基于5G技術的醫(yī)護專業(yè)VR教學與應用模式初探

肖桂霞 明文

摘要：近年來，虛擬現(xiàn)實技術在醫(yī)護專業(yè)領域得到了廣泛的關注，隨著5G技術的商用與持續(xù)發(fā)展，使得遠程手術、超高清遠程互動教學、高速沉浸式教學等得以實現(xiàn)，現(xiàn)有的“真人真做”“模型人實驗”等教學和實訓模式將面臨重大變革。利用5G、VR/AR、4K/8K 超高清視頻等技術，改善現(xiàn)有醫(yī)護專業(yè)實踐操作條件，獲得真實又便捷的操作體驗，將成為未來醫(yī)護專業(yè)領域實訓室建設的重要方向。研究基于5G技術的醫(yī)護專業(yè)VR教學與應用，探索新技術背景下此類專業(yè)教育教學創(chuàng)新變革，具有非常重要的意義。

關鍵詞： 5G;VR;醫(yī)護學;沉浸式教學

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）14-0097-02

隨著信息技術的不斷發(fā)展，教育行業(yè)也不斷深入變革。各種信息技術的場景化教學應用，致力于讓教學環(huán)境可感知，讓教學過程海量數(shù)據(jù)可分析，教學評價、決策及時有效。個性化的師生服務受到教育行業(yè)的廣泛關注。2020年3月，國家發(fā)改委辦公廳及工業(yè)和信息化部辦公廳發(fā)布了《關于組織實施2020年新型基礎設施建設工程（寬帶網(wǎng)絡和5G領域）的通知》，提出要打造基于5G的智慧教育應用，重點開展5G+超高清遠程互動教學、AR/VR沉浸式教學、全息影像課堂、遠程教學督導等業(yè)務。

目前VR技術在醫(yī)學教育領域的研究仍處在初級階段，很多學者都致力于虛擬教學環(huán)境的搭建、虛擬仿真教學應用等[1]。如羅偉等研制了一種虛擬現(xiàn)實的腹腔鏡培訓系統(tǒng)，采用分組對照的方法進行應用和分析[2]。謝暉等討論了如何建立基于虛擬技術的醫(yī)學實驗室， 研究了基于虛擬技術進行醫(yī)學實驗教學的情況[3]。劉尚輝通過構建開發(fā)和渲染平臺、三維沉浸式顯示系統(tǒng)、三維交互系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)等組件，建設了一套醫(yī)學的VR實驗系統(tǒng)，讓學生能夠通過佩戴各種虛擬現(xiàn)實穿戴式設備進行沉浸式的體驗學習和交互，有助于加深理解、攻克難點，促進學習興趣，提高學習質量[4]。王海燕、田繼紅、羅溪等積極探討VR技術在高等醫(yī)學教育中的應用，以及在5G等新技術背景下醫(yī)學教育的未來趨勢等[5-6]。張新萍，李威等在VR護理教學中應用也做了不少大膽嘗試[7-8]。

盡管基于VR技術的醫(yī)學類課程教學應用已經(jīng)比較廣泛，但仍存在應用不深入、實踐創(chuàng)新性不足等問題。部分高校在項目操作上引入了VR技術，但推廣到教學第一戰(zhàn)線，還存在很大阻力，究其原因，主要有以下幾點：

1）設備笨重，精度不高，有眩暈感，體驗感差。設備笨重，現(xiàn)有VR操作手柄和操作桿未能擺脫有線的束縛，立體顯示和傳感器技術有待進一步發(fā)展，跟蹤精度和跟蹤范圍有待提高，使用眩暈，無法長時間佩戴;

2）網(wǎng)絡要求高，延時大。VR動態(tài)場景構建和實時三維圖形數(shù)據(jù)傳輸量非常大，現(xiàn)有網(wǎng)絡連接仍以有線和801.11b/g/n無線為主，網(wǎng)絡帶寬不夠，延時較高;

3）成本難以控制。資源庫的建設耗時長，成本高，現(xiàn)階段VR設備尚未占據(jù)教學一線，未能量產(chǎn)，成本難以控制;

4）VR教學評價體系尚未形成。現(xiàn)有的VR教學模式無法沉淀大量的醫(yī)學教學數(shù)據(jù)，實驗過程和結果數(shù)據(jù)很難監(jiān)控和采集，教學評價無法量化和追溯。

本文利用5G網(wǎng)絡，將VR教學實訓云平臺與沉浸式學習體驗示范區(qū)進行適配聯(lián)動，并進一步完善醫(yī)護類專業(yè)虛擬仿真課程資源庫建設、大數(shù)據(jù)診斷與改進體系建設，在學院醫(yī)護專業(yè)建設模式和教育教學改革上進行創(chuàng)新試點，最終讓師生擁有高度的沉浸感，使學生獲得自然而真實的學習體驗，同時根據(jù)整個實驗過程的數(shù)據(jù)采集與分析，診斷與改進，建立可量化和追溯的評價體系，及時感知專業(yè)建設瓶頸與需求，逐步完成傳統(tǒng)教育的變革。

1基于5G技術的醫(yī)護專業(yè)VR教學與應用模式

5G技術的發(fā)展給VR技術的應用帶來了新的曙光，為VR賦能，云VR應運而生，VR將不再需要龐大的VR主機，解決了設備應用和管理的痛點。本文利用5G網(wǎng)絡，采用云VR部署，集運營商、VR廠商和院方三方優(yōu)勢，合作共建醫(yī)護類專業(yè)虛擬仿真教學資源庫，共創(chuàng)醫(yī)護類專業(yè)VR教學模式，建立可量化和追溯的虛擬仿真教學評價體系，探索傳統(tǒng)教育的革新。

1.1 與運營商合作，全面鋪開學院5G網(wǎng)絡基礎建設

隨著5G基站入網(wǎng)正式開閘獲批，5G網(wǎng)絡建設將呈井噴式增長趨勢，各級政府印發(fā)關于加快推進第五代移動通信網(wǎng)絡建設發(fā)展的若干政策和措施，其中明確指出，要增強全社會對網(wǎng)絡基礎設施建設的認識，提升對5G網(wǎng)絡基礎設施的理解和支持，推動形成5G建設良好氛圍。對校方來說，配合運營商積極推進園區(qū)5G網(wǎng)絡基礎設施建設是我們的責任，也是我們的機遇。乘著這股建設東風，為學院教育信息化鋪上更快更寬的網(wǎng)絡軌道，全面提升學院無線網(wǎng)絡質量，校園內上課時間段網(wǎng)絡課程和視頻這種井噴式流量增長的難題將迎刃而解，另一方面，使視頻直播和互動更為流暢，為遠程教學，沉浸式和混合式虛擬現(xiàn)實教學等創(chuàng)新教育奠定了良好的基礎。

1.2 與VR廠商合作，開發(fā)醫(yī)護專業(yè)課程資源庫，打造典型應用

教育是社會進步永恒的主題，智能教育是教育現(xiàn)代化發(fā)展的重要戰(zhàn)略方向。目前，遠程互動教學、虛擬現(xiàn)實沉浸式教學、AI（人工智能）教育教學評測和校園智能化管理是‘5G+智能教育’的四大重點應用，其中，VR應用占到一半以上。校企合作，打造典型應用并推而廣之是在教育行業(yè)能快速發(fā)展最有效的模式。

與VR廠商的合作共建，分批次建立醫(yī)護類專業(yè)虛擬仿真課程資源庫，構建醫(yī)護類專業(yè)虛擬仿真實訓云平臺，建設沉浸式學習體驗示范區(qū)。第一批先對護理基本技術的各項技能操作及操作實體進行3D建模和虛擬仿真，對整個操作過程進行技能點分解，核定操作順序與要點，用于實訓云平臺的線上教學與考核，再做VR設備的資源包適配，并進行定標、原高清畫質還原、全景渲染、評價體系搭建等，用于VR沉浸式體驗學習，進而逐漸拓展到醫(yī)護類其他基礎課程，最后將課程資源庫投放云端，制定標準接入規(guī)范，其他VR經(jīng)過授權后可接入使用云端課程資源。

虛擬仿真實訓云平臺與沉浸式學習體驗共用一個課程資源庫，并進行適配聯(lián)動，云平臺用于大規(guī)模日常教學與實訓、自主學習、課程考核等，結合預約制，將掌握了基本操作步驟和技巧的學生們逐步引流至沉浸式學習體驗示范區(qū)，鞏固操作要點，加深實操感受，記錄和反饋學生們的實操情況，閉環(huán)理論學習-技能學習-實操體驗-評價反饋整個學習過程。

1.3 開發(fā)VR云端服務，打造輕量化可配置的VR學習終端

5G技術的推動，為VR賦能，云VR應運而生。利用5G高速度、大容量、低延時等特征，深度挖掘沉浸式體驗教學，建設逼真的學習環(huán)境，打造不受空間限制的輕量化VR學習終端，發(fā)揮遠程教育的作用，實現(xiàn)對個性化學習的有效指導。

首先通過分離VR服務器，將課程資源庫投放云端，借助云端彈性資源，保障VR數(shù)據(jù)存儲和處理效率;其次通過5G網(wǎng)絡實現(xiàn)高速資源下載和數(shù)據(jù)上傳;再次逐步改造笨重龐大的VR設備，摒棄操作臺和操作手柄，將所有實操需要的工具進行VR化，打造輕量化可配置的VR眼鏡和VR手套，并建立預約使用和設備借用歸還管理體系，學生學習不再受時間和空間的限制，極大方便學生的自主學習。不僅能量化操作成績，VR操作還能同步進行視頻錄制和回看，利于進行個性化指導。

1.4 采集VR教學全過程數(shù)據(jù)，推動教學診斷與改進體系

將VR引入日常教學，讓師生擁有高度的沉浸感，使學生獲得自然而真實的學習體驗，同時建設大數(shù)據(jù)診斷與改進平臺，對接職教云和學院教務管理系統(tǒng)，采集實訓云平臺和VR學習體驗的過程和結果數(shù)據(jù)，建立可量化和追溯的評價體系，閉環(huán)理論學習-技能學習-實操體驗-評價反饋整個學習過程，及時感知學習需求和專業(yè)建設瓶頸，調整教學與專業(yè)建設方向，同時推動教學方式的創(chuàng)新，提高學生培養(yǎng)質量，逐步完成傳統(tǒng)教育的變革。

2 結束語

本文以學院健康服務專業(yè)群（湖南省一流特色專業(yè)群建設項目）為試點對象，首先選取護理基本技術為試點課程開展研究。建設護理基本技術云端課程資源庫，并重點針對皮內注射、肌肉注射、靜脈輸液、靜脈留置針技術、洗胃技術、灌腸技術、鼻飼技術、導尿技術及護理、經(jīng)氣管插管/氣管切開吸痰法、經(jīng)鼻/口腔吸痰法等這十項操作進行VR聯(lián)動適配，進行VR教學試點，為學院教育教學改革創(chuàng)新提供新思路。

到目前為止，虛擬仿真實訓云平臺和教學診斷與改進平臺已經(jīng)建設完成，用于日常常規(guī)教學與實訓，對于促進學生快速掌握操作技能要點和順序以及常見問題糾正等方面很有幫助，師生反應良好。VR適配工作正在進行，VR設備的輕量化和體驗感還有待提升，VR頭顯畫面及光學調節(jié)能力仍是難點。

參考文獻：

[1] 沈陽，郝愛民，孫尚宇，等.虛擬現(xiàn)實技術在醫(yī)學教育中的場景應用研究——基于79篇實驗研究論文的系統(tǒng)分析與元分析[J].中國電化教育，2020（8）：107-118.

[2] 羅偉，吳明燦.基于虛擬現(xiàn)實技術的腹腔鏡操作培訓系統(tǒng)的研制[J].中國醫(yī)療設備，2013，28（11）：117-119.

[3] 謝暉，周彬，毛靖，等.基于虛擬技術的醫(yī)學實驗室研究[J].醫(yī)學教育探索，2005，4（5）：323-324.

[4] 劉尚輝，婁巖，劉佳，等.基于醫(yī)學教學的虛擬實驗室建設與應用[J].中國醫(yī)學教育技術，2015，29（6）：639-641.

[5] 田繼紅，蔣岱.從虛擬現(xiàn)實（VR）發(fā)展看未來醫(yī)學教育的變革[J].中國管理信息化，2017，20（6）：209-210.

[6] 王海燕.5G時代臨床醫(yī)學專業(yè)教育教學改革應用研究[J].科技經(jīng)濟導刊，2020，28（15）：117，126.

[7] 張新萍. 構建互聯(lián)網(wǎng)5G時代PICC置管及維護培訓體系的全新技術（VR和AR環(huán)境）[A]. 上海市護理學會.第四屆上海國際護理大會論文匯編[C].上海市護理學會：上海市護理學會，2019：2.

[8] 李威.虛擬現(xiàn)實技術背景下情景模擬教學法在護理學教學中的應用與改良[J].護理研究，2018，32（16）：2649-2652.

收稿日期：2021-05-28

基金項目：常德職業(yè)技術學院項目（ZY2104）;湖南省教育廳科學研究項目（20C0252）

作者簡介：肖桂霞（1983—），女，湖南常德人，副教授，碩士，主要研究方向為教育信息化、網(wǎng)絡安全;明文（1988—），女，湖南常德人，副教授，碩士，主要研究方向為教育信息化。