增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖書引領(lǐng)未來醫(yī)學(xué)教育

王恬宇，馮智燁，李嘉紳，白志坤

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物醫(yī)學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與比較醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150030)

1 理解增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖書

“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖書”的概念是Mark Billinghurst在首次創(chuàng)建AR彈出式書籍“蛋白魔書”(Protein Magic Book， PMB)中提出的[1]。目前，AR圖書的主流形式是將實(shí)體書籍與手機(jī)等終端設(shè)備相結(jié)合。虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)容通常利用用戶最熟悉的形式構(gòu)建一個(gè)社交或?qū)W術(shù)虛擬世界。在使用過程中，用戶需要下載書籍配套的APP，通過掃描書籍的指定區(qū)域即可得到三維立體展示的內(nèi)容。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖書可涉及諸多領(lǐng)域，能讓教育方式更加豐富多元化。AR技術(shù)的引入讓傳授教育的過程更具趣味且有張力，實(shí)現(xiàn)了在紙上的“動(dòng)態(tài)”教育。

2 醫(yī)學(xué)教育中的AR圖書

2.1 AR醫(yī)學(xué)教材

AR圖書正在不斷應(yīng)用于教育的各個(gè)領(lǐng)域。AR學(xué)習(xí)資源中心能夠提供包含生物學(xué)、物理學(xué)、環(huán)境科學(xué)、語言學(xué)、數(shù)學(xué)等多個(gè)基于標(biāo)記的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)內(nèi)容[2]，AR醫(yī)學(xué)教材早已不是空中樓閣。2018年，中國醫(yī)學(xué)第九版人衛(wèi)教材融入了AR技術(shù)，將紙質(zhì)書上的黑白結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)化為3D可操控的彩色模型，帶給了學(xué)生耳目一新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。目前，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)走入了大學(xué)教材，學(xué)生可以借助書中的文字理解和軟件模型演示來完成自主學(xué)習(xí)，這樣有助于培養(yǎng)大學(xué)生的抽象思維，進(jìn)而營造新潮、多元的校園環(huán)境。

2.2 閱讀優(yōu)勢

AR技術(shù)正在引領(lǐng)一種新鮮有趣的閱讀文化形式。栩栩如生的3D立體形象與傳統(tǒng)單調(diào)的平面圖形圖像相比，AR圖書具有更強(qiáng)的知識拓展化表現(xiàn)能力。尤其針對復(fù)雜的醫(yī)學(xué)模型，立體化的感觀方便了晦澀難懂的專業(yè)性知識教學(xué)。AR技術(shù)的硬件要求較低，使用者通過常用的移動(dòng)設(shè)備即可體驗(yàn)。這樣的方式非常適合醫(yī)學(xué)教育發(fā)展，直觀具體的3D體驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生享受學(xué)習(xí)知識的過程，讓學(xué)習(xí)不再枯燥。實(shí)驗(yàn)表明，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的使用對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果有所貢獻(xiàn)。AR可以對學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度產(chǎn)生積極影響，從而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。在調(diào)查學(xué)生如何與AR系統(tǒng)相互作用的過程中，“蛋白魔書”的AR系統(tǒng)評估了學(xué)生對氨基酸學(xué)習(xí)的感知。結(jié)果顯示，AR具有便攜性，能夠提供清晰的氨基酸圖像，還能對模型進(jìn)行詳細(xì)觀察，因此，學(xué)生喜歡使用AR進(jìn)行學(xué)習(xí)[3-4]。

2.3 設(shè)計(jì)理念

AR醫(yī)學(xué)教材設(shè)計(jì)的目的在于提供優(yōu)質(zhì)的教學(xué)體驗(yàn)、模擬學(xué)習(xí)場景、幫助學(xué)生思考、深入展開情境化教學(xué)。AR圖書借助智能終端將靜態(tài)的圖畫擴(kuò)展到多方位的視聽體驗(yàn)，學(xué)生不僅能學(xué)到知識，還能通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)體會(huì)到未知事物的真實(shí)性，減少教學(xué)模型資源的購入。通常情況下，實(shí)驗(yàn)室中的醫(yī)學(xué)教用模型數(shù)量有限，價(jià)格昂貴且容易損壞，將教材引入AR模型不僅可以激發(fā)學(xué)生的體驗(yàn)樂趣，還能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)資源的共享化。所有醫(yī)學(xué)院校均可以引入AR教學(xué)，從而進(jìn)一步推動(dòng)AR技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化教育的變革和傳統(tǒng)讀書模式的更新?lián)Q代。

3 AR圖書發(fā)展現(xiàn)況

3.1 圖書設(shè)計(jì)

如今，國內(nèi)外都具備優(yōu)秀的AR開源庫和軟件開發(fā)工具包，比如國內(nèi)的Hi AR、Easy AR等增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)開發(fā)網(wǎng)站都為開發(fā)人員提供了便利的平臺，但在使用這些平臺時(shí)，需要制作者擁有編程基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段，許多輕量級AR制作工具已被研發(fā)，不需要開發(fā)者具有編程基礎(chǔ)，只需進(jìn)行簡單地拖拉、設(shè)置等操作就能夠完成AR作品的制作。通過輕量級AR制作工具，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以打破需要專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)來進(jìn)行制作的要求，允許教育者創(chuàng)建場景，可根據(jù)書籍信息將模型注入學(xué)習(xí)體驗(yàn)并嵌入數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容在現(xiàn)實(shí)環(huán)境和虛擬環(huán)境中的無縫教學(xué)。

3.2 出版應(yīng)用

國內(nèi)已有多本AR實(shí)體圖書出版。目前出版的AR圖書主要包括加入AR技術(shù)的兒童涂本和具有視聽功能的AR圖書。AR在少兒圖書出版方面已初具雛形，如2014年出版的AR兒童繪本《西游記的故事》和2016年出版的《科學(xué)跑出來》系列圖書，都受到了許多兒童的喜愛。AR圖書已經(jīng)隨著時(shí)代發(fā)展受到了越來越多投資者的關(guān)注，技術(shù)的更迭也會(huì)讓AR場景與動(dòng)畫更加絢麗豐富[5-7]。

3.3 發(fā)展瓶頸

在課堂上，由于材料開發(fā)的時(shí)間較長，資源共享存在一定的局限性，教師能利用的AR資源較少，沒有精良的輔助工具能夠及時(shí)處理出現(xiàn)的技術(shù)問題。與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的潛力相比，很少會(huì)有教師為了新潮有效的教學(xué)方法而去進(jìn)行實(shí)踐，大部分教師缺乏關(guān)于增強(qiáng)技術(shù)實(shí)施的概念框架，現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中也沒有這樣的框架，導(dǎo)致應(yīng)用程序課堂上的技術(shù)通常都較為膚淺，沒有一定的生產(chǎn)力。

在市場上，雖然部分AR圖書取得了很好的評價(jià)，但AR市場仍不容樂觀。一方面是出版行業(yè)并不擅長，出版社懂得AR研發(fā)技術(shù)的人員太少，許多AR圖書操作繁瑣，甚至無法打開界面。另一方面，投入成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)圖書，一本昂貴的AR圖書僅僅幾張圖片可以掃描，很難給予用戶滿意的使用感。國內(nèi)出版社通常要與技術(shù)公司共同開發(fā)AR圖書或外包，而要想更好地發(fā)展數(shù)字出版，就必須擁有一批既懂出版又能靈活融入AR技術(shù)的復(fù)合型編輯隊(duì)伍[8]。但受到出版方相關(guān)技術(shù)人員較少、出版成本高、市場需求小等因素影響，大部分出版社只是淺嘗輒止。基于研究現(xiàn)狀及問題積極研發(fā)AR關(guān)鍵技術(shù)成為了重點(diǎn)，如何使AR技術(shù)更加輕量化也是項(xiàng)目攻克的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

4 前景展望

目前，我國高等醫(yī)學(xué)教育資源質(zhì)量參差不齊，部分地區(qū)教學(xué)資源有限，實(shí)驗(yàn)室教具配備不全，而AR教育模式可以突破時(shí)域限制，為學(xué)生模擬數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，減少“填鴨式”的被動(dòng)教學(xué)，增強(qiáng)醫(yī)學(xué)教育的真實(shí)感，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享化。AR圖書也不只是停留在教學(xué)輔助階段，還可以利用AR虛擬成像進(jìn)行模擬手術(shù)實(shí)驗(yàn)或考試，大大降低成本與風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)醫(yī)學(xué)向著高質(zhì)量、高水平的方向發(fā)展。目前，5G的大門已被敲開，互聯(lián)網(wǎng)將會(huì)催生出更加豐富的終端形態(tài)，AR將走進(jìn)人們的日常生活，沉浸式體驗(yàn)將成為科技發(fā)展的熱門。虛擬圖書將會(huì)成為新的教學(xué)工具，會(huì)引導(dǎo)人們打破常規(guī)，能夠讓學(xué)生在方寸之地體會(huì)到世界的廣袤。