虛擬現(xiàn)實技術(shù)助力SPOC實現(xiàn)醫(yī)學(xué)深度學(xué)習(xí)

黃 珊，單昌友，趙 芳，包 興

（西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院，陜西 西安 710004）

1 深度學(xué)習(xí)——當(dāng)前醫(yī)學(xué)教育的關(guān)鍵

中共中央、國務(wù)院于2017年發(fā)布的《關(guān)于深化教育體制機制改革的意見》強調(diào)人才培養(yǎng)要注重“創(chuàng)新精神和實踐能力”“強化支持終身發(fā)展的關(guān)鍵能力”。同年教育部在《關(guān)于進一步做好“5+3”一體化醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)工作的若干意見》中明確一體化人才培養(yǎng)的目標是“掌握堅實的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)理論、基本知識和基本技能，具備較強的臨床思維、臨床實踐能力以及一定的臨床科學(xué)研究和臨床教學(xué)能力，能獨立、規(guī)范地承擔(dān)本專業(yè)和相關(guān)專業(yè)的常見多發(fā)病的預(yù)防和診治工作的高水平高素質(zhì)臨床醫(yī)師”。這些文件落實的關(guān)鍵在于提升教育質(zhì)量，促進醫(yī)學(xué)深度學(xué)習(xí)[1]。

深度學(xué)習(xí)由Ference Martion和Roger Saljo首先提出，相對于淺層學(xué)習(xí)，其強調(diào)在基于理解學(xué)習(xí)之上，學(xué)習(xí)者主動學(xué)習(xí)新“知識單元”，并將其融入原有認知結(jié)構(gòu)中，主動構(gòu)建知識體系，并應(yīng)用于解決新問題[2]。可見，實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)是提升教育質(zhì)量及學(xué)生素養(yǎng)的關(guān)鍵，其與醫(yī)學(xué)一體化人才培養(yǎng)目標高度一致。但是，隨著信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，大規(guī)模開放課程（Massive Open Online Course，MOOC）等在線技術(shù)涌入的同時也成為滋生淺層學(xué)習(xí)的溫床。如何有效發(fā)揮在線教育的優(yōu)勢，構(gòu)建新時代醫(yī)學(xué)深度學(xué)習(xí)模式，是當(dāng)前醫(yī)學(xué)教育面臨的挑戰(zhàn)[3]。

2 SPOC支撐下的深度學(xué)習(xí)實現(xiàn)及在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用缺陷

SPOC 是（Small Private Online Course）的縮寫，即“小型私有在線課程”[4]。SPOC是對當(dāng)前廣泛發(fā)展的MOOC的反思與改進。MOOC由于其門檻過低、與教學(xué)結(jié)合差等不足，導(dǎo)致其難以達到深度學(xué)習(xí)。SPOC的出現(xiàn)使信息技術(shù)時代深度學(xué)習(xí)模式構(gòu)建成為可能，為淺層學(xué)習(xí)向深度學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變提供支持[5-7]。美國學(xué)者Eric Jensen和LeAnn Nickelse的《深度學(xué)習(xí)的7種有力策略》明確了實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的基本路徑。哈佛大學(xué)及清華大學(xué)等均已開展SPOC的教學(xué)改革實驗，結(jié)果顯示SPOC取得了顯著成效，學(xué)生成績得到了提升[4]。SPOC賦予學(xué)生完整、深入的學(xué)習(xí)體驗，促進深度學(xué)習(xí)的實現(xiàn)。

SPOC雖然在一些專業(yè)達到了較好的深度學(xué)習(xí)效果，但是由于醫(yī)學(xué)教育的特殊性，目前SPOC在促進醫(yī)學(xué)深度學(xué)習(xí)上還存在一些不足：（1）學(xué)習(xí)環(huán)境二維化，缺乏學(xué)習(xí)氛圍，無法為學(xué)習(xí)者提供真實性視覺觸覺體驗；（2）師生交互性弱，缺乏參與度及有效知識內(nèi)化；（3）實踐性差，仍未突破傳統(tǒng)教學(xué)。盡管理論上SPOC是實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的重要模式，但就醫(yī)學(xué)教育的具體實施情況來看，目前SPOC實現(xiàn)醫(yī)學(xué)深度學(xué)習(xí)并不順利。醫(yī)學(xué)教育中尚無法完全實現(xiàn)SPOC對DELC各環(huán)節(jié)的支持，無法達到醫(yī)學(xué)教育的深度學(xué)習(xí)。SPOC下醫(yī)學(xué)深度學(xué)習(xí)模式面臨困境，虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）技術(shù)是解決困境的有效途徑。

3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)助力SPOC實現(xiàn)醫(yī)學(xué)深度學(xué)習(xí)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是以計算機技術(shù)為核心，結(jié)合相關(guān)科學(xué)技術(shù)，生成與真實視、聽、觸感等高度近似的數(shù)字化環(huán)境，用戶借助必要的裝備與數(shù)字化環(huán)境中的對象進行交互，產(chǎn)生親臨實境的感覺和體驗[8-9]。VR技術(shù)可以模擬出各種逼真的手術(shù)、臨床等場景，避免操作風(fēng)險并降低教學(xué)費用。VR技術(shù)以其沉浸性、交互性、想象性適應(yīng)了現(xiàn)代模擬醫(yī)學(xué)教育的核心要求[10]，為SPOC下深度學(xué)習(xí)模式的構(gòu)建提供有力技術(shù)支持，在SPOC平臺中引入VR技術(shù)是醫(yī)學(xué)教育深度學(xué)習(xí)實現(xiàn)的一個關(guān)鍵。本研究結(jié)合DELC深度學(xué)習(xí)框架，探索基于VR技術(shù)實現(xiàn)SPOC平臺下醫(yī)學(xué)深度學(xué)習(xí)模式。

3.1 VR技術(shù)促進SPOC全面激活先期“知識網(wǎng)絡(luò)”

DELC強調(diào)深度學(xué)習(xí)需要通過前期評估及課前準備，預(yù)備并激活先期知識，在此基礎(chǔ)上融入新知識。SPOC目前以線上線下的混合教學(xué)模式為主，在激活深度學(xué)習(xí)上具有顯著優(yōu)勢，將課前準備置于線上，讓學(xué)習(xí)者進行自我評估及知識預(yù)激活。然而，SPOC線上如何全面激活學(xué)習(xí)者先期“知識網(wǎng)絡(luò)”是深度學(xué)習(xí)啟動的難題。

運用VR技術(shù)從兩個方面支持SPOC全面激活學(xué)習(xí)者已有“知識網(wǎng)絡(luò)”。第一，目前的SPOC以視覺及聽覺為主要的激活方式，且采用二維平面為主的PPT及視頻等媒介，學(xué)習(xí)者易產(chǎn)生疲勞感及喪失學(xué)習(xí)興趣。而運用VR頭戴式顯示設(shè)備可以充分調(diào)動學(xué)習(xí)者的三維視覺感受及聽覺感受，在學(xué)習(xí)者周圍形成3D立體模型，實現(xiàn)人體虛擬化。VR手套可以觸發(fā)學(xué)習(xí)者的觸感反饋系統(tǒng)，使學(xué)習(xí)者身臨其境感受虛擬世界，全面激活學(xué)習(xí)者的既有知識及學(xué)習(xí)興趣。第二，DELC深度學(xué)習(xí)強調(diào)因思而學(xué)，讓學(xué)習(xí)者在既有知識與問題碰撞中遭遇困境，增強求知欲。VR技術(shù)在SPOC平臺上構(gòu)建虛擬解剖室、虛擬影像室、虛擬圖書館、虛擬資料庫，為學(xué)習(xí)者提供思考及分析問題的有效途徑，激活舊知識的基礎(chǔ)上變被動為主動學(xué)習(xí)，促進學(xué)習(xí)者發(fā)現(xiàn)新問題，主動尋求知識解決問題。

3.2 VR技術(shù)促進SPOC構(gòu)建新“知識網(wǎng)絡(luò)”

深度學(xué)習(xí)構(gòu)建新“知識網(wǎng)絡(luò)”的第一步需獲取新的“知識單元”，且強調(diào)需要采用DELC中“營造積極的學(xué)習(xí)文化”及“獲取新知識”的方式進行獲取。深度學(xué)習(xí)提出必須使學(xué)習(xí)者置身于主動參與的“積極環(huán)境”之中，通過多樣化的形式促進學(xué)習(xí)者獲取新知識，即強調(diào)深度學(xué)習(xí)的沉浸性及互動性。SPOC平臺融入小組討論、師生互動等線上模式，配合線下師生見面會等形式，支持深度學(xué)習(xí)的互動性及DELC中學(xué)習(xí)環(huán)境的營造，但通過VR技術(shù)則可以全面支持SPOC的沉浸性及互動性，促進SPOC構(gòu)建新“知識網(wǎng)絡(luò)”。運用VR技術(shù)在SPOC平臺構(gòu)建虛擬共同體，即構(gòu)建虛擬小組，并實現(xiàn)多人介入及虛擬導(dǎo)師介入，通過視覺傳感器及體部傳感器，模擬聽覺、視覺、觸覺及操作為一體的真實小組討論環(huán)境，開展對話、協(xié)商、合作等深層互動。運用VR技術(shù)在SPOC中建構(gòu)虛擬課堂及虛擬病房，再現(xiàn)真實的課堂環(huán)境及臨床觀摩環(huán)境，促進學(xué)習(xí)者與環(huán)境的互動，增加學(xué)習(xí)者的情緒體驗及沉浸式感受。

新知識的獲取只是深度學(xué)習(xí)構(gòu)建新“知識網(wǎng)絡(luò)”的第一步，如何將“知識內(nèi)化”是深度學(xué)習(xí)建立新“知識網(wǎng)絡(luò)”的關(guān)鍵。SPOC需要實現(xiàn)DELC中的“深度加工知識”這一核心步驟。醫(yī)學(xué)實踐是檢驗知識及促進知識內(nèi)化的重要途徑，VR技術(shù)融入SPOC平臺，設(shè)置虛擬診斷課程，學(xué)習(xí)者在虛擬人體上進行充分的診療練習(xí)。引入VR診斷反饋結(jié)果，分析理論與臨床應(yīng)用的關(guān)系，獲取臨床經(jīng)驗，加深知識理解。同時在SPOC平臺加入罕見及常見臨床病例，幫助學(xué)習(xí)者不斷自我培訓(xùn)，對知識進行“深入加工”。通過VR技術(shù)在SPOC平臺建構(gòu)虛擬患者、虛擬操作室及虛擬臨床技能培訓(xùn)中心，真實再現(xiàn)疾病表現(xiàn)，通過壓力觸覺反饋再現(xiàn)查體，并可以進行反復(fù)操作練習(xí)。在SPOC平臺充分發(fā)揮VR技術(shù)促進學(xué)習(xí)者對知識再加工，及時修正調(diào)整，實現(xiàn)“知識內(nèi)化”。

3.3 VR技術(shù)促進SPOC穩(wěn)固新“知識網(wǎng)絡(luò)”

DELC的“學(xué)習(xí)評價”是促進“知識外化”即知識應(yīng)用的保證，深度學(xué)習(xí)強調(diào)評價的真實性和過程性，讓學(xué)習(xí)者通過對真實任務(wù)的主動探究、不斷反思來穩(wěn)固新“知識網(wǎng)絡(luò)”。醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)的最終目標是“能獨立、規(guī)范地承擔(dān)本專業(yè)和相關(guān)專業(yè)的常見多發(fā)病的預(yù)防和診治工作的高水平高素質(zhì)臨床醫(yī)師”，這是醫(yī)學(xué)深度學(xué)習(xí)的評價標準。目前SPOC實踐以講授及觀摩為主，臨床資源有限，加之醫(yī)生工作繁忙、醫(yī)患關(guān)系緊張，學(xué)習(xí)者親自實踐機會較少。如何構(gòu)建基于臨床實踐的SPOC學(xué)習(xí)評價平臺，如何通過SPOC穩(wěn)固新“知識網(wǎng)絡(luò)”，是 SPOC面臨的困境。

VR技術(shù)的興起為SPOC基于臨床實踐的“學(xué)習(xí)評價”構(gòu)建提供可能，通過VR技術(shù)構(gòu)建虛擬醫(yī)院、虛擬病房、虛擬患者及家屬，真實再現(xiàn)臨床醫(yī)師工作場景，進行臨床診療預(yù)演。在虛擬臨床醫(yī)師工作場景中，學(xué)習(xí)者運用前期建構(gòu)的“知識網(wǎng)絡(luò)”，對患者進行診斷并制訂治療方案，同時VR技術(shù)可以在SPOC平臺中提前模擬構(gòu)建患者在不同治療方案后出現(xiàn)的療效及副作用表現(xiàn)，讓學(xué)習(xí)者在“虛擬醫(yī)師”角色中不斷鍛煉臨床思維能力、臨床突發(fā)情況的應(yīng)變能力和與患者及患者家屬溝通的能力，增加感性認識及親身體會，增加經(jīng)驗，系統(tǒng)自動評價后進行糾正，再練習(xí)，在不斷糾錯改進中進步，最終可以自我規(guī)范診療。通過VR技術(shù)收集并再現(xiàn)臨床醫(yī)師遇到的各種疑難危重虛擬患者，促進學(xué)習(xí)者不斷分析、觀察、預(yù)演發(fā)現(xiàn)錯誤、檢測方案可行性，提高成功率。通過SPOC平臺的VR技術(shù)改變傳統(tǒng)教學(xué)中知識的“脫境”，還原知識發(fā)生的情境，建構(gòu)知識與臨床醫(yī)生的關(guān)聯(lián)，增加動手機會，穩(wěn)固新“知識網(wǎng)絡(luò)”，達到醫(yī)學(xué)深度學(xué)習(xí)的終極目標。

綜上所述，隨著信息技術(shù)不斷發(fā)展，醫(yī)學(xué)教育需回歸本質(zhì)，即實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。SPOC成為支撐深度學(xué)習(xí)的有利平臺，在醫(yī)學(xué)教育中引入VR技術(shù)能從多個途徑助力SPOC平臺下醫(yī)學(xué)深度學(xué)習(xí)模式的構(gòu)建。同時，VR技術(shù)目前仍存在一些不足，如配置設(shè)備及維修保養(yǎng)費用昂貴、虛擬場景不夠逼真等。但隨著科技發(fā)展、技術(shù)進步，基于VR技術(shù)的SPOC醫(yī)學(xué)深度學(xué)習(xí)模式必然成為未來教育的趨勢。