淺析VR技術(shù)和MOOC資源在醫(yī)學專業(yè)國際化人才培養(yǎng)中的應用

趙雅 戴華 錢亞云

摘? 要：為了適應國際化需求，虛擬現(xiàn)實技術(shù)和慕課在醫(yī)學專業(yè)人才培養(yǎng)中的應用越來越多。分析兩種新興技術(shù)在醫(yī)學教育教學模式中的應用及優(yōu)缺點，為全國高等教育醫(yī)學專業(yè)人才的培養(yǎng)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù);慕課;高等教育

中圖分類號：C961? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）05-0169-03

Abstract： In order to meet the needs of internationalization， the virtual reality （VR） technology and the massive open online courses（MOOCs） are more and more used in the training of medical professionals. The application， advantages and disadvantages of these two new technologies were analyzed. We hope to provide reference for the development of higher medical education.

Keywords： virtual reality; MOOCs; higher education

在信息化飛速發(fā)展的時代，傳統(tǒng)的授課形式已經(jīng)遠遠不能滿足國際化醫(yī)學專業(yè)人才培養(yǎng)的要求。近幾年，虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality， VR）和慕課（Massive open online course， MOOC）越來越受到醫(yī)學專業(yè)師生的青睞，一定程度上體現(xiàn)了學生的創(chuàng)新學習能力。本文對兩種新興教學模式在醫(yī)學教育中應用的優(yōu)缺點進行解析，以期為全國醫(yī)學教育和國際化醫(yī)學人才的培養(yǎng)提供有利的信息。

一、VR技術(shù)和MOOC課程簡介

VR技術(shù)，是指綜合影像、仿真、傳感器等多種計算機技術(shù)，將現(xiàn)實生活中的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為計算機電子信號，建立多維虛擬模型。使用者借助一定的輔助裝備，與模型中的信息環(huán)境交互作用，具有身臨其境的沉浸感。MOOC即大規(guī)模開放在線課程，是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”模式的產(chǎn)物。授課人將課程材料上傳至互聯(lián)網(wǎng)，學習者在線注冊，根據(jù)自身專業(yè)方向選擇需要學習的內(nèi)容，在完成所要求的學時數(shù)并通過相應的知識點測試后，可獲得課程對應的學分。累計學分數(shù)達到要求后，可以申請獲得相應的證書。

二、VR技術(shù)和MOOC的發(fā)展以及與課程的融合

（一）VR技術(shù)在教學中的應用

美國的NASA Ames實驗室，從80年代初起，便著眼于研究VR技術(shù)，從對空間信息的基礎(chǔ)研究到虛擬視覺環(huán)境的研究，作為全球的VR頂尖技術(shù)的研究機構(gòu)，一直處在該領(lǐng)域的先河。VR技術(shù)方面，英國也處在較前列，尤其是對于VR的輔助設(shè)備設(shè)計研究方面較為突出。英國某公司所研究設(shè)計的DVS系統(tǒng)中，為VR技術(shù)在實際編輯中設(shè)計了先進的環(huán)境編輯語言，使VR展現(xiàn)出不一樣的功能。相較而言，我國在該領(lǐng)域的發(fā)展略顯滯后。但是，隨著國際上VR技術(shù)應用的成果越來越矚目，我國也開始了飛速的發(fā)展。目前，VR技術(shù)不但是國家科研的核心工程，也是高等學校和研究機構(gòu)的科研熱點。比如，北京航空航天大學、四川大學和很多其他高校，在VR三維動態(tài)數(shù)據(jù)庫以及建立虛擬環(huán)境等方面的研究，都取得了令人滿意的成果。

與VR技術(shù)融合的課程，一般需要滿足以下幾個條件：1. 課程內(nèi)容具有可重復性和操作性，便于計算機信號的采集和模擬。2. 課程場景能利用計算機技術(shù)進行編輯和改寫，使用戶在特定的視聽空間內(nèi)有身臨其境的真實感，并與環(huán)境產(chǎn)生互動效果。3. 課程便于用戶掌握某項技能或某個知識點。因此，VR技術(shù)多見于應用在航空航天，軍事，旅游業(yè)，影視等課程。

在教學過程中，借助VR技術(shù)，運用情景案例系統(tǒng)和虛擬場景系統(tǒng)，能有效協(xié)助教師完成教學工作，并使學生獲取更好的學習效果。比如航天飛行員訓練課程中，學員可借助VR眼鏡，配合軟件模擬飛行，并根據(jù)虛擬環(huán)境不斷調(diào)整空中姿態(tài)，指導員則通過第三視角監(jiān)控操作情況，及時指導，極大地降低了燃油、維護等訓練需要的成本。軍事課程的教學中，難點之一便是現(xiàn)實中很難模擬出真正的戰(zhàn)場環(huán)境，對學員進行戰(zhàn)爭中超高壓狀態(tài)下的訓練，但VR技術(shù)的出現(xiàn)，可以模擬任何一種多維空間，輕松解決了這一難題，極大地提高了學員的臨場作戰(zhàn)反應能力。在導游培訓的教學過程中，借助VR場景，不僅可以讓導游自身對旅游目的地有所了解，還可以參與表演，直觀地了解景點的現(xiàn)場效果。VR技術(shù)在影視藝術(shù)中的應用更是廣泛，場景中圖像的立體展現(xiàn)，加上立體環(huán)繞的聲音播放，在影院的放映給人們帶來了3D世界的強大觀感。在中國的應試教育制度下，學生由于受到多方面的限制，學習變得無趣，導致學習效率低下。VR教育或許可實現(xiàn)學生主動地獲取知識，增加學習樂趣，保全學生天性，提高學習效率。

（二）MOOC成為教學的重要補充資源

MOOC的發(fā)展，起源于美國Douglas Engelbart提出的創(chuàng)新式研究計劃。他認為，計算機不但可以作為協(xié)作工具增進人類的智慧，而且可以將個人計算機與網(wǎng)絡計算機互聯(lián)，形成大規(guī)模的世界性的信息分享。Engelbart將該理念寫進了《增進人類智慧：斯坦福研究院的一個概念框架》。同期，一些教育改革家也認識到，計算機技術(shù)可以應用至教育課程的開放和傳播。2008年，MOOC的概念，由Dave Cormier與Bryan Alexander聯(lián)名提出，并以George Siemens和Stephen Downes共同設(shè)計的課程《連通注意與連通知識》在網(wǎng)絡免費開放作為典范，使得來自世界各地的2300多名學生參與了這門課程。學員通過RSS feed在線訂閱課程內(nèi)容，并同步參加在線會議和論壇討論。這一新型的課程傳播系統(tǒng)迅速風靡至各個國家的各大高校。

至2019年，我國開設(shè)的慕課總量、參與開課的學校數(shù)量、在線學習人數(shù)均處于世界領(lǐng)先地位[1]。2019年4月9日，《中國慕課行動宣言》的發(fā)表，意味著中國慕課的建設(shè)進程已經(jīng)加快進行。目前比較有代表性的三大MOOC平臺主要有Coursera，edX，Udacity。另外，還有中國大學MOOC，Stanford Online， FutureLearn，Open2Study，NovoED，iversity，Ewant等優(yōu)秀的MOOC平臺，提供名校名師的免費或收費課程。線上課程的廣度和深度，與高校實體課程的運行無異。除了統(tǒng)計學，數(shù)學等一些應用基礎(chǔ)學科，還有工科商科醫(yī)科的課程?？偟膩碚f，自然科學、人文科學、社會科學課程，基本全覆蓋。課程的深度也是從易到難，由基礎(chǔ)到精尖，滿足不同層次的學員需求。

三、VR技術(shù)和MOOC資源在醫(yī)學專業(yè)國際化人才培養(yǎng)中應用的優(yōu)勢

（一）VR技術(shù)應用于醫(yī)學專業(yè)領(lǐng)域的優(yōu)勢

在醫(yī)學專業(yè)人才培養(yǎng)中，VR技術(shù)可以廣泛應用在教材、醫(yī)療儀器設(shè)備、解剖學及外科手術(shù)設(shè)計、實驗室操作、康復訓練等方面，具有激發(fā)學習動機、增強學習體驗、創(chuàng)設(shè)心理沉浸感、實現(xiàn)情境學習和知識遷移等方面的優(yōu)勢。

1. 教材：傳統(tǒng)的紙質(zhì)教材，只能借助于模式圖，展示人體器官的各種生理功能，立體效果不是特別強，也無法透過表層深入了解內(nèi)部結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的紙質(zhì)教材相比，帶有VR技術(shù)的教材，學生借助輔助設(shè)施，比如眼鏡、感覺手套、跟蹤球等，直觀地觀察器官的內(nèi)部構(gòu)造，還可以點擊局部，了解組織的生理功能[3]。

2. 醫(yī)療儀器設(shè)備：一般介紹性文字往往局限于介紹儀器設(shè)備的組成部分，無法顯示儀器設(shè)備的組合結(jié)構(gòu)和功能，達不到預期的展現(xiàn)效果。AR技術(shù)的三維立體展示功能，不僅可以直觀地看到設(shè)備的構(gòu)造，而且能夠進行功能模擬。

3. 三維解剖課程：Jang、Susan等研究的3D解剖課程，借助虛擬操作平臺、觸覺輸入設(shè)備及動物模型，配合交互性的解剖結(jié)構(gòu)參照系，建設(shè)直接操行性的3D解剖課程，用這項技術(shù)，由于不受標本、場地等的限制，教育成本大大降低。

4. 外科手術(shù)訓練器：Pieper及Satara等，利用虛擬技術(shù)，模擬出虛擬的手術(shù)場景，包括手術(shù)所需器械、人體模型，甚至是需要手術(shù)的器官三維結(jié)構(gòu)。學生戴上感覺手套和VR眼鏡，可以對人體模型的患病部位實施手術(shù)，手術(shù)過程中，學生能避開容易造成大出血的位置，還能分辨出手術(shù)刀切入皮膚組織和觸碰到骨頭的不同感覺。

5. 手術(shù)后果預測和藥物研制：主刀醫(yī)生們在手術(shù)前，可以建立病人身體的虛擬模型，在虛擬空間中先進行一次手術(shù)和用藥預演，這樣能夠大大提高手術(shù)和診治的成功率，讓更多的病人得以痊愈。

6. 在康復訓練中：可幫助患者在虛擬空間中依據(jù)系統(tǒng)內(nèi)容進行重復性訓練，有效提升康復訓練的效率。此外，能夠虛擬運用不同訓練方式以及方法，展示可能出現(xiàn)的功能性恢復，極大地鼓勵了患者，提高恢復技能信心，并可按照真實需求開展相關(guān)訓練。

7. 實驗室團體訓練：醫(yī)務人員可同步在虛擬的實驗環(huán)境中，操作虛擬對象的活動，并應用相應的設(shè)備進行評估，參與集體討論，以及重新設(shè)計實驗方案。

8. 其他相關(guān)醫(yī)學課程：可以利用VR技術(shù)，進行心理測試以及模擬腹腔鏡操作，還可以幫助帕金森患者進行步態(tài)訓練。由于神經(jīng)系統(tǒng)具有可塑性，帕金森患者通過康復訓練，可以在運動能力、步態(tài)協(xié)調(diào)、認知能力等方面獲益，甚至對延緩疾病惡化也有意義。不僅虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以幫助人類的大腦，還有科學家研究將芯片植入大腦，用于治療精神分裂、癡呆、癲癇、帕金森等神經(jīng)系統(tǒng)的疾病。

（二）MOOC在醫(yī)學領(lǐng)域的應用優(yōu)勢

1. 優(yōu)質(zhì)資源：目前約15%的醫(yī)學MOOC課程，由世界醫(yī)學殿堂之頂?shù)募s翰霍普金斯大學提供，講授者的課程更注重內(nèi)涵，且不受區(qū)域限制，為醫(yī)學生提供了優(yōu)質(zhì)的醫(yī)學教育資源，促進醫(yī)學生的全面學習和終身學習。

2. 自主學習：傳統(tǒng)課堂面授方式，學生不能選擇老師的授課內(nèi)容。而MOOC則靈活得多，學生自主選擇學習內(nèi)容，跳過比較容易的部分，也可對不懂的地方多聽幾遍或者放慢節(jié)奏，更易達到個性化教學的目的。

3. 自我檢測學習效果：MOOC的流程多為注冊、聽課、課堂隨測、作業(yè)、討論、考試、結(jié)業(yè)、證書。在線的MOOC視頻課程，通常被切割成十分鐘或更小的“微課程”，課程中還會穿插若干小問題，只有答對的，才能繼續(xù)后部分課程內(nèi)容。這種新型的學習模式，有助于學生及時檢測和調(diào)整學習內(nèi)容。在完成要求的學時數(shù)并通過在線考試后，學生可以獲得相應的學分和證書。

四、VR技術(shù)和MOOC的不足之處

（一）VR技術(shù)的缺點

1. 硬件和軟件技術(shù)的局限。目前VR輔助設(shè)備主要以眼鏡和頭盔為主，除了價格昂貴，還存在使用不便、用戶體感不佳等問題，硬件的處理速度遠不能滿足在虛擬世界中實時處理大量數(shù)據(jù)的需求[2]。受硬件局限性的影響，VR技術(shù)在軟件方面，尤其在三維集合與物理建模技術(shù)、圖像高速處理、新型傳感機理等領(lǐng)域，相關(guān)的算法和理論尚不成熟，需要進一步完善。

2. 應用領(lǐng)域有限。目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)主要應用于軍事和高?？蒲?，在教育、工業(yè)應用等領(lǐng)域還遠遠不能發(fā)揮作用。

3. 虛擬技術(shù)與人的交互感不足?，F(xiàn)有的虛擬技術(shù)，只能對視覺和聽覺進行合成，難以模擬觸覺和味覺的真實感覺。再加上語音識別的功能不夠，常常使人的沉浸感不足。

（二）MOOC的缺點

1. 對于學生群體來講，傳統(tǒng)的課程可以促進學生感受老師和周圍同學的氛圍，容易得到正面積極的情緒刺激。而MOOC大多是學員的個人在線聆聽行為，既缺乏傳統(tǒng)課堂中同學之間相互感染的氣氛，也減少了老師和學生的及時互動，降低生成問題和解決問題的精彩。

2. 對于教師來說，老師無法根據(jù)學生的反應進行及時反饋和形成評價[4]。MOOC對師資的要求更高，需要老師掌握現(xiàn)代化的教學方式。

3. 知識的碎片化。MOOC的特點在于靈活運用時間和網(wǎng)絡空間組織教學，但同時5-10分鐘的微課程進行教學，所傳授的知識是零星的。對于課程的完整性而言，MOOC更側(cè)重把章節(jié)內(nèi)容進行分段式講解，需要學員花費更多時間，去整合全部的課程內(nèi)容。

五、對我國醫(yī)學專業(yè)人才培養(yǎng)的啟示

作為新興的課程模式，VR技術(shù)和網(wǎng)絡MOOC資源，應當成為醫(yī)學專業(yè)人才培養(yǎng)的優(yōu)秀的課程補充資源，學生通過掌握VR技術(shù)和MOOC課程，可以跟蹤世界先進的醫(yī)學課程，并達到較好的學習效果。在“互聯(lián)網(wǎng)+”的時代背景下，醫(yī)學院校應該有效利用線上名課資源，結(jié)合先進的教學方法，促進醫(yī)學專業(yè)人才的核心競爭力的培養(yǎng)，達到創(chuàng)新學習和解決臨床問題的能力。在具體應用這兩種教學模式時要注意，發(fā)揮名師名課的效能，精心設(shè)計，優(yōu)良制作，形成豐富多彩的醫(yī)學知識教育資源;同時，要關(guān)注學生的使用情況，學習進度和學習效果，建立實時動態(tài)的信息推送系統(tǒng)和評價系統(tǒng)，擴展學生思維的厚度和廣度，提高醫(yī)學人才培養(yǎng)的針對性和實效性。

參考文獻：

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[3]徐玲英.科技期刊出版中嵌入VR/AR技術(shù)的必要性和可行性分析[J].中國科技期刊研究，2017，28（6）：532-537.

[4]韓玉英，張晨光，葉海虹.MOOC模式下高等醫(yī)學教育的思考[J].繼續(xù)醫(yī)學教育，2015，29（10）：54-55.