虛擬現實技術聯合翻轉課堂教學在整形外科教學中的應用

文雪 許學文

整形外科在近幾十年的發(fā)展中經歷了從最初的修復手術到目前各種精細的美容手術的技術革命[1]。整形外科醫(yī)師不僅需要掌握人體多種器官/組織錯綜復雜的解剖結構，針對各類缺損/缺陷制定個體化的重建方案，同時還需要根據不同患者的審美標準靈活調整手術策略，這對未來的整形外科醫(yī)生在專業(yè)技術方面提出了更高的要求[2]。然而目前，我國整形外科的教學模式仍然存在“重理論、輕實踐、難理解”等不足[2]。如何在課堂上提高學生的學習主動性、培養(yǎng)學生的學習興趣、幫助學生實現從理論知識到臨床實踐的高效轉化，是整形外科教學中亟待解決的難題[3]。21 世紀初，隨著在教育認知上的改觀，人們更加重視自主學習和終身學習能力的培養(yǎng)[4]。翻轉課堂（flipped classroom）教學模式則在這一大環(huán)境中誕生。此外，利用現代化信息技術如虛擬現實（virtual reality）技術，可幫助學生快速且全面地了解所學領域的前沿知識，這將大幅提高學生的學習效率與學習興趣，也將更有利于翻轉課堂教學模式的順利實施[5]。因而，將虛擬現實技術結合翻轉課堂，將有助于建立一種新的以學生自主學習為主的高效教學模式，這也可能是未來整形外科教學的新方向。本文將總結虛擬現實技術聯合翻轉課堂教學模式在未來整形外科教學中的應用展望。

1 當下整形外科教學模式的挑戰(zhàn)

近十年來，在外科醫(yī)療技術的高速發(fā)展與市場求美需求的迅速擴增下，整形外科的治療方式也飛速革新[6]。同時，醫(yī)美市場的激烈競促使社會從大眾審美向個性化審美的需求轉變[6]。這對整形外科醫(yī)生的培養(yǎng)要求與專業(yè)水平提出了更高的標準。然而，目前的整形外科教學過程中仍存在以下挑戰(zhàn)。

1.1 復雜解剖結構的解析難度大

整形外科專業(yè)所涉及的人體器官/組織廣，因而要求醫(yī)生掌握各個器官/ 組織的解剖結構是最基本的要求[7]。以面部解剖為例，面部肌肉、血管、神經的分布以及各亞單位的結構和功能均是面部美容的基石[7]。然而，目前課堂上對面部解剖的講解模式還停留于二維平面上，學生對所講授內容的掌握程度有賴于教師的描述方式與學生的三維想象力，這極大地加大了教師的授課難度與學生的理解難度。二維平面的講授甚至會使課程顯得枯燥乏味，進一步澆滅了學生的學習興趣，對學生的自主學習造成了極大的阻礙[8]。然而，隨著教育教學工作的發(fā)展，將學生視為教學的主體，提高學生的學習能動性、培養(yǎng)學生的終身學習能力是時代發(fā)展的需求[4]。因此，開拓新的教學方法以幫助學生理解復雜而又枯燥的解剖理論，對于提高學生的學習興趣與學習積極性、充分發(fā)揮學生在學習過程中的主觀能動性，起著關鍵作用。

1.2 實踐教學中場地與設備的限制

整形外科是一門對醫(yī)生的操作技術要求非常高的精細學科，這離不開大量的模擬練習與臨床實踐。然而，多數整形美容涉及的儀器少則數萬，多則數十萬甚至百萬，加上儀器維護與保養(yǎng)等成本，使得高校無法配置相關設備[9]。其次，在一些復雜的器官或組織缺損/缺陷的修復中，由于不同部位、不同程度甚至不同原因造成的創(chuàng)面的修復方式不盡相同，需要醫(yī)生根據經驗制定個體化的修復方案，這也要求醫(yī)生具備扎實的基礎知識、大量的手術經驗和靈活的應變能力[9]。然而，由于整形外科病種繁雜多樣、臨床患者特異性較高，其疾病治療的學習缺乏可重復性。因此，臨床前的學習和實踐顯得尤為重要[10]。而在目前的整形外科教學中，仍主要使用幻燈片（power point，PPT）、書本、或視頻的形式呈現儀器或手術的操作過程。由于練習場地與設備的限制，嚴重影響了實踐教學的實施與課后練習，使得學生的學習僅僅停留在理論層面，而無法將理論與實踐結合，實則是紙上談兵，久而久之學生將遺忘所學理論知識，這是當下整形外科教學中存在的最大問題之一[10]。解決該問題的關鍵途徑，一則擴建教學場所，并完善相關教學設備的配置；二則利用現代化信息技術，在不受場地與設備限制的情況下幫助學生完成課后的實踐操作等練習。顯然后者所需的投入資本更低，而長期回報率更高。

1.3 個性化審美的培養(yǎng)周期長

隨著社會的審美趨勢由大眾審美向個性化審美的轉變，醫(yī)生的審美水平也必須隨之提高，才能滿足求美者的個體化需求。審美水平的提升往往需要一個較長的周期，且需要醫(yī)生在治療過程中不斷觀察、思考和總結[11]。這就要求在未來的教學過程中要更加注重培養(yǎng)學生的自主學習和思考的能力以及終身學習能力。然而，在傳統的整形外科教學模式中，主要由教師根據自身的美學經驗向學生傳授美學知識，例如三庭五眼的比例，腰臀比例等等[10]。學生在接收這些數值后缺乏自己的判斷和思考，可能會機械地按照所謂的標準比例進行整形手術，而忽略了求美者本身的基礎條件和需求，甚至可能使學生對教科書上的知識產生依賴而失去創(chuàng)造力[12]。毋庸置疑的是，結合患者自身條件和患者個人要求來設計手術并保留其辨識度是今后醫(yī)美的主流趨勢，因而如何高效地培養(yǎng)出具有高審美水平的優(yōu)質醫(yī)生成為當下整形外科教學的又一大挑戰(zhàn)[13]。在當下的整形外科醫(yī)師培養(yǎng)模式中，醫(yī)生主要通過大量臨床經驗的積累來培養(yǎng)自身的個性化審美，因而周期頗長。然而，如若在整形外科的教學當中融入相關教學內容，則可更好更快地促進其審美水平的提升與審美體系的構建。因此，利用現代化信息技術，使學生在不同人體模型與臨床場景中進行大量練習與經驗積累，是解決該問題的有效方法之一。

2 基于虛擬現實技術的翻轉課堂教學模式應用于整形外科教學中的優(yōu)勢

翻轉課堂是指學生在課前通過相關資料提前學習教學內容，課堂上師生互動完成知識內化的現代教學模式[14]。這一教學模式的理論基礎包括布盧姆的掌握學習理論，賽輪的學習風格理論，愛德加·戴爾德學習金字塔理論以及讓·皮亞杰的構建主義理論[15]。相比于傳統教學模式，翻轉課堂教學在教學方式與教學地位上均有所不同[16]。在教學方式上，傳統教學的授教過程主要在課堂中完成，課后學生再對所授內容進行消化；而在翻轉課堂教學模式中，學習過程主要在課前學生自主完成，隨后在課堂討論中完成知識的內化[16]。在教學地位上，傳統教學模式中學生處于被動地位，教師是授課的主要執(zhí)行者。而在翻轉課堂模式中，由教師引導學生進行自主學習，適時答疑解惑，學生是教學的執(zhí)行者而教師是監(jiān)督與引導者[16]。顯然，翻轉課堂教學模式更有利于調動學生的學習主動性，培養(yǎng)學生的自學能力與終身學習能力[17]。目前，翻轉課堂教學模式已逐步引入醫(yī)學教育中，并取得顯著的教學效果[18]。但其在整形外科教學中的應用仍較為有限。由于翻轉課堂教學的實施受限于學生的自覺性及其對所學課程的興趣程度，因而，利用現代化教學技術如虛擬現實技術則可幫助學生在自主學習過程中對學習內容的理解與興趣培養(yǎng)。虛擬現實技術起源于20 世紀90年代，又稱靈鏡技術，是一種借助計算機等設備模擬的三維視覺、觸覺、嗅覺等感官體驗的仿真系統[19]。相比于傳統教學方法，虛擬現實技術可為學生提供具身學習環(huán)境，從而使學生通過參與活動，在與模擬環(huán)境相互作用的過程中獲得經驗來建構知識[19]。近年來，繼2017 年教育部提出在“十三五”期間建設10 個國家級的虛擬仿真一流課程的要求，虛擬現實技術也逐步應用于醫(yī)學教育中[19-20]；虛擬仿真一流課程也是我國高等學校教育“六卓越一拔尖”計劃中“雙萬計劃”一流課程之一，足以見得國家對虛擬現實技術在育培行業(yè)中的重視。根據已報道的教學效果，無論是虛擬現實技術還是翻轉課堂教學模式在課堂中的應用，均可顯著提高學生的學習效率，得到了師生的一致性認可[21-22]。而基于虛擬現實技術的翻轉課堂教學模式也許可將整形外科的教學效率提升到一個新的高度。概括來講，相較于傳統的整形外科教學，基于虛擬現實技術的翻轉課堂教學模式具有以下優(yōu)勢。

2.1 在三維立體空間呈現復雜的解剖結構，降低課前自主學習難度

首先，在課前，利用虛擬現實技術呈現復雜的解剖結構，不僅有利于學生對各器官/組織的不同層次的解剖的理解與掌握，如面部不同層面的解剖構成；還可幫助學生在三維維度上記憶器官/組織的整體解剖結構，例如面部重要的血管、神經在不同層面的走行、分支等[23]。此外，在課堂中，利用虛擬現實技術將幫助學生與教師在可視化的基礎上進行討論和互動，使得教學過程更為直接和高效。因此，在三維立體維度中呈現復雜的解剖結構，不僅有利于學生在課前的自主學習，也大大降低了課堂上教師的授課難度，從而大幅提高授課效率，這也將為后續(xù)的實踐課程打下堅實的基礎[23]。

2.2 在模擬場景中供學生實踐練習，有利于課堂上的知識內化

在整形外科的實踐教學中，最好的模式就是在安全的環(huán)境中進行手術模擬。如此學生既不會因為技術生疏而感到緊張，患者的安全也不會受到威脅，從而避免了大量的醫(yī)療糾紛，實現從基礎到臨床的平穩(wěn)過渡[24]。虛擬現實技術可在計算機模擬的手術環(huán)境中，利用高保真人體模型，供學生進行剪、切、縫等基本操作。各種復雜的疾病模型的治療過程也可在虛擬現實技術的加持下反復進行操作、討論、總結和再操作。這種即時反饋模式不僅可以促進學生在實踐中的反思，鞏固課前的自學內容，還可增強學生的學習信心，從而對后續(xù)課程的學習埋下良好的鋪墊[25]。

2.3 在不同人體模型中探索美學奧秘，幫助學生快速建立完整的美學體系

審美水平的提高離不開自身對美學概念的理解、思考和實踐。利用虛擬現實技術，學生可在高保真人體模型中大膽嘗試不同手術設計對整體美感的影響，這不僅有利于學生對美學的理解和審美水平的提升，也為今后在臨床上針對患者的不同條件、不同需求而制定個性化的手術方案打下堅實的基礎[26]。此外，在模擬環(huán)境中的反復試練還可激發(fā)學生的創(chuàng)造潛能，這在當下整形外科術式飛速革新的大環(huán)境下顯得尤為重要[27]。

3 基于虛擬現實技術的翻轉課堂教學模式在整形外科教學中的實施

在實施過程中，整體的教學過程將以翻轉課堂教學模式為基礎，再融入虛擬現實技術幫助學生理解、互動、與實踐?？偟膩碚f，基于虛擬現實技術的翻轉課堂教學模式的實施主要包括課前、課中和課后等相對獨立而又循序漸進的三部分[28]。

3.1 課前通過虛擬現實技術自主學習相關理論知識

在課前，學生可通過虛擬現實技術，結合書本、視頻等資料進行自主學習，以熟悉基本的理論知識。以重瞼手術為例，學生在課前可自學眼的解剖結構，單瞼與重瞼的形成原因，重瞼術的原理，以及具體的手術過程等。通過該過程，學生可從基礎到臨床對重瞼手術有整體的了解。

3.2 課中通過虛擬現實技術交流互動

在課中，主要通過討論的形式促進課前所學知識的內化。討論不僅限于學生與教師之間，也可在學生與學生之間進行。討論主要在虛擬現實技術制造的模擬場景中進行。討論的內容包括但不限于術式的選擇，手術方案設計過程中應考慮的因素，手術過程涉及的解剖結構，術中應注意哪些解剖結構的保護，以及術后的護理及恢復期的注意事項等。通過課中的討論，將鞏固學生課前所學理論，也有利于后續(xù)的課后練習。

3.3 課后通過虛擬現實技術自主練習、思考和總結

經過課前和課中的學習，學生已經基本掌握了理論知識。通過課后的模擬實踐，學生將對具體的手術過程更為熟悉。課后的練習仍然通過虛擬現實技術進行。學生在模擬環(huán)境中試驗不同術式的美學效果，還可嘗試根據不同人體模型的面部條件設計個性化的手術方案。通過這些練習，學生不僅可以牢固掌握課前與課中所學，還可在不斷的反思與總結中培養(yǎng)應變能力，提升審美水平。

4 基于虛擬現實技術的翻轉課堂教學模式在外科教學中的效果

目前關于虛擬現實技術在整形外科中的研究報道十分有限。在泌尿外科中，應用虛擬現實技術教學可顯著提高學生的理論考核成績、技能操作考核成績、臨床思維能力評分、團隊合作能力評分、以及學習興趣調動評分[29]。此外，在胸外科的實踐教學中，虛擬現實技術的引入也可顯著提高學生的理論與操作考核成績[27]。在胃腸外科教學中，應用翻轉課堂教學模式可顯著提高學生的理論考試成績及優(yōu)良率[28]。在心外科教學中也有一致發(fā)現：翻轉課堂教學模式的應用可顯著強化臨床思維、提高自學能力、提升學習效率與授課滿意度等[29]。在口腔頜面外科教學中，聯合“互聯網+”與翻轉課堂教學模式可大幅提高學生對教學的滿意度，且可顯著提高學生的理論考核成績[30]。上述研究結果表明，基于虛擬現實技術的翻轉課堂教學模式，通過利用現代化信息技術、重置課堂內外的時間分布，有利于構建系統化知識體系、有助于體現全新教育理念、有助于提升外科教學的質量和效果，值得教學推廣應用。

綜上，虛擬現實技術作為一種新型的教學工具，可使學生擺脫教學場地與設備的限制，在高度保真的模擬環(huán)境中進行沉浸式的學習與練習。而翻轉課堂作為一種新興的教學模式，可最大限度地開發(fā)學生的學習積極性，培養(yǎng)學生的自主學習與終身學習能力。因此，是否可通過將虛擬現實技術與翻轉課堂教學模式相結合來改進整形外科的教學模式，做到真正將教、學、與實踐相統一，從而幫助整形外科的醫(yī)生培養(yǎng)與學科建設，值得進一步的思考與探索。