过
多媒体的途径进行有形态的切片观察，还可以用标本展示的计算机系统。

在没有
显微镜的情况下，可以微观的进行虚拟操作，例如，三维、虚拟展示来进行具体
操作，提升分倍率的技术上，还突破了纤维镜本身，与病人的病理进行充分结合，进行自我并诊断自测和考试测评。

对于学生来说，进行管理端的功能模拟，例如：视频的点击量、对于虚拟环境的点播量、对于计算机的职能点读量、计算课堂的
自测和自身考察的模块。

2.3提高实验效率，减少尸体浪费，增加尸体利用率
由于解剖学的内容和结构排列复杂，因此解剖实验具有破坏性和不可逆性。

在传统的实验教学模式下，存在着效率低、尸体利用率低、浪费严重等问题。

在
解剖某些部位的时候，区域会变得越来越小和更深，并且由于肌肉组织不同和重
叠长度的差异，因此在传统的教学模式中只能显示静态图像，不能够呈现出生动、形象的动态图像。

在解剖过程中，由于辨认困难，学生往往会在操作过程中对组
织或者结构造成不可逆转的损伤。

这不仅浪费了尸体标本，也引起了学生学习的
负面情绪。

3D数字虚拟仿真系统能从多个角度动态显示标本所有结构，可以有效
地帮助教师引导学生遵守秩序。

另外，采用3D数字虚拟仿真系统进行教学解剖
不仅减少了尸体标本的浪费，而且提高了实验的效率和尸体的利用率。

2.4降低教学难度，节约教学成本
通过虚拟仿真技术开展人体解剖学教学可以帮助学生系统地对人体整个解剖
生理系统加以研究探析，例如，对各部分的器官、组织结构进行研究建模，然后
再引导学生将各个已经被拆解的器官、组织结构联系起来从而构成完整的生理系统。

在这样的教学形式下，原本相对复杂的实验操作也会变得简单起来，对于降
低学生们的实验教学难度而言效果十分显著。

除了降低实验教学难度之外，运用
虚拟仿真技术还能够极大地节省教学成本。

例如，在相应的动物实验（蛙、蟾蜍、兔等）中，一个50人的班级每班每次实验费用至少需要100～800元，但若采用
虚拟仿真技术开展仿真实验，则可以在降低教学成本的同时为学生提供了反复实验、多次探索的实验学习机会。

结语
随着教育信息化的不断推进，全国各个高校已开始探索虚拟仿真平台的建设，并取得了一定的成果。

相信虚拟仿真平台会在相关部门的大力支持下，在一批又
一批优秀教育工作者的努力推进下，其潜力会得到进一步发挥。

虚拟仿真平台作
为传统教学手段短板的补充，活跃现有教学模式，助力教学质量步入新台阶。

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