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虚拟仿真技术在运动康复治疗技术课程教学中的应用效果分析

时间:2024-05-07

刘华 孙喜妹 黄秋玉

摘  要  探究虚拟仿真技术在运动康复治疗技术课程教学中的应用效果,学生通过軟件自学后,发放问卷调查学生参与教学模式的效果和感受,结果显示学生对虚拟仿真技术在教学中的应用都有所了解,学习效果、学习兴趣和解决问题的能力有明显的提高。因此,相较于传统教学,联合虚拟仿真课件的任务驱动法教学模式显示出更好的教学效果,为虚拟仿真技术在运动康复专业教学平台的应用提供了一定的前期研究基础,为进一步提高运动康复治疗技术等相关课程质量打下良好基础。

关键词  虚拟仿真技术;运动康复治疗技术;实验教学

中图分类号:G642.0    文献标识码:B

文章编号:1671-489X(2023)05-0040-05

0  引言

随着科技的快速发展,各种高新技术层出不穷,数字时代快速迭代的技术和不断发展的理论给实践教学带来了新的挑战,学科整合已成为全社会面临的重要课题。同时,计算机硬件水平的不断进步,各种仿真技术不断涌现,也给教学工作带来新的机遇,解决了很多其他学科的问题。多媒体技术、人工智能、可视化等技术和仿真技术的结合,其发展前景更广阔,应用将更加广泛,在生活中和教育上将发挥更大的作用。虚拟仿真技术是通过计算机营造出虚拟的场景,将虚拟现实技术、仿真技术相结合产生的一项集虚拟化、网络化、集成化等特征于一体的新兴技术[1-3]。

康复治疗技术在临床上主要是使患者的功能损害最大可能地减小和使其功能尽可能恢复,改善功能障碍,提高生活能力和质量,帮助其重返社会。康复治疗技术主要包括运动疗法、物理疗法、作业疗法、言语疗法等多项技术,是运动康复教学中最重要的一门技术。对运动康复专业学生的培养,不仅要注重理论知识,实践操作也是学好康复治疗技术必不可缺的。实践教学的目的是培养学生动手操作能力,使其能将所学知识和技能切实有效地应用到临床中,更好地处理临床中的各种问题。实践教学的最终目标是培养合格治疗师,提升康复训练

效果。

虚拟仿真教学技术应用于康复治疗技术教学,可以营造出和实际环境相同的场景,学生可以在仿真环境中实际操作,真实体验临床场景,解决了学校实验室难搭建、实验耗材成本高等问题,加深了学生对知识点的理解和记忆,提升了学生创新和创造的能力。本研究采取问卷调查方式对首都体育学院2021级运动康复学专业的本科生利用虚拟仿真技术学习运动康复治疗技术课程的结果反馈进行分析,探究虚拟仿真技术在运动康复治疗技术教学课程中的应用效果,以期促进运动康复治疗专业教学改革,培养高素质人才。

1  虚拟仿真技术

1.1  虚拟仿真技术的定义

虚拟仿真技术作为一种信息传递和交流的手段,可以直观、逼真地营造实验教学环境,是一种可视化的新软件技术。目前将这种技术应用于多个领域,最直接的目的就是仿真和构造与现实环境一样的场景,具有成本低、通用性强、易升级、易维护等特点。

1.2  虚拟仿真技术研究现状

虚拟仿真技术最早被应用于航天领域中,进行飞行模拟训练以减少经济损失。虚拟仿真技术在护理专业中应用被认为是一种有效的教学工具,可以培养学生的认知技能和批判性思维能力,学生回顾虚拟场景中涉及的护理决策,同时对护理实践进行反思,提高学生的自我评价和自主学习能力。护理教育中的虚拟仿真技术被定义为在虚拟环境中提供沉浸式自我调节的护理实践学习,在安全、动态和愉快的学习氛围中再现实时反馈的创新性的教与学的技术策略。与昂贵的面对面模拟相比,虚拟模拟是一种有效的教学工具,可用于教学过程中实践技能和理论知识的融会贯通,降低教育成本,提高学生的满意度。

虚拟仿真技术目前在康复专业教学中也应用广泛,Lee等人[4]研究了基于游戏的虚拟仿真技术训练对脑卒中患者上肢功能和姿势平衡的影响,结果显示与对照组相比,基于游戏的虚拟仿真技术独木舟划水训练是一种有效的康复疗法,可以增强亚急性脑卒中患者的姿势平衡和上肢功能。Thielbar等人[5]研究显示中风后的患者在使用虚拟仿真技术软件进行训练后,损伤评估和任务性能测量(如Jebesen-Taylor手功能测试)显示统计学均有显著性差异,表明治疗效果均有较大改善。Choetal[6]的研究表明,在双任务的干预下,使用虚拟仿真软件组的步行功能比对照组有更大的改善,作者得出结论:虚拟仿真技术在改善慢性脑卒中患者平衡功能方面是一种有效可行的治疗方法。

2  虚拟仿真技术在运动康复治疗技术中的发

展优势

运动康复是体育、健康和医学交叉结合的新兴前沿学科,主要研究内容是运动损伤人群的康复处理,主要目标是增强肌肉稳定关节的能力。大多数运动损伤即造成关节疼痛等症状往往是由于关节不稳定,神经受到刺激而产生的疼痛感,不管是软骨损伤还是韧带损伤,运动康复从来都是对造成损伤的原因做出解决方案,而不是针对结果。因此运动康复主要归属于运动保健,主要分为四大部分。

1)通过运动评估,尤其是量化的数据来评判肌肉稳定关节的能力,找到关节的短板,从而在后期训练中加强针对性训练。

2)强化神经肌肉的控制能力。目前很多人因为长期不正确的姿势导致发力模式错误,相应地神经控制肌肉的能力也下降,通过训练大脑想象,控制某一块肌肉进行运动,寻找肌肉的发力感,强化神经控制能力。

3)练习运动链的协调能力。某一关节产生疼痛意味着该关节的压力较大,需要训练相邻关节与该关节的协调能力。

4)功能性训练。即将前期的训练结果重返日常生活中去,找到正确的运动模式,最终提高生活质量[7-8]。

虚拟仿真实验教学是一种有效的教学手段,在教育方面能够充分弥补实体课堂的缺陷,一方面节省生产成本,另一方面使科学与教育相互促进。运动康复专业侧重知识应用,同时受环境、案例、场地、环境、安全等因素影响,一些运动损伤或康复案例需要真实体验的实验,虚拟仿真技术能设计出一个和真实环境完全一致的虚拟环境。学生沉浸在这个虚拟环境中,体验实时的反馈,获得与真实实验一样的体会,这样既节约了教学成本,又保障了学生安全。虚拟环境中出现的不同临床场景提供了许多学习要点,为学生做出决策提供了平台,是一种有效的学习方式,不仅提高了学生的学习兴趣,还能丰富学生的想象力,拓展学生知识领域,提高学生解决问题的能力,提升学生的创新创造能力。

随着康复医疗理论研究的深化,运动治疗已经得到了很大的充实与完善,建立起针对各类身体机能障碍性疾病的独特的治疗方法系统。目前虚拟仿真技术已经被运用于神经系统疾病患者的康复治疗,主要是中风患者,通过人工生成的仿真环境增强神经肌肉控制能力,激活主动运动学习的过程,增强视觉和听觉的反馈。还被用于发育性协调障碍、脑瘫患者、多发性硬化症和脊髓损伤患者的康复治疗,通过虚拟仿真技术实现运动再学习,学习新动作的掌握,患者上下肢的功能,如手的灵活性、肌力、步态以及平衡等方面都有显著改善。随着生活质量的提高,人们对身体健康素质的要求也越来越高,重视损伤后的康复,同时康复行业蓬勃兴起,康复专业教育体系也日益健全,对专业技能人员的需求也逐渐增加,要求也逐渐严苛。

因此,我们需要在传统康复教学的基础上发掘虚拟仿真技术的应用,培养高素质康复治疗人才,为逐步提高人才专业度、就业率、就业质量作出

贡献。

3  问卷设计及结果

根据国家规定的运动康复专业的培养要求,结合学校该专业的培养计划,查阅虚拟仿真技术在教学中应用的相关文献,从学生角度和教师自身角度出发,将虚拟仿真技术应用于运动康复治疗技术的实践教学中,采取问卷的方式对教学成果进行分析,问卷的设计参考运动康复专业的培养计划和各位教师的意见进行编写,主要包括八个题目。本调查通过纸质问卷的方式线下发放问卷。共发放51份问卷,回收51份问卷,回收率100%;有效问卷51份,有效问卷率100%。

分析表1~表9可知,调查问卷收集数据如下。

1)对虚拟仿真技术的了解程度: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)对虚拟仿真技术在教学中应用的了解程度:了解占23.5%,一般了解占70.6%,不了解占5.9%。

3)通过软件自学后,对虚拟仿真技术在教学中应用的了解程度:非常了解占5.9%,了解占58.8%,一般了解占35.3%。

4)通过软件的学习,掌握的内容及占比:23.5%的人掌握了肌力训练,76.5%的人掌握了肌力训练和关节活动度训练。

5)通过软件的学习,肩关节前屈肌群的训练阶段数:答对的占82.4%,答错的占17.6%。

6)对于课程合适的进行时间:23.5%的人认为在课前,23.5%的人认为在课中,17.6%的人认为在课后合适,35.3%的人认为都可以。

7)对于此种学习和传统教师讲授两者间的区别:有17.6%的人表示教师讲授更佳,有82.4%的人认为两者有不同的使用方面。

8)仿真技术教学主要应用的方面:41.2%的人认为可以帮助理解复习,11.8%的人认为可以更好地实现教学,5.9%的人认为可以实现规范化引

导,5.9%的人认为应用可以更广泛,5.9%的人认为可以用于运动动作模拟,17.6%的人认为可以直观地了解肌肉活动。

9)对于需要改进的地方:17.6%的人认为应标明具体肌肉,5.9%的人认为还是不能实现上手操作,5.9%的人认为动作分析还可以更精细,29.4%的人认为画质需要提高,5.9%的人认为加入案例更真实,5.9%的人认为需要加入人声或文字讲解,标出具体的肌肉,17.6%的人认为可加入人声和文字讲解,11.8%的人认为需要推广到课堂中。

4  讨论

结果显示大多数学生对虚拟仿真技术的了解不多,通过软件自学后,学生对虚拟仿真技术在教学中应用的了解程度上升了35.5%,对知识的掌握程度有较高的正确率,说明这种技术在教学中的使用还需要大力推广,仍有很多学生没有从虚拟仿真技术中获益。大多数学生认为两种教学方式有不同的使用方面,但相较于传统教学,仿真教学可以帮助学生对知识点预习、理解和复习,帮助学生体验实际操作的過程,更好地实现教学。

随着康复技术的不断发展,对康复领域的专业人员要求越来越高,同时教学压力也不断升高,不仅注重扎实的理论基础,更需要培养学生的临床实践操作能力,因此,虚拟仿真技术应用在运动康复治疗技术的教学中是非常有必要的。

4.1  传统实验教学模式存在缺陷

传统的教学是通过教师板书,学生倾听,虽然过程中会有提问,教师会引导学生去主动思考,但学生也只是被动地接受已形成的理论知识,没有具体的操作和实践,学生可能会感到无聊、抽象和难以理解。由于条件的限制,教师以一种静态的语言直接抛给学生所有的概念性知识和操作流程是常见的教学方法,书本知识固然重要,但这个过程中过分强调教师的主导性,使学生缺乏主动思考的能力,难以做到使所有学生都理解知识点,造成教学质量不理想[9]。目前的实验课大多是验证性实验,按照教材上已有的结论进行验证性探究,教师在教学过程中直接向学生单向灌输知识,学生没有足够的时间去探索和观察其中的道理,失去主动探索的机会,按图索骥,不用思考就能完成实验,积极性将会大大降低。这种固定的实验教学模式,使得学生缺乏实验能力、科学态度和科学方法的培养,从而降低了教学效果和质量[10]。

总之,这种看重考试成绩、轻视探究创新的教学模式将会严重影响学生的全面发展,与培养社会需要的创新型人才目标相差甚远,且学习资源有限无法满足学生自主学习、终身学习需求。

4.2  网络教学发展的必然趋势

网络教学目前是我国流行的教学方式,是各个学校在疫情防控背景下正常实施教育的必然选择。正如许多人所证实的,基于互联网的实时交互式远程学习是可行的。在线网络教育和其他教育方法一样有效,而且可能互动性和动态性更强,学生可以直接向教师提交评论或问题,并学习如何搜索和利用互联网上的信息资源获得超过课程内容的额外知识,在线网络教学可以提供交流方法的机会,这在传统的课堂环境中是无法实现的[11-12]。

虚拟仿真技术可以构建虚拟环境,具有信息量大、兼容性强和交互性强的特点,有利于资源共享,填补了资源不足的空缺,促进教育平衡,开展协同式教学,培养学生提出问题解决问题的能力,从而有利于学生创造能力的培养[13-14]。虚拟环境下的信息社会为学生提供便利,改善远程学习环境,打破时空限制。开展网络教学,有利于培养学生利用网络查阅信息、汇总信息、分析信息的能力,从而培养学生自主学习、整合总结的能力。网络教学的发展速度,在教育领域的不断创新都证明了网络教学有巨大的发展潜力,在以后的生活和学习中将发挥更重要的作用。

4.3  虚拟仿真技术的优势

虚拟仿真技术是一种创新技术,通过视觉和听觉感官通道进行实时模拟和交互。建立虚拟仿真技术平台,也即设计出一个和真实环境完全一致的虚拟环境,学生可以体验真实环境,大胆动手操作和实践,将所学的理论知识应用到临床中,将提高学生的积极性,培养学生主动思考的能力,丰富其想象力,提高其创新能力,帮助其在增强反馈的环境中体验和互动,打破学校缺乏足够的教学设施带来的困境,既节约教学成本,又能保障学生安全[15-17]。

对于康复患者,建立的是一个可以实时模拟环境、场景和活动,并允许患者通过多感官形式进行交互的系统,患者可以掌握锻炼的内容、持续时间和强度,甚至可以获得及时的反馈,为用户提供充分的个性化治疗方案。

5  结论

通过对学习成果的检查发现绝大多数学生都能做到正确掌握知识,说明学生在课堂上通过虚拟仿真技术进行学习的教学方式不仅能够提高学生的学习兴趣,还能拓展学生的知识领域,帮助学生理解知识点,提高学生解决问题的能力。多数学生认为虚拟仿真技术应用在教学中可以更好地实现教学,实现规范化引导,帮助自己更好地理解知识点。

虚拟现实技术的快速发展和各种仿真技术的不断涌现为教学工作带来了新的机遇,如何利用虚拟仿真技术给学生带来更好的学习体验是我们需要考虑的问题。通过问卷调查学生参与教学模式的效果和感受的结果表明,联合虚拟仿真技术的任务驱动法教学模式在提高学生兴趣、突破难以演示的知识点上优于传统教学模式。因此,应用虚拟仿真技术和传统教学相结合的任务驱动教学模式能更好地实现教学目标,进一步提高运动康复治疗技术等相关课程的教学质量。

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