虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

曹 丁李文建*

（1 河北醫(yī)科大學(xué)臨床學(xué)院教務(wù)科，河北 石家莊 050031；2 河北醫(yī)科大學(xué)免疫教研室，河北 石家莊 050017）

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

曹 丁1李文建2*

（1 河北醫(yī)科大學(xué)臨床學(xué)院教務(wù)科，河北 石家莊 050031；2 河北醫(yī)科大學(xué)免疫教研室，河北 石家莊 050017）

目的 淺析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用效果。方法 試驗(yàn)組和對(duì)照組分別采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教學(xué)模式和傳統(tǒng)模式，通過(guò)考核觀察其效果并進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果 試驗(yàn)組考核成績(jī)明顯優(yōu)于對(duì)照組，二者存在明顯差異。結(jié)論 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有明顯優(yōu)勢(shì)，提高教學(xué)質(zhì)量。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；仿真技術(shù)；醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)改革

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的“虛擬現(xiàn)實(shí)”教學(xué)形式已經(jīng)成為高等醫(yī)學(xué)院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中較為流行的一種教學(xué)方法。虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)是一種新興的技術(shù)，VR技術(shù)是指通過(guò)多媒體技術(shù)與仿真技術(shù)的結(jié)合而生成逼真的視、聽、觸覺一體化的虛擬環(huán)境，使用戶以自然的方式與虛擬環(huán)境中的客體進(jìn)行體驗(yàn)和交互作用，從而產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗(yàn)的一種技術(shù)[1]。它是在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、圖像處理與模式識(shí)別、人工智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的交叉學(xué)科，是現(xiàn)代仿真技術(shù)的高級(jí)發(fā)展和突破。其最大特征是沉浸性、交互性和構(gòu)想性[2]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程是培養(yǎng)和提高學(xué)生創(chuàng)新能力最重要、最關(guān)鍵的教學(xué)環(huán)節(jié)，是連接理論知識(shí)和實(shí)際操作的橋梁。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)課堂理論知識(shí)的理解，在“動(dòng)手”操作專業(yè)基本技能之中培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、分析問題和解決問題的能力與創(chuàng)新思維[3]。醫(yī)學(xué)領(lǐng)域知識(shí)更新的速度在逐漸加快，優(yōu)化高校教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化素質(zhì)教育以及大學(xué)生創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力耳朵培養(yǎng)，為新世紀(jì)高校培養(yǎng)醫(yī)學(xué)人才的模式已迫在眉睫。為了提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到高等醫(yī)學(xué)院校人才培養(yǎng)的要求，河北醫(yī)科大學(xué)把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，收到了良好的教學(xué)效果。與以往的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法相比，學(xué)生在各個(gè)方面的綜合能力均得到很大的提高。

1 研究對(duì)象、方法及內(nèi)容

1.1 研究對(duì)象

選取河北醫(yī)科大學(xué)臨床學(xué)院2010級(jí)臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)一大班為研究對(duì)象，隨機(jī)分為試驗(yàn)班和對(duì)照班。研究對(duì)象均經(jīng)過(guò)全國(guó)高等院?？荚嚾雽W(xué)，前期主要醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課程成績(jī)經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)無(wú)明顯差異，兩組具有可比性。

1.2 研究方法及內(nèi)容

1.2.1 研究方法

對(duì)照班采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，試驗(yàn)班采用VR教學(xué)。傳統(tǒng)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)則應(yīng)用粉筆+黑板，通過(guò)實(shí)驗(yàn)教師畫圖來(lái)演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程；采用VR教學(xué)的試驗(yàn)班應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件和多媒體課件來(lái)虛擬、仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程教學(xué)。試驗(yàn)班同學(xué)先進(jìn)行VR的模擬試驗(yàn)，然后再進(jìn)行實(shí)際操作。

1.2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

教學(xué)任務(wù)完成后，采用相同方式進(jìn)行期末實(shí)驗(yàn)理論和操作考試。理論考試試題統(tǒng)一，采用客觀的標(biāo)準(zhǔn)化選擇題；操作考試由同一實(shí)驗(yàn)老師評(píng)判，對(duì)熟練度、準(zhǔn)確度和有效性等進(jìn)行評(píng)判，最后無(wú)記名問卷調(diào)查，問卷包括學(xué)習(xí)興趣濃厚、一般和沒興趣三個(gè)選項(xiàng)。

1.2.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

對(duì)成績(jī)及問卷采用SPSS進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，對(duì)計(jì)量資料進(jìn)行Independent Sample T 檢驗(yàn)。

2 研究結(jié)果及分析

教學(xué)任務(wù)完成后，對(duì)2個(gè)班級(jí)同學(xué)進(jìn)行相同內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)理論和實(shí)踐技能操作考試，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析、比較考試后的成績(jī)和問卷。試驗(yàn)班的成績(jī)明顯高于對(duì)照班，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表1）。學(xué)習(xí)興趣方面，試驗(yàn)班第3周與第12周存在顯著差異，而對(duì)照班則沒有差異。試驗(yàn)班與對(duì)照班在第3周沒有差異，在第12周出現(xiàn)差異。試驗(yàn)班第3周與第12周存在差異，而對(duì)照班則沒有差異，說(shuō)明VR實(shí)驗(yàn)教學(xué)法優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)法，大大提高了學(xué)生的綜合能力（表2）。

表1 試驗(yàn)組與對(duì)照組成績(jī)的比較（χ—±s）

表2 實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班學(xué)習(xí)興趣的問卷調(diào)查

3 討 論

3.1 虛擬實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)點(diǎn)

3.1.1 VR形象、具體，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)通過(guò)教師畫圖或者掛圖來(lái)講解實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)過(guò)程，教師在黑板上畫一些簡(jiǎn)易圖，既耗費(fèi)時(shí)間又缺乏真實(shí)性。隨著知識(shí)更新，掛圖更新難以跟上。同時(shí)簡(jiǎn)易圖和掛圖不能足夠大，坐在教室后排的學(xué)生難以看清，更無(wú)法記錄。VR應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使一些抽象、難懂的理論、概念形象化、具體化。如在講解免疫球蛋白的結(jié)構(gòu)與功能的內(nèi)容時(shí)，我們首先圖示免疫球蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)，在學(xué)生對(duì)此結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)有了一些了解后，繼續(xù)動(dòng)畫演示免疫球蛋白的二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu)，使學(xué)生在腦海中建立了免疫球蛋白的立體構(gòu)象。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步動(dòng)畫演示和講解免疫球蛋白如何結(jié)合抗原、如何結(jié)合組織細(xì)胞[4]。

3.1.2 VR節(jié)約實(shí)驗(yàn)費(fèi)用

逐年來(lái)，大學(xué)不斷擴(kuò)招，學(xué)生人數(shù)的不斷增加，高校實(shí)驗(yàn)室的使用更加緊張，不僅直接影響到正常的醫(yī)學(xué)專、本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)的完成，還影響到教師的科研工作，成為影響醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和科研開展的“瓶頸”。昂貴的先進(jìn)儀器和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、實(shí)驗(yàn)試劑、器材成本一直居高不下，是困擾醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)難題。我們可以充分利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)虛擬軟件，模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程，熟悉實(shí)驗(yàn)步驟，考慮實(shí)驗(yàn)中的每一環(huán)節(jié)，再進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作，可以避免因?qū)嶒?yàn)?zāi)骋徊襟E出錯(cuò)，或?qū)嶒?yàn)試劑計(jì)量過(guò)高，導(dǎo)致該實(shí)驗(yàn)無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，從而節(jié)約實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以彌補(bǔ)教學(xué)條件的不足、打破教學(xué)時(shí)間和空間的限制，避免或減少真實(shí)操作所帶來(lái)的不良風(fēng)險(xiǎn)[5]。如2004年首都醫(yī)科大學(xué)引進(jìn)美國(guó)的HPS和智能型高級(jí)綜合數(shù)字虛擬人，率先在國(guó)內(nèi)開展基于VR的急診醫(yī)學(xué)高仿真模擬教學(xué)[6]。

3.1.3 VR提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣

學(xué)生借助虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)來(lái)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，根據(jù)自己需求選擇實(shí)驗(yàn)動(dòng)物、實(shí)驗(yàn)器材，進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中處于主導(dǎo)地位，提高學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

3.2 虛擬實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足

3.2.1 在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可能會(huì)因?yàn)椴僮髡叩牟僮鞑划?dāng)而出現(xiàn)某些異常的現(xiàn)象和故障。虛擬實(shí)驗(yàn)的操作只需通過(guò)鼠標(biāo)的點(diǎn)擊就能完成，這些異常的現(xiàn)象和故障時(shí)絕對(duì)不會(huì)出現(xiàn)的。因此只進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)而不進(jìn)行實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作，這對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力以及培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力并無(wú)幫助。

3.2.2 真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，一個(gè)實(shí)驗(yàn)組通過(guò)協(xié)同合作才能順利的完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)，潛移默化的培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神。虛擬實(shí)驗(yàn)只需個(gè)人通過(guò)實(shí)驗(yàn)技術(shù)軟件，一個(gè)人就能順利的在虛擬空間中完成，無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作、溝通和交流得能力。

4 結(jié) 語(yǔ)

虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)與教學(xué)的不斷整合，必將更好的服務(wù)于教學(xué)，使教學(xué)效果達(dá)到質(zhì)的飛躍，這將對(duì)教育的發(fā)展產(chǎn)生積極而深遠(yuǎn)的影響。我們?cè)谔摂M實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用上還有待進(jìn)一步的改善，使其發(fā)揮更大的作用，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。

[1]施侃侃.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[J].職業(yè)時(shí)空,2007(7):46-47.

[2]劉振華.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J].濱州職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2006,3(3):38-41.

[3]朱玲.重構(gòu)醫(yī)學(xué)免疫學(xué)課程的理論研究及實(shí)踐[J].醫(yī)學(xué)教育探索,2007,6(9):787-790.

[4]江振友.CAI課件在醫(yī)學(xué)免疫學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)(基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育版), 2005,7(3):234-236.

[5]王健.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在骨科見習(xí)教學(xué)中的應(yīng)用[J].南方醫(yī)學(xué)教育,2008,4(1):40-41.

[6]尹毅東.醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用[J].第四軍醫(yī)大學(xué)報(bào),2007,23 (1):88-89.

R19

：B

：1671-8194（2013）03-0367-02

*通訊作者