VR沉浸式教學(xué)模式在臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)改革中的應(yīng)用

蔡 尚

（蘇州大學(xué)附屬第二醫(yī)院腫瘤放療科，江蘇 蘇州 215004）

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及沉浸式學(xué)習(xí)模式的定義

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的定義是可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)，英文名為VirtualReality（VR），該項(xiàng)技術(shù)是20世紀(jì)發(fā)展起來的一項(xiàng)全新的技術(shù)，其典型的特征為“3I”，即沉浸感（immersion）、交互性（interaction）和構(gòu)想性（imagination）。VR技術(shù)主要基于電子計(jì)算機(jī)，并結(jié)合了3D圖形、多媒體、仿真、顯示等多種高科技技術(shù)新發(fā)展成果。虛擬現(xiàn)實(shí)課堂中的沉浸式學(xué)習(xí)模式是借助 VR技術(shù)可增加用戶多種感官體驗(yàn)這一優(yōu)勢，在實(shí)際教學(xué)過程中，通過模擬視覺、聽覺、觸覺等多方面的感官來使學(xué)生達(dá)到仿佛身臨其境的沉浸體驗(yàn)方式。國外學(xué)者Augusto F（2022）[1]提出，主要依據(jù)來源以區(qū)分沉浸式與非沉浸式VR技術(shù)：沉浸式VR技術(shù)是在一個平衡的物理環(huán)境中，根據(jù)與系統(tǒng)連接后學(xué)生的感官與自主變化的數(shù)據(jù)與范圍，使用VR技術(shù)會使學(xué)生頭和身體隨之移動，產(chǎn)生于在整個系統(tǒng)中把不同的技術(shù)組合在一起，從而在真實(shí)情況下傳遞可測量的信息。具體儀器設(shè)備包括，頭戴式顯示器、頭部跟蹤系統(tǒng)，降噪耳機(jī)，以及操縱導(dǎo)航設(shè)備，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)樂趣，提高他們的學(xué)習(xí)效率。相比而言，非沉浸式VR主要借助電腦和顯示器，仿真性較差，因此本文中提及的均指沉浸式VR技術(shù)。

2 傳統(tǒng)臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)模式的不足

傳統(tǒng)的臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)模式以老師講課為主，老師往往被固定在講臺前講授相關(guān)知識，學(xué)生則被固定在課桌后被動聽課，以上便是傳統(tǒng)臨床醫(yī)學(xué)學(xué)習(xí)的場景。從課程本身的角度來看，考慮到臨床醫(yī)學(xué)是一個相對枯燥且乏味的學(xué)科，科目繁多且復(fù)雜。從老師的角度來看，臨床醫(yī)學(xué)的授課老師以臨床醫(yī)師為主，平時臨床工作較為繁忙，導(dǎo)致部分老師授課前的準(zhǔn)備工作不夠充分，授課內(nèi)容以枯燥、乏味的理論知識為主，而不能包括生動、典型的病例，且課堂中師生互動較少，很難激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)樂趣。從學(xué)生的角度來看，他們主要為本科階段的臨床醫(yī)學(xué)生，大多數(shù)沒有接觸臨床實(shí)踐，很難將課堂上被動獲得的臨床醫(yī)學(xué)理論知識與生動、典型的實(shí)際病例相聯(lián)系起來。因此，上述因素均會影響傳統(tǒng)臨床醫(yī)學(xué)授課模式下的授課質(zhì)量，嚴(yán)重影響了學(xué)生對相應(yīng)臨床醫(yī)學(xué)知識的興趣和掌握程度。

3 采用基于 VR技術(shù)的沉浸式學(xué)習(xí)模式進(jìn)行臨床醫(yī)學(xué)授課的優(yōu)勢

從理論上來說，采用基于VR技術(shù)的沉浸式學(xué)習(xí)模式能極大克服上述傳統(tǒng)臨床醫(yī)學(xué)授課模式的各種弊端。例如，楊涵深（2019）[2]認(rèn)為采用基于VR技術(shù)的沉浸式學(xué)習(xí)模式能大大降低臨床醫(yī)學(xué)授課老師的備課時間。此外，徐月明（2022）[3]提到采用基于VR技術(shù)的沉浸式學(xué)習(xí)模式還能克服傳統(tǒng)授課模式在課堂中教學(xué)的局限性，能夠完全模擬臨床實(shí)踐的逼真場景，從而有效激發(fā)醫(yī)學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)欲望，實(shí)現(xiàn)情境學(xué)習(xí)和知識遷移，使得課堂氛圍變得生動、主動、活潑。同時，Katelyn Stepan（2017）[4]通過開展研究發(fā)現(xiàn)，采用基于VR技術(shù)的沉浸式學(xué)習(xí)模式還可有效提高教師教學(xué)效率：可以將教學(xué)時間縮短為原來的1/5。另外，苑之儀（2022）[5]還發(fā)現(xiàn)，采用基于VR技術(shù)的沉浸式學(xué)習(xí)模式，在課堂結(jié)束后，將授課內(nèi)容已電子文件形式發(fā)送給學(xué)生，方便學(xué)生課后復(fù)習(xí)，從而加深學(xué)生們的記憶和印象，進(jìn)而更好地鞏固知識點(diǎn)。因此，采用基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸式學(xué)習(xí)模式有望克服傳統(tǒng)臨床醫(yī)學(xué)授課模式的種種弊端。

4 采用基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸式學(xué)習(xí)模式進(jìn)行臨床醫(yī)學(xué)授課可能存在的局限性

盡管虛擬現(xiàn)實(shí)課堂的沉浸式技術(shù)在教授臨床醫(yī)學(xué)過程中具備一定優(yōu)勢，但作為一項(xiàng)新型技術(shù)，在其應(yīng)用和推廣的過程中總會存在著一些不足：（1）VR技術(shù)的優(yōu)勢是可促進(jìn)醫(yī)學(xué)生們清晰了解人體生理結(jié)構(gòu)并參與操作，但是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)無法完全取代實(shí)物模型與尸體標(biāo)本。因此醫(yī)學(xué)生們?nèi)绻胍e累更多的臨床實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、經(jīng)歷和教訓(xùn)，不能忽略臨床實(shí)踐的必要性。（2）使用基于VR技術(shù)的教學(xué)模式下，學(xué)生需要裝備電子眼鏡、耳機(jī)等專業(yè)設(shè)備，可能會使部分使用者感到眩暈、惡心不適等情況，甚至?xí)l(fā)生暈動癥。（3）購置成本較大。采用沉浸式教學(xué)技術(shù)，購置多臺設(shè)備是必不可少的，因此充足的資金是必不可少的一個環(huán)節(jié)。如何獲得充足的資金，將成為一個需要提前考慮的問題。（4）難以實(shí)現(xiàn)對醫(yī)學(xué)生人文關(guān)懷的教學(xué)。由于部分的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所設(shè)置的環(huán)境是虛擬物，不能完全代替真實(shí)的患者，因此在教學(xué)過程中，會缺乏人際溝通能力方面的培訓(xùn)。可能當(dāng)醫(yī)學(xué)生的操作不規(guī)范，會給患者造成疼痛等不適時，VR系統(tǒng)無法模擬出這些不適場景，醫(yī)學(xué)生也就無法體會到患者的真實(shí)感受，導(dǎo)致無法很好地實(shí)現(xiàn)人文關(guān)懷的醫(yī)學(xué)教學(xué)。此外，基于VR技術(shù)臨床醫(yī)學(xué)課程目前國內(nèi)和國際上并無統(tǒng)一的培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)和考核標(biāo)準(zhǔn)，勢必會影響VR技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)教育中的開展。

5 使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)的應(yīng)用

在臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)中，使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的課堂模式已然成為當(dāng)前醫(yī)學(xué)教學(xué)改革中的一個極具前景的方向。以下將從臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)角度選取幾個典型的案例進(jìn)行分析。

5.1 VR技術(shù)在骨科學(xué)臨床教學(xué)中的應(yīng)用

骨科學(xué)是外科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科之一，專業(yè)性較強(qiáng)。膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)教學(xué)是骨科學(xué)臨床教學(xué)中的重要組成部分，實(shí)踐性較強(qiáng)，故采用傳統(tǒng)臨床教學(xué)模式授課往往效果不佳。來自北京中醫(yī)藥大學(xué)的鄒昆等學(xué)者（2022）[6]通過開展研究，對比了VR技術(shù)模式和傳統(tǒng)臨床教學(xué)模式的授課效果。他們將60名參加膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)臨床課程學(xué)習(xí)的學(xué)生隨機(jī)分為VR技術(shù)模式組和傳統(tǒng)臨床教學(xué)模式組。在VR技術(shù)模式組中，給學(xué)生佩戴VR眼鏡，畫面中會出現(xiàn)膝關(guān)節(jié)CT、MRI等影像資料，從而構(gòu)建出三維虛擬的解剖模型，然后學(xué)生可以在提前制作好的操作視頻中進(jìn)行反復(fù)操作直至熟練掌握每個手術(shù)步驟；傳統(tǒng)臨床教學(xué)模式組則采用傳統(tǒng)的臨床醫(yī)學(xué)授課模式。結(jié)果顯示：VR技術(shù)模式組學(xué)生的膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)考試成績不僅要顯著高于傳統(tǒng)臨床教學(xué)模式組，學(xué)生對課程的滿意度和對膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)的興趣均要顯著高于傳統(tǒng)臨床教學(xué)模式組。因此，采用VR技術(shù)模式授課不僅能提高教學(xué)質(zhì)量和課后學(xué)生對課堂講授知識點(diǎn)的掌握程度，還能激發(fā)學(xué)生對相應(yīng)課程的興趣。

5.2 VR技術(shù)在口腔學(xué)臨床教學(xué)中的應(yīng)用

同骨科學(xué)相似，口腔學(xué)也是專業(yè)性和實(shí)踐性較強(qiáng)的一門臨床課程?？谇唤馄噬韺W(xué)是口腔學(xué)臨床教學(xué)中的重要課程之一。來自空軍軍醫(yī)大學(xué)的覃文聘等學(xué)者（2021）[7]通過三種方法進(jìn)行了研究，分別是（1）授課時，例如在講授牙髓腔形態(tài)一課時，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)重建得牙髓腔，學(xué)生們可以直觀地觀察牙髓腔的形態(tài)。（2）實(shí)訓(xùn)時，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立虛擬實(shí)驗(yàn)室，例如牙體雕刻課程的虛擬實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生們可以進(jìn)行類似真實(shí)的操作。（3）基礎(chǔ)與臨床結(jié)合，通過設(shè)置與臨床相似的場景，例如講解“頜位與下頜運(yùn)動”的原理時，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以讓學(xué)生們將書本上所學(xué)的頜位與下頜運(yùn)動的知識通過臨床情景結(jié)合學(xué)習(xí)與理解。他們總結(jié)：（1）通過改善授課方式，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以明顯增加醫(yī)學(xué)生們的學(xué)習(xí)能動性、趣味性、有效性和參與度，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果。（2）通過優(yōu)化實(shí)訓(xùn)模式，讓醫(yī)學(xué)生們可以用心專注于實(shí)訓(xùn)操作，規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)、改善教學(xué)環(huán)境、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。（3）通過增強(qiáng)書本知識與臨床結(jié)合，能夠確保學(xué)生的注意力得到集中。同時，這還有助于培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考、分析和解決問題的能力，開發(fā)學(xué)生們的創(chuàng)造性思維，鍛煉邏輯推理能力和口頭表達(dá)能力。

5.3 VR技術(shù)在急診醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

在急診醫(yī)學(xué)的臨床教學(xué)中，真實(shí)患者是不可缺少的一部分。來自首都醫(yī)科大學(xué)的李一凡等學(xué)者在《醫(yī)學(xué)教育》雜志發(fā)表論文（2020）[8]，詳細(xì)總結(jié)了VR技術(shù)在急診醫(yī)學(xué)臨床教學(xué)中的應(yīng)用和優(yōu)勢：（1）心肺復(fù)蘇術(shù)、氣管插管術(shù)和深靜脈穿刺術(shù)等是急診醫(yī)師必須掌握的基本操作技能，因此也是急診醫(yī)學(xué)臨床教學(xué)中的重要課程。鑒于這些操作技能實(shí)踐性較強(qiáng)，采用傳統(tǒng)的臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)模式，授課質(zhì)量往往一般或欠佳。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則可以模擬臨床工作場景和虛擬患者，克服傳統(tǒng)臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)模式的弊端。例如，在深靜脈穿刺的授課中，VR技術(shù)讓學(xué)生可以清楚看到要穿刺的血管的位置，隨后開始反復(fù)訓(xùn)練，熟練操作，進(jìn)而提高學(xué)生的掌握程度。（2）培養(yǎng)非技術(shù)技能時，例如培養(yǎng)臨床思維能力、情景意識、領(lǐng)導(dǎo)能力以及團(tuán)隊(duì)合作能力時，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬各類急診室的搶救場景，學(xué)生們依據(jù)病情變化進(jìn)行臨床操作，還可以多人互動合作。（3）進(jìn)行急診創(chuàng)傷的手術(shù)培訓(xùn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以展現(xiàn)可視化的人體解剖模型，讓學(xué)生可以更加清晰地看到手術(shù)部位，操作時，還可以允許學(xué)生犯錯誤。總結(jié)：（1）在培養(yǎng)急診醫(yī)學(xué)技能技術(shù)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以保證學(xué)生熟練進(jìn)行各項(xiàng)急診有創(chuàng)技能操作，真正達(dá)到及時救治患者的目的。（2）在培養(yǎng)急診醫(yī)學(xué)非技能技術(shù)中，可以克服傳統(tǒng)的急診醫(yī)學(xué)培訓(xùn)的缺點(diǎn)，提高學(xué)生們的興趣和教學(xué)效果。（3）在訓(xùn)練急診創(chuàng)傷手術(shù)時，最大的好處在于可以讓學(xué)生反復(fù)訓(xùn)練，真正掌握手術(shù)知識和方法。

5.4 VR技術(shù)在神經(jīng)外科學(xué)臨床教學(xué)中的應(yīng)用

神經(jīng)外科是臨床醫(yī)學(xué)中較為復(fù)雜的基礎(chǔ)課程之一。來自空軍軍醫(yī)大學(xué)的林偉等學(xué)者在《醫(yī)學(xué)教育研究與實(shí)踐》雜志發(fā)表論文（2021）[9]，詳細(xì)總結(jié)VR技術(shù)在神經(jīng)外科學(xué)臨床教學(xué)中的應(yīng)用和優(yōu)勢：在培訓(xùn)手術(shù)技術(shù)時，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以將包括計(jì)算機(jī)斷層掃描、計(jì)算機(jī)斷層掃描血管成像等影像學(xué)數(shù)據(jù)重建，建成三維（3D）影像，然后學(xué)員可以利用這些影像進(jìn)行模擬，更清楚地了解手術(shù)過程中會涉及的神經(jīng)、動脈、皮質(zhì)結(jié)構(gòu)，充分做好術(shù)前準(zhǔn)備。例如，在學(xué)習(xí)開顱動脈瘤夾閉術(shù)時，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以模擬手術(shù)過程中的各種動脈瘤夾的大小、曲度和形狀，最終達(dá)到指導(dǎo)夾取真實(shí)手術(shù)中的動脈瘤夾。因此，采用VR技術(shù)模式授課后，不僅可以使得學(xué)生更好地掌握神經(jīng)外科技術(shù)，與傳統(tǒng)授課模式相比，還能快速提高手術(shù)技能，縮短學(xué)習(xí)時間。

5.5 VR技術(shù)在產(chǎn)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

譚琳（2021）[10]通過研究國內(nèi)外文獻(xiàn)，總結(jié)出相關(guān)方法和研究結(jié)論。方法：（1）仿真教學(xué)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以模擬各種產(chǎn)科急癥處理情況，例如早產(chǎn)，系統(tǒng)設(shè)定一個妊娠35周的患者突發(fā)腹痛到產(chǎn)科急診就診，設(shè)計(jì)好患者與學(xué)員之間的模擬對話。學(xué)員便可以根據(jù)病情，選擇適當(dāng)?shù)臋z查，然后會從系統(tǒng)中獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行臨床處理。（2）產(chǎn)程教學(xué)中，例如在產(chǎn)程中出現(xiàn)緊急的情況，需要及時做出相應(yīng)的處理。此時，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以呈現(xiàn)以上情景，包括產(chǎn)婦的基本情況，醫(yī)學(xué)生或年輕的醫(yī)生可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)反復(fù)操作訓(xùn)練，進(jìn)行實(shí)際操作。（3）產(chǎn)科其他方面，例如利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的模擬器學(xué)習(xí)超聲檢查胎兒生物測量的技能，將胎兒血管解剖變得可視化，還可以對人類胚胎進(jìn)行體積測量，識別早期胎兒的異常發(fā)育等。結(jié)果：（1）通過虛擬場景學(xué)習(xí)，可以充分提高學(xué)員的興趣，更好地增加學(xué)員的參與度，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的效果。（2）在產(chǎn)程教學(xué)中的各種虛擬場景操作，有助于提高年輕醫(yī)生將知識和臨床相結(jié)合，為今后的獨(dú)立操作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。（3）針對產(chǎn)科其他方面的應(yīng)用，研究表明，VR技術(shù)具有一種成本效益的培訓(xùn)練習(xí)。

6 小結(jié)

本文選取了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在骨科學(xué)、口腔學(xué)、急診醫(yī)學(xué)、神經(jīng)外科學(xué)以及產(chǎn)科學(xué)等臨床醫(yī)學(xué)課程教學(xué)改革中成功應(yīng)用的案例。隨著科技的發(fā)展和技術(shù)的革新，采用VR沉浸式技術(shù)的醫(yī)學(xué)課堂可能可以克服傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)課堂的種種的弊端，將傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)課堂中的知識點(diǎn)以動態(tài)方式呈現(xiàn)，提高學(xué)生對于學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)知識的積極性，從而提高課上和課后學(xué)生對于醫(yī)學(xué)知識的興趣，還能夠活躍醫(yī)學(xué)課堂的學(xué)習(xí)氣氛，顯著提高醫(yī)學(xué)課堂的教學(xué)效果和質(zhì)量，并降低了授課老師的備課時間。當(dāng)然，目前使用VR沉浸式臨床教學(xué)還存在著成本較高、缺乏統(tǒng)一的評判標(biāo)準(zhǔn)等不足。但從長遠(yuǎn)發(fā)展的視角來看，隨著時代的不斷發(fā)展，科技的不斷進(jìn)步，我們有理由相信，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)會不斷地更新完善，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的 VR沉浸式教學(xué)模式將被越來越多地運(yùn)用于臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)改革的各個領(lǐng)域中，進(jìn)一步促進(jìn)我國臨床醫(yī)療質(zhì)量的提升。