涉農(nóng)高校模擬仿真課程在小動物疾病教學中的應用

王 琪，張 勇，趙興緒

(甘肅農(nóng)業(yè)大學 動物醫(yī)學院，甘肅 蘭州 730070)

1 小動物疾病學的教學現(xiàn)狀

小動物疾病學是一門綜合性極強的臨床課程，包括理論和實踐兩部分，理論課的內容主要側重于一些傳染性疾?。ㄈ翢帷⑷毿〔《静?、犬傳染性肝炎、貓瘟及貓傳染性腹膜炎等）、寄生蟲疾病、內科疾病及外產(chǎn)科疾病的預防、診斷和治療。課程教學內容囊括的知識面廣，包括小動物內、外、產(chǎn)科、中獸醫(yī)、臨床診斷、傳染病學、微生物學和寄生蟲學等。傳統(tǒng)的獸醫(yī)專業(yè)很少有單獨的小動物疾病學教學課程，而且與小動物疾病有關的內容及元素主要與大動物（馬、牛、羊和豬）相結合。并且小動物疾病學理論課學時少（以甘肅農(nóng)業(yè)大學動物醫(yī)學專業(yè)為例，理論學時為24學時），涵蓋的疾病多，內容廣，存在滿堂灌的現(xiàn)象（圖1）。此外，小動物疾病學內容實踐性極強，僅憑在課堂上進行的理論講解，顯得枯燥乏味，不容易引起學生的興趣，從而難以達到學以致用的目的，單純的課堂講授也難反映小動物疾病學科的最新研究進展，而且，小動物疾病學臨實驗課時短（8學時），實驗人數(shù)多，實踐機會少，理論幾乎與實踐脫節(jié)；同時，還受到教學條件的影響，許多病例“可遇不可求”。傳統(tǒng)的板書、PPT講解及視頻觀摩，很難使學生在有限的理論學習期間掌握和理解疾病的癥狀及臨床特征。一般而言，小動物疾病中除了傳染病多之外，產(chǎn)科和外科疾病大多數(shù)是需要進行手術治療，而且外科手術講究嚴格的無菌操作，因此理論課或實踐課時少的學生不能完全理解無菌的含義，同時，獸醫(yī)也與人醫(yī)一樣，存在相應的?？?，如骨科，神經(jīng)外科，放射科，生化檢驗科，影像（B超），泌尿，內窺鏡等。小動物疾病學的普及為高校小動物疾病學教學和科研，為臨床教師和醫(yī)生開展臨床教學實踐、為培養(yǎng)合格的獸醫(yī)專業(yè)人才起到了舉足輕重的作用，因此，使用虛擬仿真技術受到了廣大學生、老師及寵物養(yǎng)殖愛好者的青睞，讓教和學更加便捷和自由。

圖1 傳統(tǒng)教學老師、學生和課本之間的關系

2 虛擬仿真在小動物疾病教學中的應用

虛擬仿真（手術）主要以借助計算機、利用多媒體、網(wǎng)絡通信、虛擬現(xiàn)實、數(shù)據(jù)庫、人機交互、計算機視覺及數(shù)學建模分析等技術結合現(xiàn)代醫(yī)學手段，是一種新型的現(xiàn)代化的教學模式，也是遠程信息化教學的一種展現(xiàn)，人們利用虛擬仿真技術和現(xiàn)代化信息技術，借助教育或學校等機構對學生進行現(xiàn)代虛擬教育的一種新型教學理念，因此，引入虛擬仿真手術模式對提高教學效果十分有必要[1]。虛擬仿真手術教學能將小動物疾病學的教學內容在制成多媒體課件、網(wǎng)絡視頻和電子教案等的基礎上[2,3]，通過上傳到網(wǎng)絡平臺進行遠程學習，也可以通過VR技術、SSD技術等將那些比較晦澀、難懂的內容以聽覺、視覺、感覺和實踐的形式直觀的通過對各種組織進行切割和組合，完整的實現(xiàn)手術過程的展示，同時會對模擬手術給出精準的手術數(shù)據(jù)，以利于現(xiàn)實手術順利的完成。

目前，常見的介于傳統(tǒng)和虛擬教學方式之間的教學模式或教學手段（混合式教學）有：視頻廣播（如騰訊視頻和網(wǎng)易云視頻等）、WEB教材、線上視頻會議（釘釘和騰訊視頻會議等，它們利用網(wǎng)絡的及時性和普遍性完成授課，在疫情肆虐的今天，視頻教學讓同學和老師在無法面對面授課的情況下完成了教與學的過程，大大降低了疫情對教育教學帶來的損失）、MOOC平臺（如，中國農(nóng)大，浙江大學等，MOOC平臺實現(xiàn)了資源最大化的利用）、多媒體素材、論壇（BBS論壇、小木蟲論壇、丁香園和生物谷等）、聊天室（QQ和微信通信等，可以發(fā)送一些與教學相關的教材或授課內容等）、e-mail等。目前，最流行的是清華大學研發(fā)的微信“雨課堂”，它可以通過知識點的添加、重難點劃分、課堂題目檢測、課堂互動設計和課后作業(yè)布置[4]。此外，同學們在上課前可以進行簽到，同時老師在該系統(tǒng)中可以添加習題集，討論區(qū)和分組互動等，并且在操作頁面可添加課堂欄、各類試卷和公告等[5]，并且還可以在課程教學中還添加了限時答題、彈幕互動、課堂回答等環(huán)節(jié)，實時檢驗學生的學習效果，在答題結束之后還有紅包福利。雖然，這種教學方式激發(fā)了學生的學習興趣，有趣的彈幕環(huán)節(jié)更能使學生融入到課堂中，使學生們能積極的參與到教和學的過程，也增加了學時和老師、學生和學生之間的互動性。老師們可以通過學生的反饋信息來掌握學生知識點的掌握情況，讓老師及時對教學方法和內容進行調整[6]。

小動物疾病學教學中虛擬仿真手術有著不可替代的作用，我們可以通過網(wǎng)絡多媒體平臺不斷收集臨床手術病例的視頻和圖片資料，同時利用影像數(shù)據(jù)資料，重新構建三維模型，通過計算機模擬手術，準確計算手術的時間，預測手術的恢復效果[7]，預測最佳的手術方案與手術通路，同時可以準確判斷病灶的空間位置、病灶的大小、病灶的幾何形狀及與周圍健康組織的空間關系等。而計算機系統(tǒng)可以提供老師與學生們之間的在線探討、提問和討論等方式，加強與學生的交互性，同時后臺可以將實時數(shù)據(jù)反饋給老師，讓老師更加了解學生對該手術及該疾病的掌握就熟練程度等，同時還可以提高學生的學習興趣。通過各種手段，加強小動物外科手術基本功的訓練。臨床上常見的手術，一般由術前準備，術中（主手術）及術后護理三部分構成，而虛擬仿真手術系統(tǒng)可以自動設定上述三個部分，一個部分違規(guī)操作或不合格將無法進行下一步操作，這樣有利于學生們熟練掌握手術的正常流程等。例如，常見的犬的絕育手術等，在手術之前，學生們可以先觀看典型手術錄像過程，然后，通過VR技術參與到術前的準備（犬的保定、麻醉、術部消毒及鋪設創(chuàng)巾）、主手術（皮膚的切開、肌肉的逐層分離（腹內斜肌、腹橫肌和腹外斜?。?、腹膜的鈍性分離、卵巢、輸卵管、子宮和血管就闊韌帶的結扎，及術后的護理等。目前，部分高等院校借助動物醫(yī)院開發(fā)完成的虛擬仿真手術有犬、貓的胃切開術、犬貓的去勢術、犬貓的絕育術、犬貓等腸管端端吻合術和拔牙術等臨床常見的寵物手術，不同手術的主手術過程不一致，在真正的實訓教學安排之前，根據(jù)不同手術需求進行該項目的術前準備訓練。在該項目中，學生需完成虛擬仿真手術操作過程，涵蓋組織分離、止血和閉合等操作。然后，老師再通過實體手術演練示教，讓同學們掌握關鍵環(huán)節(jié)及注意事項。此外，我們還可以舉一反三，利用犬、貓和兔子等中小動物，開展膀胱切開術、犬聲帶切除術、胃腸人工修補術等手術，切實提高了學生動手操作和自主完成能力[8]。而對于一些?？萍膊。绻强?，神經(jīng)外科等我們可以構建相應的三維虛擬實驗進行模擬（圖2）[7]。

圖2 虛擬手術實驗網(wǎng)絡教學系統(tǒng)結構圖（引自邱峰，2009，現(xiàn)代教育技術）

3 虛擬仿真教學的優(yōu)缺點及意義

3.1 優(yōu)化教學方法，激發(fā)學生主動學習的興趣

在傳統(tǒng)教學的基礎上，借助虛擬仿真教學更加優(yōu)化了教學方法，調動學生學習的主觀動機和學習興趣，可以使學生由以往的被動接受知識到自己主動學習新知識，激發(fā)了學生的學習動力，提高了學生的興趣和學習效果[9]，同時也拓寬了學生學習的知識面。

3.2 提高了課堂的利用率，增加了學習成效

小動物疾病學包含大量的外科手術和臨床診斷學內容，需要理論和實踐緊密結合[10]。在某個病例存在的情況下，老師可通過網(wǎng)絡多媒體及虛擬仿真技術進行多種形式（視頻、圖片和動畫等）的教學。同學們可以通過模擬疾病的發(fā)展歷程，擬定手術計劃和方案，使得該病更加形象的展現(xiàn)在學生的面前，讓學生親眼目睹該病的特征病變、診斷方法及手術治療過程，進而豐富了教學內容，促進了學習效果[11]。

3.3 彌補傳統(tǒng)教學的不足，有利于疾病的學習和診斷

對于實踐性較強的小動物疾病學課程來說，示范教學、視頻觀摩及虛擬模擬教學均有助于加強理論和實踐的融合。虛擬仿真教學可以通過直觀的視覺方式，加深對疾病的診斷、治療及預防的體驗。如脫臼和骨折等疾病，很難通過語言講授使學生理解和掌握，老師們可以通過自己的臨床經(jīng)驗、寵物醫(yī)院的病例借助虛擬仿真（虛擬脫臼、骨折及手術過程）既節(jié)省了時間，也對病例進行了全面的分析，而且容易引起學生的學習興趣，使小動物疾病學教學手段、教學方式和教學效果有了一個質的飛躍，它與傳統(tǒng)教學模式相比，更能培養(yǎng)學生綜合分析能力、獲取知識的能力及動手操作能力[12]。

當然，任何一種教學方式都有兩面性，虛擬仿真教學也不例外，如缺少傳統(tǒng)教學中，學生和老師面對面的情感交流，使同學們容易形成一種機械性的思維；而且，虛擬仿真教學中網(wǎng)絡信息量大，存在大量的暴力、黃色和不安全信息，如果學生自律性差，且不合理和規(guī)范的使用網(wǎng)絡，會導致學生身心健康受到危害，也會導致學生財產(chǎn)損失、更嚴重的可能危害國家安定等。其次，虛擬教學是信息化的教學過程和方法，注重的是信息化和現(xiàn)代化，而對于一些偏遠地區(qū)或實驗條件落后的學生來說無疑是雪上加霜。而且，虛擬仿真教學也可能使學生產(chǎn)生視覺疲勞，容易出現(xiàn)頭暈、惡心和其它身體不適等情況。故而我們應該合理的利用虛擬仿真教學。

4 展望

虛擬仿真教學與傳統(tǒng)教學構成了完整的實驗教學體系，虛擬仿真教學在傳統(tǒng)教學的基礎上改變了的課堂教學環(huán)境，提高了教學信息的獲取途徑，增強了教學內容的豐富度，提高了教學成效，為小動物疾病學的教學和實踐注入了新的活力和生機，同時也成為了獸醫(yī)教學過程中重要的評價體系。同時，在很大程度上減少了實驗設備和教學空間的浪費，節(jié)約了教育成本，改善了教育教學環(huán)境。但虛擬網(wǎng)絡教學仍要和傳統(tǒng)教學方法結合，在保留傳統(tǒng)教學優(yōu)點的基礎上，把握好老師為主導，學生為主體的原則，不斷地提高教學效果，吸取傳統(tǒng)的教學模式中的精華，總結經(jīng)驗，進而更好地使用虛擬仿真技術進行教學。然而，教學改革或方法的轉變，是一個長期而艱巨的任務，需要我們獸醫(yī)教育工作者不斷地探索，在探索和實踐中我們需要慢慢尋找適合學生自己的教學模式和方法。