VR技術(shù)在高職動(dòng)物外科手術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

李思琪,程嘉奇，袁 聽，王曉艷，郝永峰

(1.重慶三峽職業(yè)學(xué)院 動(dòng)物科技系，重慶 萬州 404155；2.重慶幼兒師范高等專科學(xué)校 初等教育，重慶 萬州 404155)

動(dòng)物外科手術(shù)是高職畜牧獸醫(yī)、動(dòng)物防疫與檢疫等專業(yè)核心課程《畜禽普通病防治技術(shù)》中的重要組成部分，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和可操作性[1]?？梢哉f動(dòng)物外科手術(shù)水平的高低是執(zhí)業(yè)獸醫(yī)師職業(yè)能力的重要體現(xiàn)。由于動(dòng)物外科手術(shù)作為一門實(shí)踐技能課的特殊性，其授課方式與一般的臨床理論課存在很大差別，實(shí)踐技能的學(xué)習(xí)很難在短時(shí)間內(nèi)完成，如何在有限的時(shí)間內(nèi)使學(xué)生迅速把握該課程的要點(diǎn)并轉(zhuǎn)化為自身技能，一直是醫(yī)學(xué)教育工作者的問題[2-3]。

1 動(dòng)物外科手術(shù)教學(xué)現(xiàn)狀

動(dòng)物外科手術(shù)的教學(xué)往往圍繞一個(gè)具體的手術(shù)進(jìn)行開展，如剖腹產(chǎn)、絕育術(shù)、膀胱切開術(shù)等，手術(shù)過程中涉及到打開手術(shù)通路、進(jìn)行主手術(shù)和手術(shù)通路閉合3個(gè)主要內(nèi)容。這需要學(xué)生在前期的學(xué)習(xí)中掌握極其扎實(shí)的解剖學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)要在腦海里形成該系統(tǒng)的三維立體圖像，才能完全吸收老師傳授的內(nèi)容，而大多數(shù)學(xué)生并不能達(dá)到要求。所以在外科手術(shù)教學(xué)中，常會(huì)借助圖片、視頻等模式輔助教學(xué)，但這類教學(xué)形式呈現(xiàn)在多媒體上均為二維模式，立體感不強(qiáng)，無法真正讓學(xué)生了解到該器官所在位置和附近的神經(jīng)血管等，無法跟上老師的思路，常常出現(xiàn)上課初期積極性高，而中期迷茫、分心狀態(tài)。

此外，動(dòng)物外科手術(shù)教學(xué)中涉及非常多的操作環(huán)節(jié)，如手術(shù)通路切開的方式、血管的結(jié)扎、縫合的方式等，傳統(tǒng)的教師主導(dǎo)式教學(xué)中學(xué)生難以有足夠的時(shí)間領(lǐng)悟技能要領(lǐng)，課后會(huì)逐漸遺忘。但由于動(dòng)物福利、實(shí)驗(yàn)安全和教學(xué)經(jīng)費(fèi)等問題的困擾，實(shí)踐教學(xué)又較難開展，常出現(xiàn)學(xué)生多、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物少的情況，不能滿足每個(gè)學(xué)生都能實(shí)踐每個(gè)手術(shù)，也達(dá)不到反復(fù)實(shí)踐、熟練手術(shù)技能、鞏固知識(shí)的目的。

因此，如何在有限的教學(xué)條件下提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)學(xué)生更好地掌握理論知識(shí)和操作技能顯得尤為重要。

2 VR技術(shù)的特點(diǎn)

VR技術(shù)即虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是在計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上，利用傳感器技術(shù)、圖像技術(shù)以及多媒體技術(shù)，通過人機(jī)接口和仿真技術(shù)發(fā)展起來的新技術(shù)，這3種技術(shù)相互結(jié)合，生成一種“真實(shí)”的模擬環(huán)境，通過傳感設(shè)備，使用戶能體驗(yàn)到這種虛擬環(huán)境的真實(shí)性，用戶在該環(huán)境中能和系統(tǒng)進(jìn)行有效的溝通和交流,如Ashley等[4]通過虛擬的美好自然環(huán)境使得腫瘤患者在化療同時(shí)減輕了痛苦值。VR技術(shù)具有以下3方面的特點(diǎn)。

2.1 沉浸性

沉浸性是VR的核心特征。沉浸性是指用戶可投身入計(jì)算機(jī)所生成的虛擬環(huán)境中，而其中的虛擬對(duì)象可以自主活動(dòng)，用戶可感覺身臨其境，而不是停留在計(jì)算機(jī)外部的視聽上或者直接觀看計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果[5]。

2.2 交互性

交互性是指用戶在虛擬環(huán)境中可通過諸如傳感器數(shù)據(jù)手套、力反饋手套等設(shè)備與虛擬對(duì)象交互，而不再局限于單純地用鼠標(biāo)、鍵盤來處理信息。

2.3 思維構(gòu)想性

構(gòu)想性是指VR具有十分廣闊的想象空間，可拓寬人類的認(rèn)知范圍，讓體驗(yàn)者插上想象的翅膀。

基于以上特點(diǎn)，在《動(dòng)物外科手術(shù)》這門課程中投入VR技術(shù)，能夠使教學(xué)內(nèi)容更形象生動(dòng)、教學(xué)過程互動(dòng)性更強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣更高，創(chuàng)造性更強(qiáng)，并且提高了實(shí)驗(yàn)效率和資源共享率等優(yōu)點(diǎn)。

3 VR實(shí)踐教學(xué)改革研究

3.1 對(duì)象與方法

調(diào)查對(duì)象分別為重慶三峽職業(yè)學(xué)院2016級(jí)畜牧獸醫(yī)專業(yè)正在開設(shè)《動(dòng)物外科手術(shù)》課程的6個(gè)班共256名學(xué)生。

對(duì)2016級(jí)1、2、3班共131名學(xué)生使用VR技術(shù)進(jìn)行了胃切開術(shù)、膀胱切開術(shù)等手術(shù)的操作，然后進(jìn)行動(dòng)物外科手術(shù)實(shí)踐教學(xué)。而4、5、6班125名學(xué)生只進(jìn)行傳統(tǒng)的外科手術(shù)實(shí)踐教學(xué)。

3.2 教學(xué)效果評(píng)估

教學(xué)效果采用客觀指標(biāo)測(cè)評(píng)和問卷調(diào)查評(píng)估?？陀^指標(biāo)主要通過在實(shí)踐教學(xué)開設(shè)后，從手術(shù)的應(yīng)用范圍、術(shù)前準(zhǔn)備、手術(shù)通路、縫合方法的使用、術(shù)后護(hù)理等方面，即時(shí)對(duì)兩組進(jìn)行隨堂測(cè)試，并在實(shí)踐教學(xué)后兩周進(jìn)行復(fù)測(cè)，通過測(cè)試成績了解不同教學(xué)模式下學(xué)生掌握程度。

調(diào)查問卷就VR教學(xué)模式內(nèi)容的豐富程度、吸引性、教學(xué)方法、學(xué)習(xí)效率等方面進(jìn)行評(píng)估，問卷調(diào)查結(jié)果采用t檢驗(yàn)對(duì)均數(shù)和構(gòu)成比進(jìn)行比較?；厥諉柧砗?，對(duì)問卷中數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯查錯(cuò)及歸納整理，統(tǒng)計(jì)問卷每一選項(xiàng)人數(shù)百分比[6]。

3.3 教學(xué)效果評(píng)價(jià)結(jié)果

3.3.1 客觀指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果 將測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，在教學(xué)后即時(shí)測(cè)試成績，VR教學(xué)組平均成績?yōu)?9.28±4.63分，顯著高于傳統(tǒng)教學(xué)組的65.74±3.14分(P<0.01)；以60分為通過線，測(cè)試通過率VR組為90.07%(118/131)，顯著高于傳統(tǒng)教學(xué)組的59.2%(74/125)(P<0.05)；2周后復(fù)測(cè)，VR組平均成績?yōu)?6.76±5.91分，而傳統(tǒng)組為52.67±2.45分，兩組差異極顯著(P<0.01)。

3.3.2 問卷調(diào)查評(píng)價(jià)結(jié)果 自制問卷256份，回收有效問卷238份，問卷回收率92.9%。對(duì)新教學(xué)效果的認(rèn)知接受態(tài)度涉及7方面。通過調(diào)查結(jié)果分析，VR教學(xué)模式組的肯定回答比例更高。具體結(jié)果見表1。

表1 傳統(tǒng)教學(xué)組與VR教學(xué)組問卷比較Table 1 Comparison of questionnaire survey

由此可見，在動(dòng)物外科手術(shù)教學(xué)運(yùn)用中VR技術(shù)能夠獲得更好的教學(xué)關(guān)注度，并且有助于學(xué)生掌握該課程的知識(shí)和技能，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，為培養(yǎng)技術(shù)技能型人才奠定良好基礎(chǔ)。

4 討 論

手術(shù)訓(xùn)練是動(dòng)物外科臨床教學(xué)不可缺少的組成部分，目前重慶三峽職業(yè)學(xué)院及國內(nèi)大多數(shù)院校仍然采取課件講解、視頻觀摩、老師動(dòng)手操作觀摩為主的教學(xué)方法進(jìn)行手術(shù)訓(xùn)練。這種教學(xué)方式使得學(xué)生在參與手術(shù)操作中受到了很多限制。如師生人數(shù)不對(duì)稱的問題，在臨床操作手術(shù)講解時(shí)，通常是1個(gè)老師、1個(gè)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物對(duì)應(yīng)幾十名學(xué)生，在手術(shù)過程中，常常出現(xiàn)離手術(shù)臺(tái)近的學(xué)生能觀摩到手術(shù)操作，而后排的學(xué)生“一抹黑”，只能盲聽老師的講解，出現(xiàn)無法獲得知識(shí)、課堂不集中現(xiàn)象，無法獲得良好的教學(xué)效果。由于教學(xué)經(jīng)費(fèi)、動(dòng)物福利等問題，又無法讓學(xué)生都進(jìn)行手術(shù)操作。而VR技術(shù)的投入，學(xué)生可以自主沉浸在虛擬環(huán)境中去模擬手術(shù)操作的步驟，并通過三維的虛擬環(huán)境清楚地觀察到手術(shù)器官的位置及附近的組織，提高了學(xué)生的自主性和興趣。同時(shí)教師可以專心組織課堂紀(jì)律，并對(duì)學(xué)生在VR教學(xué)中不懂的地方進(jìn)行答疑。此外，VR的重復(fù)使用率非常高，學(xué)生可以反復(fù)加強(qiáng)學(xué)習(xí)。這種新教學(xué)模式的投入，不僅在培養(yǎng)學(xué)生中讓其傳承了已有的知識(shí)，并且培養(yǎng)了學(xué)生一定的創(chuàng)新能力和操作能力，調(diào)動(dòng)其積極性和創(chuàng)造性，為日后工作中的科研探索奠定基礎(chǔ)。

本研究還發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)教學(xué)模式中的學(xué)生在進(jìn)行初次外科手術(shù)前膽量不足、畏手畏腳，主要還是由于對(duì)手術(shù)操作缺乏深入完整的認(rèn)知，特別是對(duì)手術(shù)步驟及動(dòng)物的解剖知識(shí)不足，在操作中仍更多地依賴?yán)蠋熁蛑鞯妒值难菔?，主?dòng)的手術(shù)操作變味成了再一次的手術(shù)觀摩，或僅是簡單的縫合、打結(jié)、剪線操作，顯得較為被動(dòng)。而VR教學(xué)組的學(xué)生在進(jìn)行VR操作后，對(duì)手術(shù)要點(diǎn)有了更直觀形象的認(rèn)知，每個(gè)手術(shù)操作時(shí)間比傳統(tǒng)組平均縮短10～15 min，并且學(xué)生在初次手術(shù)中便能發(fā)揮主觀能動(dòng)性，躍躍欲試，愿意嘗試手術(shù)操作的每一環(huán)節(jié)，而不僅僅只依賴于主刀手或老師，老師介入操作的頻率及總體時(shí)間均明顯縮短。在手術(shù)操作后進(jìn)行總結(jié)和討論，傳統(tǒng)教學(xué)組的學(xué)生由于在手術(shù)操作中大多數(shù)仍然充當(dāng)?shù)氖恰坝^摩者”角色，缺乏深入的領(lǐng)悟和體會(huì)，不知道手術(shù)中存在的不足和問題，總結(jié)不到位，課后的討論不活躍；而VR教學(xué)組，由于每人在手術(shù)操作之前通過VR學(xué)習(xí)，已將手術(shù)步驟銘記于心，總結(jié)很到位，討論非?；钴S，能指出自己和小組成員以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作中存在的問題，對(duì)手術(shù)操作得以再次鞏固訓(xùn)練，并且培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作及溝通能力，提高了學(xué)習(xí)積極性，達(dá)到事半功倍的效果。

但VR技術(shù)作為一項(xiàng)科技含量較高的高端技術(shù)，投入到教學(xué)中只有短短幾年時(shí)光，由于技術(shù)水平的限制，仍然存在許多不足。如前期經(jīng)費(fèi)投入較大，需要在學(xué)校內(nèi)建立多個(gè)虛擬環(huán)境接收點(diǎn)，建立現(xiàn)代教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，購買多個(gè)虛擬手術(shù)課件包等，因此在教學(xué)中施展較困難。此外，VR教學(xué)中的仿真軟件呆板、不太真實(shí)，和真實(shí)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物差距較大，VR教學(xué)畫面不流暢、顏色不太鮮艷清晰、套路比較單一等，導(dǎo)致學(xué)生前期興趣較高，但多學(xué)習(xí)兩個(gè)手術(shù)后，后期感覺枯燥。不過隨著相關(guān)研究的投入加大，筆者相信在未來數(shù)年VR技術(shù)會(huì)更上一層樓，在動(dòng)物外科教學(xué)中產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，有更好的應(yīng)用前景。