虛擬仿真技術在運動康復治療技術課程教學中的應用效果分析

劉華 孫喜妹 黃秋玉

摘 ?要 ?探究虛擬仿真技術在運動康復治療技術課程教學中的應用效果，學生通過軟件自學后，發放問卷調查學生參與教學模式的效果和感受，結果顯示學生對虛擬仿真技術在教學中的應用都有所了解，學習效果、學習興趣和解決問題的能力有明顯的提高。因此，相較于傳統教學，聯合虛擬仿真課件的任務驅動法教學模式顯示出更好的教學效果，為虛擬仿真技術在運動康復專業教學平臺的應用提供了一定的前期研究基礎，為進一步提高運動康復治療技術等相關課程質量打下良好基礎。

關鍵詞 ?虛擬仿真技術；運動康復治療技術；實驗教學

中圖分類號：G642.0 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2023）05-0040-05

0 ?引言

隨著科技的快速發展，各種高新技術層出不窮，數字時代快速迭代的技術和不斷發展的理論給實踐教學帶來了新的挑戰，學科整合已成為全社會面臨的重要課題。同時，計算機硬件水平的不斷進步，各種仿真技術不斷涌現，也給教學工作帶來新的機遇，解決了很多其他學科的問題。多媒體技術、人工智能、可視化等技術和仿真技術的結合，其發展前景更廣闊，應用將更加廣泛，在生活中和教育上將發揮更大的作用。虛擬仿真技術是通過計算機營造出虛擬的場景，將虛擬現實技術、仿真技術相結合產生的一項集虛擬化、網絡化、集成化等特征于一體的新興技術[1-3]。

康復治療技術在臨床上主要是使患者的功能損害最大可能地減小和使其功能盡可能恢復，改善功能障礙，提高生活能力和質量，幫助其重返社會。康復治療技術主要包括運動療法、物理療法、作業療法、言語療法等多項技術，是運動康復教學中最重要的一門技術。對運動康復專業學生的培養，不僅要注重理論知識，實踐操作也是學好康復治療技術必不可缺的。實踐教學的目的是培養學生動手操作能力，使其能將所學知識和技能切實有效地應用到臨床中，更好地處理臨床中的各種問題。實踐教學的最終目標是培養合格治療師，提升康復訓練

效果。

虛擬仿真教學技術應用于康復治療技術教學，可以營造出和實際環境相同的場景，學生可以在仿真環境中實際操作，真實體驗臨床場景，解決了學校實驗室難搭建、實驗耗材成本高等問題，加深了學生對知識點的理解和記憶，提升了學生創新和創造的能力。本研究采取問卷調查方式對首都體育學院2021級運動康復學專業的本科生利用虛擬仿真技術學習運動康復治療技術課程的結果反饋進行分析，探究虛擬仿真技術在運動康復治療技術教學課程中的應用效果，以期促進運動康復治療專業教學改革，培養高素質人才。

1 ?虛擬仿真技術

1.1 ?虛擬仿真技術的定義

虛擬仿真技術作為一種信息傳遞和交流的手段，可以直觀、逼真地營造實驗教學環境，是一種可視化的新軟件技術。目前將這種技術應用于多個領域，最直接的目的就是仿真和構造與現實環境一樣的場景，具有成本低、通用性強、易升級、易維護等特點。

1.2 ?虛擬仿真技術研究現狀

虛擬仿真技術最早被應用于航天領域中，進行飛行模擬訓練以減少經濟損失。虛擬仿真技術在護理專業中應用被認為是一種有效的教學工具，可以培養學生的認知技能和批判性思維能力，學生回顧虛擬場景中涉及的護理決策，同時對護理實踐進行反思，提高學生的自我評價和自主學習能力。護理教育中的虛擬仿真技術被定義為在虛擬環境中提供沉浸式自我調節的護理實踐學習，在安全、動態和愉快的學習氛圍中再現實時反饋的創新性的教與學的技術策略。與昂貴的面對面模擬相比，虛擬模擬是一種有效的教學工具，可用于教學過程中實踐技能和理論知識的融會貫通，降低教育成本，提高學生的滿意度。

虛擬仿真技術目前在康復專業教學中也應用廣泛，Lee等人[4]研究了基于游戲的虛擬仿真技術訓練對腦卒中患者上肢功能和姿勢平衡的影響，結果顯示與對照組相比，基于游戲的虛擬仿真技術獨木舟劃水訓練是一種有效的康復療法，可以增強亞急性腦卒中患者的姿勢平衡和上肢功能。Thielbar等人[5]研究顯示中風后的患者在使用虛擬仿真技術軟件進行訓練后，損傷評估和任務性能測量（如Jebesen-Taylor手功能測試）顯示統計學均有顯著性差異，表明治療效果均有較大改善。Choetal[6]的研究表明，在雙任務的干預下，使用虛擬仿真軟件組的步行功能比對照組有更大的改善，作者得出結論：虛擬仿真技術在改善慢性腦卒中患者平衡功能方面是一種有效可行的治療方法。

2 ?虛擬仿真技術在運動康復治療技術中的發

展優勢

運動康復是體育、健康和醫學交叉結合的新興前沿學科，主要研究內容是運動損傷人群的康復處理，主要目標是增強肌肉穩定關節的能力。大多數運動損傷即造成關節疼痛等癥狀往往是由于關節不穩定，神經受到刺激而產生的疼痛感，不管是軟骨損傷還是韌帶損傷，運動康復從來都是對造成損傷的原因做出解決方案，而不是針對結果。因此運動康復主要歸屬于運動保健，主要分為四大部分。

1）通過運動評估，尤其是量化的數據來評判肌肉穩定關節的能力，找到關節的短板，從而在后期訓練中加強針對性訓練。

2）強化神經肌肉的控制能力。目前很多人因為長期不正確的姿勢導致發力模式錯誤，相應地神經控制肌肉的能力也下降，通過訓練大腦想象，控制某一塊肌肉進行運動，尋找肌肉的發力感，強化神經控制能力。

3）練習運動鏈的協調能力。某一關節產生疼痛意味著該關節的壓力較大，需要訓練相鄰關節與該關節的協調能力。

4）功能性訓練。即將前期的訓練結果重返日常生活中去，找到正確的運動模式，最終提高生活質量[7-8]。

虛擬仿真實驗教學是一種有效的教學手段，在教育方面能夠充分彌補實體課堂的缺陷，一方面節省生產成本，另一方面使科學與教育相互促進。運動康復專業側重知識應用，同時受環境、案例、場地、環境、安全等因素影響，一些運動損傷或康復案例需要真實體驗的實驗，虛擬仿真技術能設計出一個和真實環境完全一致的虛擬環境。學生沉浸在這個虛擬環境中，體驗實時的反饋，獲得與真實實驗一樣的體會，這樣既節約了教學成本，又保障了學生安全。虛擬環境中出現的不同臨床場景提供了許多學習要點，為學生做出決策提供了平臺，是一種有效的學習方式，不僅提高了學生的學習興趣，還能豐富學生的想象力，拓展學生知識領域，提高學生解決問題的能力，提升學生的創新創造能力。

隨著康復醫療理論研究的深化，運動治療已經得到了很大的充實與完善，建立起針對各類身體機能障礙性疾病的獨特的治療方法系統。目前虛擬仿真技術已經被運用于神經系統疾病患者的康復治療，主要是中風患者，通過人工生成的仿真環境增強神經肌肉控制能力，激活主動運動學習的過程，增強視覺和聽覺的反饋。還被用于發育性協調障礙、腦癱患者、多發性硬化癥和脊髓損傷患者的康復治療，通過虛擬仿真技術實現運動再學習，學習新動作的掌握，患者上下肢的功能，如手的靈活性、肌力、步態以及平衡等方面都有顯著改善。隨著生活質量的提高，人們對身體健康素質的要求也越來越高，重視損傷后的康復，同時康復行業蓬勃興起，康復專業教育體系也日益健全，對專業技能人員的需求也逐漸增加，要求也逐漸嚴苛。

因此，我們需要在傳統康復教學的基礎上發掘虛擬仿真技術的應用，培養高素質康復治療人才，為逐步提高人才專業度、就業率、就業質量作出

貢獻。

3 ?問卷設計及結果

根據國家規定的運動康復專業的培養要求，結合學校該專業的培養計劃，查閱虛擬仿真技術在教學中應用的相關文獻，從學生角度和教師自身角度出發，將虛擬仿真技術應用于運動康復治療技術的實踐教學中，采取問卷的方式對教學成果進行分析，問卷的設計參考運動康復專業的培養計劃和各位教師的意見進行編寫，主要包括八個題目。本調查通過紙質問卷的方式線下發放問卷。共發放51份問卷，回收51份問卷，回收率100%；有效問卷51份，有效問卷率100%。

分析表1～表9可知，調查問卷收集數據如下。

1）對虛擬仿真技術的了解程度：非常了解占5.9%，了解占17.6%，一般了解占70.6%，不了解占5.9%。

2）對虛擬仿真技術在教學中應用的了解程度：了解占23.5%，一般了解占70.6%，不了解占5.9%。

3）通過軟件自學后，對虛擬仿真技術在教學中應用的了解程度：非常了解占5.9%，了解占58.8%，一般了解占35.3%。

4）通過軟件的學習，掌握的內容及占比：23.5%的人掌握了肌力訓練，76.5%的人掌握了肌力訓練和關節活動度訓練。

5）通過軟件的學習，肩關節前屈肌群的訓練階段數：答對的占82.4%，答錯的占17.6%。

6）對于課程合適的進行時間：23.5%的人認為在課前，23.5%的人認為在課中，17.6%的人認為在課后合適，35.3%的人認為都可以。

7）對于此種學習和傳統教師講授兩者間的區別：有17.6%的人表示教師講授更佳，有82.4%的人認為兩者有不同的使用方面。

8）仿真技術教學主要應用的方面：41.2%的人認為可以幫助理解復習，11.8%的人認為可以更好地實現教學，5.9%的人認為可以實現規范化引

導，5.9%的人認為應用可以更廣泛，5.9%的人認為可以用于運動動作模擬，17.6%的人認為可以直觀地了解肌肉活動。

9）對于需要改進的地方：17.6%的人認為應標明具體肌肉，5.9%的人認為還是不能實現上手操作，5.9%的人認為動作分析還可以更精細，29.4%的人認為畫質需要提高，5.9%的人認為加入案例更真實，5.9%的人認為需要加入人聲或文字講解，標出具體的肌肉，17.6%的人認為可加入人聲和文字講解，11.8%的人認為需要推廣到課堂中。

4 ?討論

結果顯示大多數學生對虛擬仿真技術的了解不多，通過軟件自學后，學生對虛擬仿真技術在教學中應用的了解程度上升了35.5%，對知識的掌握程度有較高的正確率，說明這種技術在教學中的使用還需要大力推廣，仍有很多學生沒有從虛擬仿真技術中獲益。大多數學生認為兩種教學方式有不同的使用方面，但相較于傳統教學，仿真教學可以幫助學生對知識點預習、理解和復習，幫助學生體驗實際操作的過程，更好地實現教學。

隨著康復技術的不斷發展，對康復領域的專業人員要求越來越高，同時教學壓力也不斷升高，不僅注重扎實的理論基礎，更需要培養學生的臨床實踐操作能力，因此，虛擬仿真技術應用在運動康復治療技術的教學中是非常有必要的。

4.1 ?傳統實驗教學模式存在缺陷

傳統的教學是通過教師板書，學生傾聽，雖然過程中會有提問，教師會引導學生去主動思考，但學生也只是被動地接受已形成的理論知識，沒有具體的操作和實踐，學生可能會感到無聊、抽象和難以理解。由于條件的限制，教師以一種靜態的語言直接拋給學生所有的概念性知識和操作流程是常見的教學方法，書本知識固然重要，但這個過程中過分強調教師的主導性，使學生缺乏主動思考的能力，難以做到使所有學生都理解知識點，造成教學質量不理想[9]。目前的實驗課大多是驗證性實驗，按照教材上已有的結論進行驗證性探究，教師在教學過程中直接向學生單向灌輸知識，學生沒有足夠的時間去探索和觀察其中的道理，失去主動探索的機會，按圖索驥，不用思考就能完成實驗，積極性將會大大降低。這種固定的實驗教學模式，使得學生缺乏實驗能力、科學態度和科學方法的培養，從而降低了教學效果和質量[10]。

總之，這種看重考試成績、輕視探究創新的教學模式將會嚴重影響學生的全面發展，與培養社會需要的創新型人才目標相差甚遠，且學習資源有限無法滿足學生自主學習、終身學習需求。

4.2 ?網絡教學發展的必然趨勢

網絡教學目前是我國流行的教學方式，是各個學校在疫情防控背景下正常實施教育的必然選擇。正如許多人所證實的，基于互聯網的實時交互式遠程學習是可行的。在線網絡教育和其他教育方法一樣有效，而且可能互動性和動態性更強，學生可以直接向教師提交評論或問題，并學習如何搜索和利用互聯網上的信息資源獲得超過課程內容的額外知識，在線網絡教學可以提供交流方法的機會，這在傳統的課堂環境中是無法實現的[11-12]。

虛擬仿真技術可以構建虛擬環境，具有信息量大、兼容性強和交互性強的特點，有利于資源共享，填補了資源不足的空缺，促進教育平衡，開展協同式教學，培養學生提出問題解決問題的能力，從而有利于學生創造能力的培養[13-14]。虛擬環境下的信息社會為學生提供便利，改善遠程學習環境，打破時空限制。開展網絡教學，有利于培養學生利用網絡查閱信息、匯總信息、分析信息的能力，從而培養學生自主學習、整合總結的能力。網絡教學的發展速度，在教育領域的不斷創新都證明了網絡教學有巨大的發展潛力，在以后的生活和學習中將發揮更重要的作用。

4.3 ?虛擬仿真技術的優勢

虛擬仿真技術是一種創新技術，通過視覺和聽覺感官通道進行實時模擬和交互。建立虛擬仿真技術平臺，也即設計出一個和真實環境完全一致的虛擬環境，學生可以體驗真實環境，大膽動手操作和實踐，將所學的理論知識應用到臨床中，將提高學生的積極性，培養學生主動思考的能力，豐富其想象力，提高其創新能力，幫助其在增強反饋的環境中體驗和互動，打破學校缺乏足夠的教學設施帶來的困境，既節約教學成本，又能保障學生安全[15-17]。

對于康復患者，建立的是一個可以實時模擬環境、場景和活動，并允許患者通過多感官形式進行交互的系統，患者可以掌握鍛煉的內容、持續時間和強度，甚至可以獲得及時的反饋，為用戶提供充分的個性化治療方案。

5 ?結論

通過對學習成果的檢查發現絕大多數學生都能做到正確掌握知識，說明學生在課堂上通過虛擬仿真技術進行學習的教學方式不僅能夠提高學生的學習興趣，還能拓展學生的知識領域，幫助學生理解知識點，提高學生解決問題的能力。多數學生認為虛擬仿真技術應用在教學中可以更好地實現教學，實現規范化引導，幫助自己更好地理解知識點。

虛擬現實技術的快速發展和各種仿真技術的不斷涌現為教學工作帶來了新的機遇，如何利用虛擬仿真技術給學生帶來更好的學習體驗是我們需要考慮的問題。通過問卷調查學生參與教學模式的效果和感受的結果表明，聯合虛擬仿真技術的任務驅動法教學模式在提高學生興趣、突破難以演示的知識點上優于傳統教學模式。因此，應用虛擬仿真技術和傳統教學相結合的任務驅動教學模式能更好地實現教學目標，進一步提高運動康復治療技術等相關課程的教學質量。

6 ?參考文獻

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