基于3D虛擬仿真技術的運動解剖學教學平臺構建

中圖分類號：G807.4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-6883（2025）03-0093-07

DOI：10.19986/j.cnki.1007-6883.2025.03.011

虛擬現實技術（VR）最早由美國的JaronLanier于上世紀80年代提出，是一種綜合信息應用技術，融合了計算機圖形學、數字圖像處理技術以及多媒體技術．自從1989年美國國立圖書館建立了人體影像數據庫以來，世界各國開始探索并建立可視人及數字人技術，隨著數字人技術的發展，該項技術也逐漸應用到醫學虛擬仿真教學中[]．人工智能技術的高速發展，使其在教育中的應用越來越廣泛，高等教育數字化轉型也反映了當前世界教育的發展趨勢．目前在我國部分高校醫學專業解剖學教學中已經應用了虛擬仿真教學技術．運動解剖學歸屬于形態學范疇，作為體育學院各個專業的公共基礎應用學科，尤其是運動人體科學及運動康復專業，其教學質量直接影響到后續專業課程的學習．虛擬仿真教學系統基于互聯網通信技術，創建虛擬世界相關數據庫，通過多媒體、人機交互的形式，構建虛擬仿真教學環境．虛擬仿真技術應用于教學突破了傳統教學模式的限制[2]，將抽象的內容具體化，有效強化學生記憶，提高教學效率，改善教學質量，同時也為學生將來從事運動實踐奠定堅實的解剖學基礎.

13D虛擬仿真技術在運動解剖學教學平臺建設中應用的必然性

虛擬仿真技術應用于臨床教學國內外已有先例，目前在我國部分高校虛擬仿真技術已經應用于解剖學教學[3-4]．傳統的解剖學教學手段之一的尸體解剖，被認為是學習解剖學的重要教學手段，但是由于現代尸體來源有限，標本保存和維護均需特殊的環境和場地[5]，還需專人進行管理，并且保存尸體的福爾馬林對人體身體健康存在不利影響．利用3D虛擬仿真技術建立的數字化虛擬人體立體直觀，教師和學生使用不受時間和空間的限制，因而使得解剖學的學習延伸到課堂之外，提高教學效率[6，因此3D虛擬仿真技術應用于運動解剖學教學平臺的建設對于運動解剖學的教學改革具有十分重要的意義.

1.13D虛擬仿真技術應用于教學平臺的構建可以豐富教學內容

運動解剖學3D仿真教學平臺的構建可以豐富運動解剖學教學內容及教學資源．運動解剖學教學包括理論教學和實踐教學，受到教學時數壓縮及教學條件的影響，傳統的理論課教學和實驗教學內容已經很難滿足當前社會發展對學生理論與運動實踐相聯系的應用能力的要求．高等教育階段，實驗教學是培養和提高大學生素質與創新能力的重要教學手段，基于此有學者構建了4個彼此聯系、逐級遞進的實驗教學層次，構成了所謂的運動解剖學實驗課教學新體系：包括基本技能訓練、基礎性實驗、綜合性功能實驗、設計性實驗[7]：目前我國高等院校的運動解剖學實驗教學大多還是停留在第一、第二層次，即基本技能訓練與基礎性實驗，而缺乏綜合性功能實驗與設計性實驗的教學內容．目前在部分醫學院校和體育學院開展了解剖學虛擬仿真教學，數字化虛擬人體在教學中應用為醫學院校解剖學的教學提供大量系統解剖學、局部解剖學和斷層解剖學的教學素材，數字化虛擬人體（“虛擬人”）的構建首先是采集大量的真實人體斷面圖像數據信息，再利用計算機技術進行整合重建得到人體的三維立體結構圖像，是醫學與計算機技術相結合的成果[8-9]．3D虛擬仿真技術應用于運動解剖學教學平臺以構建運動解剖學圖片庫、3D動畫資源庫、學習資源庫等．根據運動解剖學的教學特點，3D虛擬仿真教學平臺的構建還可以展示骨連接、肌肉起止點、以及肌肉運動的3D動畫．通過3D虛擬數字人模型放大、縮小、旋轉、隱藏、透明顯示功能，引導學生結合解剖學實物標本、模型和3D虛擬仿真數字人觀察正常人體形態結構；通過3D虛擬仿真運動動畫觀察運動中的骨骼、關節和肌肉的狀態.通過實體標本和3D虛擬仿真數字人的多維度觀察，攻克運動解剖學教學中的難點，適當增加運動解剖學綜合性功能實驗、設計性實驗內容，提高體育學生理論聯系運動實踐的能力，為后續專業課程的學習夯實運動解剖學基礎.

1.23D虛擬仿真技術的應用彌補學時不足的影響

運動解剖學3D仿真教學平臺的構建可以緩解運動解剖學學時數減少的矛盾、提高學生的學習興趣．為了適應社會發展對人才培養需求的變化，不斷深人進行高校教學改革，許多高校開始實行大類招生，根據社會需求變化對專業人才培養計劃進行了修訂，規定了運動解剖學課程的教學內容、目的及課時數．在此大背景下運動解剖學教學課時數不斷縮減，以調動學生的主觀能動性、提升學生的自主學習能力．運動解剖學有大量的專業名詞、概念和結構與運動實踐關系極為密切，通過對骨骼、關節、肌肉及運動的動作分析等知識的學習，對體育術科技術動作及身體練習方法的理解，培養學生理論聯系運動實踐的能力，為將來提高動作技術水平及競技能力、體育保健、預防及減少運動損傷、損傷后的康復評定及康復治療等運動實踐服務打下堅實的基礎．但是在有限的教學課時的情況下，教師的教學負荷與學生的學習難度均會增加；再者體育學院學生重技術輕理論的傳統思維導致對理論課程不重視，學生對理論課包括運動解剖學課程的學習興趣較低，加之運動解剖學學習難度較大，學生在學習過程中有可能產生厭學心理，興趣缺乏從而影響運動解剖學的整體教學效果．3D虛擬仿真技術在運動解剖學教學平臺構建的應用可以搭建學生的自主學習平臺，以彌補學時數減少帶來的教學不足.在3D虛擬仿真教學平臺搭建的基礎上，構建運動解剖學線上課程資源，將教學大綱、教案、3D虛擬仿真技術制作的教學視頻、研究熱點以及相關電子資源等資料進行上傳，充分激發學生的學習能動性，培養學生自主學習能力．尤其是對于在課堂上沒有達到預期學習目標的學生，可以通過3D仿真教學平臺不斷地補充、鞏固自己的知識，以完成預期的學習目標[10].

1.33D虛擬仿真技術教學平臺的構建可有效改善教學質量

基于3D虛擬仿真技術教學平臺的構建豐富了運動解剖學的教學手段，有效改善教學質量．解剖學隸屬于形態學，是醫學課程中最重要的基礎課程之一，運動解剖學作為基于形態學基礎之上的基礎應用學科，是運動人體科學及運動康復專業的重要基礎課程之一．解剖學的學科特點是有大量的專業名詞、概念、結構關系需要記憶，但是其描述抽象，學生僅僅依靠傳統的教學模式難以在短時間內完全理解和準確記憶．目前，多媒體輔助教學在大學本科教學階段已經普遍運用，但是傳統的運動解剖學課件大多以二維圖片展現解剖結構，再加上標本、模型或者錄像為輔完成教學，其不能直觀顯示人體的立體層次結構，缺乏立體感，學生對于三維空間結構的理解與掌握有一定的難度，容易產生畏難心理，不能很好的調動學生主動學習的積極性，教學效果尚欠佳[]，特別是運動解剖學的動作分析的教學內容，將直接指導運動實踐過程，但是依靠傳統的教學手段難以達到較好的教學效果．而3D仿真技術在運動解剖學教學中的應用將解剖結構以栩栩如生的3D動畫和逼真的視頻來演示，使得原本抽象復雜的專業術語與解剖結構層析關系一目了然，讓學生更加容易理解、記憶進而掌握，從而改進教學效果.

2基于3D虛擬仿真技術的運動解剖學教學平臺的構建途徑

現以2023＼～2024級學生運動解剖學教學平臺為例說明基于3D虛擬仿真技術的運動解剖學教學平臺的建設情況．該校引進了一套德仁科教儀器設備有限公司生產的“人體3D運動解剖學軟件系統”（型號：DRVSV1.0.），運動解剖學授課教師均是具有多年教學經驗的一線教師，近三年來已經使用了學校的“超星泛雅學習通”教學平臺進行教學，具備了一定的經驗，熟悉教學平臺的建設．運動解剖學線上課程教學平臺課程首頁設置了課程介紹、教師團隊、教學方法介紹、教學資源、課程章節等內容（圖1）.

該校2023＼～2024級體育學院學生學習運動解剖學課程共計21個班級，人數504人，運動解剖學課程學習平臺建設學習任務點章節53個，非任務點章節60個，教師團隊錄制教學視頻49個，時長共計769分鐘，上傳課程相關文檔42個，建設題庫總數達304題.

2.1構建運動解剖學教學圖片動畫資源庫

運動解剖學教學平臺上的圖片動畫資源庫包括運動系統：全身骨骼、骨連接、肌肉（包括肌肉動畫，肌肉起止點：頭部肌肉起止點、頸部肌肉起止點、肩部肌肉起止點、上肢肌肉起止點和下肢肌肉起止點、肌肉動畫圖）；脈管系統、感覺器官、神經系統、內臟學、內分泌系統（消化系統、男性生殖系統、女性生殖系統、泌尿系統、呼吸系統）以及整體人等3D結構．如圖2所示.

2.2基于3D虛擬仿真技術構建運動解剖學課程章節學習平臺

根據運動解剖學的章節內容將教學大綱、教案上傳到平臺，并同步將運動解剖學章節內容按照知識點制作基于3D虛擬仿真系統的授課視頻等資料上傳到平臺．方便學生利用碎片時間提前預習、課后復習從而加深對于知識的理解與掌握，尤其是對于在課堂上沒有達到預期學習目標的學生，可以通過基于3D虛擬仿真技術的教學平臺不斷地補充、鞏固自己的知識，以完成預期的學習目標．通過學習平臺，教師可以實時監測學生學習的進度，以督促未完成學習的同學按時完成學習任務，學生自己也可以在學習平臺上看到自己的學習狀態，及時完成教師布置的學習任務．在學期末，教師可以通過查看學生的學習總進度了解學生的學習情況，可以在期末考試之前再次督促學生完成學習任務，達到學習預警的作用．如此基于3D虛擬仿真技術的教學平臺的構建可以充分調動學生的學習能動性，同時可以隨時向教師反饋學生的學習情況，以提高學生自主學習能力，達到人才培養的目的.

2.3在運動解剖學教學平臺上同步設置專題討論區

在運動解剖學教學平臺上同步設置專題討論區主要目的是讓學生更多地參與討論與運動解剖學密切相關的運動實踐案例．讓學生利用已學到的運動解剖學知識分析運動實踐中面臨的一些案例，比如根據運動解剖學的知識制定某塊肌肉或肌肉群的力量與柔韌性的訓練方案，培養學生將理論知識和運動實踐有機結合起來的能力，以提高學生的學習興趣及解決運動實踐問題的能力．專題討論區還兼具教師給學生或者學生之間相互輔導答疑的功能，主要目的是利用專題討論區助力教師及時和學生交流溝通，掌握學生的學習效果，任課教師針對學生的疑問給予及時解惑.

2.4設置運動解剖學課后練習及自主考試

在運動解剖學的教學平臺上，設置課后章節測驗和綜合測試對于提升學生的學習成效至關重要.這些測試不僅能夠幫助學生鞏固課堂所學知識，還能通過即時反饋機制，讓學生及時了解自己對知識點的掌握程度．例如，教師可以在平臺上發布與當天教學內容緊密相關的練習題，題目形式多樣，包括但不限于選擇題、填空題和簡答題等．學生完成練習后，系統能夠立即提供反饋，指出正確答案和解析，這樣學生就可以在第一時間內查漏補缺，強化對知識點的理解．到了學期末，教師可以設計一系列綜合性測試題，這些題目覆蓋整個學期的核心知識點，以此來評估學生的整體學習成果．學生通過這些測試題進行自我檢測，能夠全面了解自己在學期中的學習進展和存在的問題．在平臺上布置線下的課后作業是讓學生復習所學知識內容的另一種重要學習方式，具有一定程度的限制性．布置作業的時候設定學生提交作業的截止時間，在一定程度上可以培養學生的自律能力．在布置作業的同時在平臺上設定作業的參考答案，再設置為學生提交作業、教師批改之后可以查看，如此，學生可以根據教師提供的參考答案，自行修正，提高學生的自主學習能力．全部作業資料均可以在作業庫中查看，也便于學生日后查看、復習鞏固所學知識點.

同時，教學平臺的自動成績統計功能，能夠為學生提供一個清晰的成績單，展示他們在各個知識點上的得分情況，從而識別出自己的薄弱環節，教師也可以通過這個功能，及時了解全班學生的學習效果，進而對教學計劃和方法進行調整，以滿足學生的學習需求．此外，教學平臺還可以通過數據分析與評價模塊，為教師提供關于學生學習行為的詳細數據．這些數據包括學生觀看教學視頻的頻率、完成作業的時間、參與討論的積極性等，幫助教師更全面地了解學生的學習習慣和偏好，從而提供更有針對性的指導和支持.

3基于3D虛擬仿真技術的運動解剖學教學平臺建立的應用價值及展望

3.1基于3D虛擬仿真技術的運動解剖學教學平臺教學使用情況

基于3D虛擬仿真技術的運動解剖學教學平臺展示的解剖結構立體直觀，可以分層顯示正常人體大體及微觀結構，360度無死角，無論是教師教學還是學生自學均無障礙．通過系統中3D虛擬仿真動畫以及系統呈現出來的“直觀形象、廣、深、精準”數字化資源，能實現運動解剖學理論實踐一體化、多層次、開放式教學，充分提高學生對人體結構學習的趣味性、積極性，從而提高運動解剖學及功能解剖學的教學質量．該校自2022級開始在運動解剖學教學中申請了線上線下混合式教學且全面投入使用，經過兩年的建設，運動解剖學3D虛擬仿真教學平臺累計訪問量824433次，累計選課人數達1108人次．2023年5月教學平臺“運動解剖學3D虛擬仿真教學平臺構建”在“廣東省高校教育數字化轉型優秀案例征集與展示”活動中榮獲三等獎．運動解剖學課程于2023年9月獲批“校級線上線下一流課程”．運動解剖學3D虛擬仿真教學平臺課程任務點類型分布為視頻學習任務占比 44.44% 、文檔學習任務占比 33.33% 、章節測驗學習任務占比 22.22% ．教學平臺上學習任務的綜合成績包括學生學習視頻任務、上課簽到、完成課后章節測驗及課后作業四個部分，每個部分占比為 25% ．以2022級某一個班統計的綜合成績為例，從學生的綜合成績分布來看，顯示80＼～100分的同學占比達到了 95.65% 60＼～80分的同學占比只有 4.35% ．從這些數據來看，大部分學生完成了正常的學習任務，具有一定的成效.

3.2促進教師拓展改革教學方法、提高數字化教學素養

在高等教育中，教師的角色不僅是知識的傳遞者，更是學生創新能力和實踐技能的培養者．隨著信息技術的飛速發展，數字化教學已成為提高教學質量的重要手段．特別是在運動解剖學這一領域，3D虛擬仿真技術的應用為教學改革提供了新的機遇．通過引人3D虛擬仿真教學系統，有條件還可以引人VR技術引入運動解剖學的教學[12]，教師可以設計更具挑戰性的教學內容，如設計性、綜合性和創新性實驗，這些實驗能夠促進學生對運動解剖學知識的深人理解和應用．這種教學方式不僅能夠提高學生的實踐操作能力，還能激發他們的創新思維，培養他們解決復雜問題的能力．3D虛擬仿真技術的應用也對教師提出了更高的要求．教師需要不斷更新自己的數字化教學技能，以適應新的教學工具和方法．這包括掌握3D建模、虛擬環境設計以及如何有效地將這些技術融入到教學中．通過參與虛擬仿真教學的實踐，教師可以提升自己的現代數字化教學素養，這不僅有助于提高教學質量，也能為教師的科研工作提供更好的條件．在這種現代化的教學環境中，教師可以利用3D虛擬仿真技術模擬真實的解剖場景，讓學生在沒有解剖實體的情況下，也能進行細致的觀察和操作．這種模擬環境為學生提供了一個安全、可重復的實踐平臺，使他們能夠在沒有風險的情況下嘗試，從而更好地掌握知識．3D虛擬仿真技術在運動解剖學教學中的應用，不僅能夠提高學生的實踐能力和創新思維，還能推動教師不斷更新教學方法，提升自身的數字化教學素養．這種教學方式的推廣，將為培養具有應用性和創新能力的高素質人才提供有力支持.

3.3基于3D虛擬仿真技術的運動解剖學教學平臺可拓展社會服務

基于3D虛擬仿真技術的運動解剖學教學平臺的資源可為地方大健康產業發展服務，通過廣、深、精準、直觀的形態學教學資源等，搭建地方運動解剖學的教育教學科研平臺，不僅能夠為大學生提供應用性創新能力的培養，將來還能夠擴展其社會服務功能．利用3D虛擬仿真技術，可以為中小學生及普通民眾提供生動、直觀的解剖學知識普及．這種科普宣教方式不僅能夠提高公眾的健康意識，還能促進健康行為的形成．根據《中小學健康教育指導綱要》的通知，健康教育是培養學生健康意識與公共衛生意識的重要途徑．3D虛擬仿真技術可以為中小學生提供更加直觀和互動的學習體驗，例如，通過虛擬仿真實驗教學，學生可以更直觀地了解人體結構，從而更好地理解健康生活方式的重要性，幫助他們掌握必要的健康知識和技能，促進健康行為和生活方式的養成.

運動解剖學知識在社會健康服務中扮演著重要角色．通過3D虛擬仿真技術，我們能夠為公眾提供直觀的解剖學展示，幫助他們理解運動對肌肉、骨骼的影響，以及如何通過正確的運動方式預防傷害．例如，可以組織師生在社區開展健康講座，利用仿真模型展示標準的運動姿勢，教育居民如何有效鍛煉特定肌肉群，同時避免運動損傷．通過這些服務，運動解剖學不僅停留在理論層面，而是真正轉化為提升公眾健康水平的實用工具，

4結語

人工智能的高速發展促使數字技術成為高等教育數字化轉型的重要工具，3D虛擬仿真技術在運動解剖學教學中的應用，不僅體現了高校數字化賦能的趨勢，也為教育創新提供了新的思路和方法.基于3D虛擬仿真技術構建的運動解剖學教學平臺具備直觀立體展示、師生交互性強、學生的自主學習不受時間空間的限制等優點，使得優質教育資源得以共享，促進了教育公平．同時有助于學生運動解剖學的學習效果的提升和授課教師的數字化教學素養的提升．該技術的推廣與應用，也標志著教育科技領域的一次深刻變革，為培養具有創新精神與實踐能力的運動醫學人才奠定了堅實基礎，

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Construction of a Sports Anatomy Teaching Platform Based on 3D Virtual Simulation Technology

ZHANG Ying，ZHANG Guo-hua，ZHAO Ke-yong，WEI Xiao-na （College of Physical Education，Hanshan Normal University，Chaozhou，Guangdong，521041）

Abstract：With therapid advancement of modern technology，the application of artificial intelligence in higher education has become increasingly widespread．Theglobal trend in pedagogical development is gradually shifting towards teaching methods based on networkedvirtual simulation technology. In response to the limitations of traditional teaching approaches in terms of intuitiveness and interactivity，the application of 3D virtual simulation technology in sportsanatomy education representsa concrete manifestation of digital empowerment in higher education institutions．This paper explores the construction of a sports anatomy teaching platform through four aspects： developing a database of animated instructional images for sports anatomy，creating a chapter-based learning platform for sports anatomy courses，establishing dedicated discusion forums，and implementing post-class exercises and autonomous examinations．Furthermore，the paper analyzes the application value of the platform upon implementation and provides prospects for future development and utilization.

Key words： sports anatomy；3D virtual simulation；teaching platform