基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的針灸學教學應用思考

王 潔

(安徽中醫(yī)藥大學針灸經(jīng)絡研究所， 合肥 230038)

隨著教學模式和教學觀念的轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)的課堂教學模式已經(jīng)不能適應現(xiàn)代針灸學教學的發(fā)展，針灸學的教學和臨床技能實訓需要進一步完善和提高。翻轉(zhuǎn)課堂、一體化教學法、說課等多種教學方法先后出現(xiàn)并應用于課堂教學[1-3]，取得較好的課堂教學效果。然而，在針灸學教學過程中，仍然存在著諸多的問題[4]，如課時少而內(nèi)容多、經(jīng)脈循行描述理解困難、腧穴定位方法欠標準、刺灸操作量化難度較大等，因此更加形象化、操作方便的教學模型設計就成為針灸學教學過程中的重要環(huán)節(jié)。虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality,VR)技術(shù)是一種環(huán)境仿真技術(shù)，主要以信息技術(shù)為核心，借助計算機技術(shù)將人們的視覺、聽覺以及觸覺等融為一體的沉浸交互式虛擬環(huán)境，可以模擬真實世界，替代生活中難以達到的場景，參與者有身臨其境的感受與體驗[5]。近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種新興教育技術(shù)在針灸學教學中得到了廣泛的應用，并取得初步成效。這種技術(shù)能夠給針灸學教學帶來視覺和觸覺感受相結(jié)合的動態(tài)體驗，但仍處于嘗試階段，并存在一定的問題，如軟件操作系統(tǒng)不統(tǒng)一、軟件使用較為困難、三維視頻化程度不高等[6-7]。針灸學教學中如何引入并良好的應用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來提升教學質(zhì)量，是值得思考的一個問題。

一、虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征

虛擬現(xiàn)實技術(shù)特征主要表現(xiàn)在以下幾個方面[8]：一是沉浸性。計算機創(chuàng)造的虛擬世界通過虛擬設備與用戶相融合，使用戶在虛擬環(huán)境中感受到與現(xiàn)實世界相似的事物。二是交互性。用戶可以用自身語言、機體運動等技能，實現(xiàn)對虛擬世界中人和物的操控。三是多感知性。即為虛擬現(xiàn)實設備所擁有的智能邏輯分析能力，使用戶通過人機交互的方式在虛擬環(huán)境中獲得觸覺、聽覺、視覺及動覺等感知。四是構(gòu)想性。幫助用戶深入理解和掌握相關(guān)知識體系，有助于認知和思維方式的轉(zhuǎn)變。VR技術(shù)的這些特征，彌補了傳統(tǒng)教學方式中真實環(huán)境難以搭建、理論與實際脫節(jié)、設備單一不能獲得大量實踐經(jīng)驗等方面的不足，能夠充分調(diào)動學生學習積極性，促進學生創(chuàng)新思維的發(fā)展[9]。VR技術(shù)使得課程教學更加生動形象，學生的互動性、參與度更強，能夠更好的適應現(xiàn)代教育的發(fā)展。

二、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在針灸教學領域的開發(fā)與應用

將VR技術(shù)應用到針灸教學領域，主要是利用VR技術(shù)開發(fā)的教學程序等，將比較抽象的、實踐性較強的針灸教學內(nèi)容在系統(tǒng)中呈現(xiàn)，學習者能夠從系統(tǒng)呈現(xiàn)的虛擬環(huán)境中獲得實時的學習信息。VR技術(shù)目前在針灸領域的應用較為廣泛,如針灸銅人中醫(yī)知識可視化系統(tǒng)、針灸取穴、針灸教學系統(tǒng)、針刺手法等方面。張硯等設計的虛擬針灸取穴實訓系統(tǒng)，使用3ds max建立三維人體經(jīng)絡穴位模型，學習者可以通過鼠標任意調(diào)控人體，點擊穴位節(jié)點取穴，操作方便，而且可以從任意角度觀察操作，反復進行針灸取穴訓練[10]。姜雨晨等建立的虛擬針刺力反饋系統(tǒng)人機互動操作平臺，將針刺手法操作、穴位解剖立體構(gòu)筑形態(tài)和數(shù)字虛擬人體相結(jié)合，設計操作力反饋儀能夠控制虛擬環(huán)境中的毫針，操作者在針刺操作時不僅能夠從顯示器看到毫針進入穴位的動態(tài)過程，同時能夠感受到針刺穴位不同組織結(jié)構(gòu)的受力變化，使針刺體驗感更加逼真[11]。崔晨暉設計的沉浸式針灸虛擬訓練系統(tǒng)，構(gòu)建了核心組件3D兒童模型和虛擬訓練場景，解決了針灸訓練的空間需求，使針灸訓練任何時間、任何地點都能夠進行[12]。張文元等用三維激光掃描、三維可視化、虛擬現(xiàn)實和移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)開發(fā)的針灸銅人虛擬交互展示系統(tǒng)，能夠做到穴位、經(jīng)絡和常見疾病等傳統(tǒng)中醫(yī)知識在三維場景下的快速可視化與交互查詢，實現(xiàn)中醫(yī)針灸知識的三維虛擬交互展示[13]。

三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在針灸學教學中的優(yōu)勢

虛擬現(xiàn)實技術(shù)打破了教師占主導地位的傳統(tǒng)學習模式，學習者可以最大限度地發(fā)揮主動性和積極性，將學習、練習及自我測驗結(jié)合起來，形成一種新型的教學方式，針灸教學活動的開展不受時間、空間限制，增加了針灸實訓的機會。這是任何傳統(tǒng)的教學方式和方法所達不到的，因此具有不可替代的功能和作用。

(一) 基礎理論教學形象化

目前，國內(nèi)針灸學課堂教學仍然采用紙質(zhì)化教材為主，配合部分數(shù)字化教學資源，多媒體課堂教學等形式，在講述針灸學基礎知識理論，尤其是經(jīng)脈循行、腧穴定位的時候，以二維平面圖為主。學生對經(jīng)絡的認識仍然只能停留在課堂講解上，對腧穴定位方法的掌握由于存在多種描述方法而混亂。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與針灸學教學相結(jié)合設計的教學系統(tǒng)、教學模型，可以在教學中隨時變換角度，分解皮膚、肌肉、血管、神經(jīng)等層次組織，實現(xiàn)經(jīng)絡循行、穴位定位等可視化顯示，便于學生理解，使基礎理論教學形象化。

(二) 針刺實踐操作具體化

通過虛擬技術(shù)教學設備的研發(fā)，在針刺實踐操作技術(shù)的設計上，結(jié)合人工智能算法記錄并反饋針刺深度、頻率、捻轉(zhuǎn)，實時反饋，為初級學習階段提供可以代替實體模型和真人的針刺手法實訓，使針刺實踐數(shù)字化，更加易于考核。沉浸式的虛擬場景的構(gòu)建，能夠增強實訓參與者的操作真實感。同時可以避免人體實訓隨之而來的醫(yī)學風險，代替實體模型和真人的扎針實訓。

(三) 課堂教學過程興趣化

興趣是最好的老師，在課堂教學過程中，從理論教學、實踐操作等各個環(huán)節(jié)，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)的交互式體驗能進一步提升學生的學習興趣，也是改革課堂教學的重要環(huán)節(jié)。學生從被動參與到主動學習，為培養(yǎng)發(fā)散思維能力提供了豐富的資源和便利的空間，學習、實踐以及測試相結(jié)合的教學方式，最大化地激發(fā)了學生的學習興趣。

(四) 實踐技能考核客觀化

在教學效果的評價上，可以通過交互式虛擬3D針灸人的設計，設置多元化的客觀考核模式，使基礎知識考核更加客觀。如對腧穴定位，可以通過觸摸屏的交互體驗，除了考核腧穴定位的準確性，更可以通過已經(jīng)設置的定位、功效、解剖層次等多個方面進行交互考核；通過模擬針刺筆進行針刺手法考核；通過語音交互，更可以實現(xiàn)無紙化、客觀化考核。

四、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在針灸學教學中的應用思考

虛擬現(xiàn)實技術(shù)與針灸學相結(jié)合具有很強的針對性、實用性，對針灸學教學工作有很大的助力，但并沒有在中醫(yī)院校中得到很好的推廣，且軟件設計缺乏一定的標準。

(一) 教學系統(tǒng)設計標準化

在應用VR技術(shù)進行針灸學教學系統(tǒng)設計時，要實現(xiàn)設計標準化，結(jié)合國家“十三五”規(guī)劃教材《針灸學》《經(jīng)絡腧穴學》《刺法灸法學》《針灸治療學》和國家標準《腧穴名稱與定位》，以及聯(lián)合國世界衛(wèi)生組織認可推薦的針灸臨證指南，設計符合國標的腧穴定位、解剖層次、取穴方法、針灸治療的針灸模型課堂教學方案，同時制定與針灸學教學系統(tǒng)相適應的教學大綱，設計學習的重難點，制定考核標準，設計規(guī)范化的經(jīng)絡腧穴、刺法灸法考核方案，實現(xiàn)教學系統(tǒng)設計標準化。

(二) 注重針灸理論知識版塊設計

針灸學理論知識的學習十分重要，因此在進行教學系統(tǒng)理論知識版塊設計時，要實現(xiàn)多學科理論知識的融合，如人體解剖學、中醫(yī)基礎理論、中醫(yī)診斷學、經(jīng)絡腧穴等。所以系統(tǒng)的數(shù)字人體針灸模型要包含皮膚系統(tǒng)、骨骼系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、各種臟器、神經(jīng)系統(tǒng)、血液循環(huán)系統(tǒng)等，經(jīng)絡、腧穴直觀的展示在數(shù)字人體上，精確定位腧穴空間位置，可任意角度旋轉(zhuǎn)，能夠直觀化、立體化展現(xiàn)虛擬人體。不僅可以實現(xiàn)經(jīng)絡腧穴以及針刺操作理論的學習與考核，同時數(shù)字人體模型可結(jié)合中醫(yī)四診，設計針灸科常見病模型，通過模擬患者，使學生能夠?qū)崿F(xiàn)對患者的診斷以及針灸治療。將抽象的理論知識形象化，學習者能夠在課后對理論知識進行更好的鞏固。這種將視覺和觸覺信息融合一體的三維針灸虛擬教學，相信一定能為針灸理論教學提供生動和高效的學習環(huán)境。

(三) 強化針灸實訓操作系統(tǒng)設計

針灸學是一門應用臨床學科，具有很強的實踐性，實訓教學是學生抽象思維形成化、經(jīng)絡腧穴形象化、刺法灸法具體化、辨證論治客觀化的重要途徑，因此必須要加強學生實踐學習，進一步改革針灸推拿專業(yè)的實訓教學。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用到針灸學實訓教學中，需要結(jié)合針灸學的實踐操作不同內(nèi)容特點，有針對性地進行設計虛擬現(xiàn)實針灸實訓系統(tǒng)。針灸實訓系統(tǒng)腧穴的設計要符合國標的腧穴定位、解剖層次、取穴方法，針刺手法操作體驗設計要使學習者能對不同部位的針刺力度、深度和提插捻轉(zhuǎn)方法有直觀感受和數(shù)字化體驗，進一步增強學習興趣，提升學科信心?？梢砸胱钚碌?D顯示系統(tǒng)，對手持虛擬針灸進行跟蹤仿真操作過程，達到針刺練習的實時反饋，避免人體實訓的醫(yī)學風險。同時設計制定針灸實訓模型實踐考核方案，使基礎課和實踐課考核更加精細化和客觀化。

(四) 打造線上開放式虛擬教學平臺

“互聯(lián)網(wǎng)+教學”的不斷發(fā)展，推動了教育教學模式的不斷創(chuàng)新，如何能夠提升針灸學教學水平，培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)的針灸醫(yī)生，是我們需要思考的問題。既往利用VR技術(shù)設計的針灸學教學系統(tǒng)，僅局限于本?；蛘哚樉膶I(yè)的學生使用，不僅造成優(yōu)質(zhì)教學資源浪費，也不利于教學資源的交流和分享。因此，需要打造一個開放式虛擬針灸學教學平臺，吸引各中醫(yī)院校共同參與，為針灸師生提供開放式的教學資源，實現(xiàn)各中醫(yī)院校針灸教學資源的共享和整合，有利于學生和教師素質(zhì)的共同提高。通過開放式虛擬教學平臺，師生可在線進行針灸案例的探討及模擬治療，通過交流與討論，提升教學質(zhì)量和學生學習的積極性、主動性。

五、結(jié)語

將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用到針灸學教學中，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的仿真、互動的特性，探索更有益于學生學習和發(fā)展的教學模式，有利于提高針灸教學水平。雖然虛擬現(xiàn)實技術(shù)在針灸學教學領域有很好的前景，但由于其造價昂貴、軟硬件要求高等原因，當前設計的教學系統(tǒng)并不成熟，還未能在針灸學教學中得到大規(guī)模推廣。隨著信息技術(shù)的不斷完善，相信今后能夠設計出一款可操作性強、經(jīng)濟便捷的開放式VR技術(shù)針灸學教學系統(tǒng)，并得到推廣使用，豐富和完善針灸教學模式，與傳統(tǒng)針灸教學相互彌補，培養(yǎng)出優(yōu)質(zhì)的針灸人才。