虛擬現(xiàn)實(shí)在《病原生物學(xué)與免疫學(xué)》教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐

張偉 李帆

摘 要：《病原生物學(xué)與免疫學(xué)》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科，知識(shí)相對(duì)枯燥，實(shí)踐性不足。以VR技術(shù)設(shè)備為基礎(chǔ)，充分利用VR的“沉浸性”、“交互性”和“構(gòu)想性”在臨床和護(hù)理專業(yè)進(jìn)行《病原生物學(xué)與免疫學(xué)》的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，構(gòu)建一個(gè)學(xué)習(xí)者與教學(xué)者之間的交互平臺(tái)，同時(shí)從學(xué)習(xí)態(tài)度、考核成績(jī)和實(shí)踐操作能力等方面對(duì)比VR教學(xué)班級(jí)的優(yōu)勢(shì)。學(xué)期總結(jié)表明，應(yīng)用VR教學(xué)的班級(jí)無(wú)論理論成績(jī)還是實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)都優(yōu)于同專業(yè)未應(yīng)用VR教學(xué)班級(jí)的學(xué)生;從問卷調(diào)查結(jié)果看，學(xué)生對(duì)VR教學(xué)的興趣、易接受度和知識(shí)理解度都非常高，占比均超過90%，說(shuō)明VR教學(xué)能夠一定程度地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和掌握知識(shí)的能力。

關(guān)鍵詞：VR;病原生物學(xué)與免疫學(xué);教學(xué)

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）的概念是在上世紀(jì)80年代提出來(lái)的，具體是指綜合利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)和各種現(xiàn)實(shí)及控制等接口設(shè)備，在計(jì)算機(jī)上生成的、可交互的三維環(huán)境中提供沉浸感覺的技術(shù)。它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的交互式三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，使用戶深度沉浸到該環(huán)境中。VR技術(shù)會(huì)模擬出逼真的三維虛擬世界，并通過視覺、聽覺、觸覺、力覺等，讓使用者感受到身臨其境的效果[1]。雖然VR技術(shù)提出已有三十幾年，但發(fā)展卻一直不溫不火，直到2016年，隨著軟硬件技術(shù)的突破，VR技術(shù)迎來(lái)了井噴，世界各大科技企業(yè)紛紛推出各種VR產(chǎn)品，各種為VR技術(shù)應(yīng)用的軟件和媒體大量涌現(xiàn)，在一些世界級(jí)科技巨頭的帶領(lǐng)下，VR技術(shù)正在飛速地發(fā)展著，VR普及的時(shí)代即將來(lái)臨。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)學(xué)、建筑設(shè)計(jì)、教育、娛樂等許多領(lǐng)域。在國(guó)外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于課堂教學(xué)，國(guó)內(nèi)目前也有多家教育機(jī)構(gòu)和科技企業(yè)在積極推動(dòng)VR教學(xué)技術(shù)，如：新東方、百度、微視酷（VRschool）、巧克互動(dòng)等等[2]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為新的教學(xué)媒體，它的出現(xiàn)無(wú)疑將對(duì)現(xiàn)代教學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響[3]。

1 VR技術(shù)應(yīng)用于《病原生物學(xué)與免疫學(xué)》教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

眾所周知，醫(yī)學(xué)是一門系統(tǒng)性、實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，在漫長(zhǎng)的醫(yī)學(xué)學(xué)習(xí)過程中，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的學(xué)習(xí)占了很大比重，《病原生物學(xué)與免疫學(xué)》是一門重要的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科，是聯(lián)系臨床的橋梁課程，對(duì)于臨床疾病的診斷、預(yù)防和治療發(fā)揮著重要作用，與其他醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科有著密切的聯(lián)系。但在實(shí)際學(xué)習(xí)中，由于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)知識(shí)相對(duì)枯燥、內(nèi)容并不直接面對(duì)臨床具體疾病，學(xué)生學(xué)習(xí)往往會(huì)出現(xiàn)重臨床、輕基礎(chǔ)的現(xiàn)象，造成很多學(xué)生醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)掌握不夠扎實(shí)，也限制了自身在臨床醫(yī)學(xué)工作的發(fā)展與進(jìn)步。而VR技術(shù)的出現(xiàn)就能很好的改變這一現(xiàn)象，VR技術(shù)有三大特性：（1）沉浸性——虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是根據(jù)人類的視覺、聽覺、觸覺等生理心理特點(diǎn)，借助計(jì)算機(jī)、傳感器和圖像生成系統(tǒng)來(lái)虛擬真實(shí)環(huán)境，讓參與者有身臨其境的感覺，即“沉浸”于虛擬的環(huán)境中。（2）交互性——主要是指實(shí)現(xiàn)人與虛擬環(huán)境中的對(duì)象發(fā)生交互操作的作用，使參與者以自然的手段、行為與計(jì)算機(jī)相互交流和操作，達(dá)到人機(jī)和諧。（3）構(gòu)想性——虛擬現(xiàn)實(shí)可使用戶沉浸于此環(huán)境中獲取新的知識(shí)，提高感性和理性認(rèn)識(shí)，從而產(chǎn)生新的構(gòu)思[4]。而這些特性正是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育最需要的，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域中的這些優(yōu)勢(shì)，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)、創(chuàng)設(shè)心理沉浸感、實(shí)現(xiàn)情境學(xué)習(xí)和知識(shí)遷移等方面的巨大進(jìn)步。另外，VR技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)又是密不可分的，通過VR設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)的連接，可以快速調(diào)取互聯(lián)網(wǎng)中的相關(guān)知識(shí)，呈現(xiàn)在學(xué)生眼前;或通過互聯(lián)網(wǎng)使學(xué)生坐在家里就能直接接受教學(xué)，并能投入地參與教學(xué)活動(dòng)中，高效快速地獲取所需知識(shí)[5]。說(shuō)不定，利用VR技術(shù)替代課堂就會(huì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)成為現(xiàn)實(shí)。

2 VR技術(shù)應(yīng)用于《病原生物學(xué)與免疫學(xué)》教學(xué)的目標(biāo)

《病原生物學(xué)與免疫學(xué)》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科，利用VR技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)[6]，讓學(xué)生以第一視角觀察示教老師的實(shí)驗(yàn)操作，從中直觀地了解整個(gè)實(shí)驗(yàn)的具體操作過程，相當(dāng)于自己親自操作過一次實(shí)驗(yàn)，這樣既可以提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的掌握能力，又能實(shí)現(xiàn)很多實(shí)際開展困難的實(shí)驗(yàn)教學(xué)[7]，如具有傳染危險(xiǎn)性的微生物試驗(yàn)、需大型動(dòng)物的病理、生理實(shí)驗(yàn)等;在《病原生物學(xué)與免疫學(xué)》的理論教學(xué)中，通過VR設(shè)備加載教學(xué)影像資料，在老師的指導(dǎo)下，使學(xué)生身臨其境地自主觀察醫(yī)學(xué)相關(guān)模型及其動(dòng)態(tài)表現(xiàn)，如：，病原生物形態(tài)、結(jié)構(gòu)，病原生物與人體組織相互作用等。加深學(xué)習(xí)印象、刺激學(xué)生的探索欲望。

以VR技術(shù)設(shè)備為基礎(chǔ)，構(gòu)建一個(gè)學(xué)習(xí)者與教學(xué)者之間的交互平臺(tái)。充分利用VR的“沉浸性”“交互性”和“構(gòu)想性”進(jìn)行基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)。教師在整個(gè)過程中只承擔(dān)引導(dǎo)者、幫助者和刺激者，學(xué)生在虛擬場(chǎng)景中探索、實(shí)踐，獲得所需知識(shí)，課堂教學(xué)中會(huì)出現(xiàn)傳授、參與、發(fā)現(xiàn)、交互、評(píng)價(jià)、反饋、強(qiáng)化等學(xué)習(xí)活動(dòng)，以獲得更好地教學(xué)效果。具體教學(xué)模式構(gòu)成如圖1所示。

3 實(shí)施方法

由于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)課程都集中在一年級(jí)開設(shè)，故從我校臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)和護(hù)理專業(yè)的一年級(jí)班級(jí)中各選2個(gè)班，選取《病原生物學(xué)和免疫學(xué)》課程中的一些重點(diǎn)和難點(diǎn)章節(jié)，如：醫(yī)學(xué)微生物學(xué)中各種病原生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)及免疫學(xué)中的免疫應(yīng)答過程等等，通過網(wǎng)絡(luò)下載或自己拍攝相關(guān)VR教學(xué)視頻，應(yīng)用VR編輯軟件進(jìn)行剪輯、編輯，學(xué)生通過手機(jī)下載教學(xué)視頻，再利用VR頭盔顯示技術(shù)進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，然后通過課堂提問、布置開放性課后作業(yè)、單元測(cè)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)考核，分別對(duì)比他們的完成效果與本專業(yè)未應(yīng)用VR教學(xué)的2個(gè)班級(jí)其他同學(xué)的差別，從中了解其對(duì)章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況和應(yīng)用知識(shí)解決問題的能力;同時(shí)，對(duì)4個(gè)班的全體同學(xué)進(jìn)行問卷調(diào)查，了解他們?cè)赩R教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)過程中的接受程度、興趣度以及主要問題。綜合以上結(jié)果，評(píng)估教學(xué)效果。

4 結(jié)果分析

通過學(xué)期總結(jié)（圖2、圖3、表1）分析，應(yīng)用VR教學(xué)班級(jí)的學(xué)生學(xué)期理論平均成績(jī)：臨床專業(yè)70.14，護(hù)理專業(yè)71.69，未應(yīng)用VR教學(xué)的學(xué)期理論平均成績(jī)：臨床專業(yè)67.56，護(hù)理專業(yè)6947;應(yīng)用VR教學(xué)班級(jí)的學(xué)生學(xué)期實(shí)驗(yàn)考核平均成績(jī)（滿分10分）：臨床專業(yè)9.7，護(hù)理專業(yè)9.6，未應(yīng)用VR教學(xué)的學(xué)期實(shí)驗(yàn)考核平均成績(jī)：臨床專業(yè)9，護(hù)理專業(yè)9.1。無(wú)論理論成績(jī)還是實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)都優(yōu)于同專業(yè)未應(yīng)用VR教學(xué)班級(jí)的學(xué)生;從問卷調(diào)查結(jié)果看，學(xué)生對(duì)VR教學(xué)的興趣、易接受度和知識(shí)理解度都非常高，占比均超過90%，說(shuō)明VR教學(xué)能夠一定程度地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和掌握知識(shí)的能力。

VR通過此次研究，我們積累了VR教學(xué)中的一些經(jīng)驗(yàn)，掌握了VR教學(xué)的一般規(guī)律和VR制作的相關(guān)技術(shù);從教學(xué)過程中了解了VR教學(xué)在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教學(xué)中所存在的優(yōu)勢(shì);也認(rèn)識(shí)了一些不足，如：不是所有理論知識(shí)都適合VR教學(xué);醫(yī)學(xué)VR資源比較匱乏，難獲得;VR視頻制作難度比較大等。但這都為本課程以及其他醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課程的VR教學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)。

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