虛擬現實技術在醫學職業教育實驗教學中的應用

張祎

摘要：隨著技術的進步和新的教學方法的出現，各大醫學院校紛紛開始引進新的教學手段幫助學生更好掌握相關的知識和技能。虛擬現實技術作為一門新興并在各領域蓬勃發展的技術，在醫學職業教育的實驗教學環節中也開始被廣泛的使用。虛擬現實技術實際上是利用計算機三維圖形技術、交互技術及相關的模擬傳感技術等，為學生構建一個仿真的學習環境。在這種虛擬學習環境中，學生可以更直觀地在沉浸式的環境中理解相關知識，并能通過交互式的操作掌握相關的技能，還可以通過與其他學習者進行有效的溝通與交流，獲得相關知識的資料與答案，從而完成自身理論知識框架的建構和技能的掌握。本文主要闡述了如何將虛擬現實技術與醫學職業教育相互結合，開啟一個新的醫學職業教育實驗教學模式。圍繞“如何在醫學教學中引入并優化應用虛擬現實技術，提高醫學教學的效果和效率”這一問題，進行相關的分析。

關鍵詞：虛擬現實技術；醫學；職業教育；實驗教學；應用

一直以來，醫衛類院校的專業教育對相關職業技能的要求是非常高的，尤其注重培養學生的實際動手的能力及相關的實踐技能。因此在醫學職業技能培訓中，實驗教學成為整個教學過程中最重要的一個環節，并且對辦學水平的高低產生巨大的影響。但是，在實際教學過程中，由于受各種條件的制約，如缺乏相關的實驗設施設備，實驗要求較高等因素導致學生不能有效的進行相關的實驗，使得學生臨床實踐經驗較少，導致相關人才培養的技能短板，嚴重制約著我國醫學職業教育的發展。而虛擬現實技術在醫學教育中的應用可以在一定程序上提高學生的技能掌握能力。

一、虛擬現實技術的認識

虛擬技術在現代教育中的使用越來越廣泛，其主要的概念可分為狹義與廣義兩種。狹義的虛擬現實技術主要是指通過計算機與相關的三維立體立體設備等傳感輔助設備交換相關的數據，使人們在視覺、聽覺、觸覺及嗅等方面能感受到逼真的相關信息，從而建立虛擬的人工環境，使得學習者會產生逼真的三維現實感覺。廣義的虛擬現實技術的內容較為廣泛，它不僅包括狹義的內容，還包括一切與其有關的能夠制作出逼真的立體環境的相關軟件設備，及相關的使用方法及技術。總之，虛擬現實技術就是利用計算機模擬產生一個二維或三維空間的虛擬世界，讓使用者如同身歷其境一般，無限制地觀察空間內的事物。因此，虛擬現實技術是一個集視覺、聽覺、嗅覺及觸覺為一體的立體式虛擬環境。

二、虛擬現實技術在醫學教學中的應用[1-2]

隨著虛擬現實技術的不斷應用與發展，在相關的醫學職業教育體系構建虛擬實驗室教學系統已成為可能。在虛擬實驗室系統中學習，有助于學生構建一個合理完整的理論框架，并對相關的技能能更好的掌握。借助虛擬系統提供的虛擬環境，學習者可以反復操作訓練，有利于學生熟悉掌握好每一個操作的流程，更好地將知識和技能結合起來。虛擬技術應用于醫學教育領域主要有：基礎醫學、臨床醫學、中醫學[4-5]及解剖學等方面。在醫學教育中，虛擬現實提供了嶄新的教學手段，如虛擬手術、虛擬診斷、虛擬護理等。在全新的學習場景中打破了空間的限制，應用虛擬設備、病體、病房節省了昂貴設備資金投入，提高了學生的學習興趣。

下面以虛擬技術運用到解剖學中為例，并對相關的注意事項進行分析。

虛擬解剖學最常見的應用有虛擬人體、虛擬解剖等。而虛擬人體是指運用計算機網絡中的相關軟件將人體形態學、生物學和物理學等通過數字轉化虛擬成人體的形態，將其代替真實的人體運用于臨床的實踐中去[3]。虛擬人體實際就是電腦里合成地三維人體，學生可以通過計算機對該結構進行詳細的了解。運用虛擬技術采集這些數據時，先要選取一具“尸體”，將人體切成非常薄的片，每切一次片，都會利用數碼相機和掃描儀對切片進行全面的分析，再將數據輸人電腦。直到將整個人體分割完成后，也就擁有整個人體完整的數據資料。最后用電腦將這些資料數據合成三維的立體人類生理結構，學生就可以開始對這個虛擬人物進行相關的分析，通過縮放局部的圖像可以對人體的結構擁有更加明顯的了解。

傳統的解剖學教學方式是在課堂講授過程中配上插圖，而插圖也大多是一些二維圖片或是一些根據實際解剖結構比例縮小的圖片，這會使得許多的學生對該門課程的學習感到枯燥乏味，對該門課程的知識點也不能有效的理解。而虛擬人體解剖圖是數字化解剖圖，在虛擬的環境中學生可以自由地選擇所要觀察的對象，其逼真的器官模型還能及時給予學生感官上的刺激，使學習者更容易理解和掌握解剖結構，使其能夠自由地在三維人體空間及相應的文字資料進行各種操作。又如目前我們廣泛應用于教學的解剖青蛙的虛擬仿真軟件。它就是運用虛擬技術使操作者可以在計算機上通過操作鼠標的方式來對計算機虛擬的青蛙進行解剖剝離手術，整個流程以真實解剖的操作要求設計，包括實驗對象的固定、工具的選擇，操作的要點。解剖過程中順序取出各個器官，以此來觀察青蛙的肌肉、血管、器官等，操作過程和真正的解剖實驗幾乎一樣，操作者還能任意調整觀察角度、縮放圖像。這個仿真小實驗能使學生能夠有在實際臨床操作之前能對相關的技術要點有相應的了解和掌握，提高了學習效率，并可以反復操作，彌補了真實實驗中耗材短缺的問題。

三、虛擬現實技術在實驗教學中的優缺點

⑴虛擬現實技術在職業教育實驗教學中具有其自身明顯的特性。其優點主要可以概括為：

①虛擬現實系統可以讓相關的學習者完全融入到所創建的虛擬的學習環境中，使學生能夠有效的融入到學習的氛圍中去，促進學生對理論知識的構建。

②帶給習者全新的視覺、聽覺、觸覺等各方面的感受，通過自然的實時感知交互手段，獲得身臨其境的感受。

③有利于學習者在虛擬現實環境中通過所創建的交流平臺與其它的學習著進行有效的溝通與交流加深對理論知識的鞏固，取長補短。

⑵事物事物發展是雙面性的，虛擬技術為醫學實驗帶來了發展的機遇，同時其自身也存在著許多的不足之處。其局限性主要表現在：

①缺乏實物研究。一些常見的相關設備機械在虛擬實驗教學中，學生能夠看得到但是卻無法真正的碰觸到，這是由于所有機械都是虛擬化的并沒有真實的存在。

②對一些相對較為復雜的現實生物學來說，虛擬技術很難將其用簡單的形式完整的表現出來。如在細胞培養過程中遇到相關的污染問題、或是在手術中大出血等情況，這些都是需要臨床實踐證明后才能找到相應的解決方案，因此，導致學生難以積累這方面的知識與經驗。

③在真實、實際的實驗教學過程中，學生可以有效的對某個問題進行檢查和排除，使其能夠更加客觀、全面地幫助學生對相關的問題進行分析、有利于提高解決問題的能力。而仿真虛擬實驗技術雖然快速、方便、簡潔。但與真實的實驗教學相比，其內部仍然存在一定的差距。因此，虛擬實驗教學并非取代傳統的實驗教學，而是在傳統的基礎上進行創新與補充。

小結

虛擬現實技術作為一種新型的教學手段，已被廣泛的運用到醫學職業教育實驗中。虛擬現實技術的應用對現代教育的發展具有促進作用，它有利于提高現代化教育的技術水平，對實驗環境有著巨大的改善作用，不斷將新的知識融入到教學模式中去，對學校培養具有創新意識和創新能力的人才產生了巨大的作用。由于傳統的教學方法很難將醫學教學中的一些比較抽象的問題表達出來，對于實踐性較強的教學內容來說學生很難得到充分的實踐培訓，而將虛擬現實技術與醫學教學相互的結合有利于構建更加完整的醫學理論框架，彌補傳統教學方式的不足。醫學虛擬教學系統可以有效的突破時間和空間的限制，直觀的價格抽象化的內容和表現出來，有助于學生加深對相關知識的理解，通過構建出來的虛擬網絡平臺有利于促進學習者與學習者之間的有效交流，能夠有效的將實踐性教學內容的相關知識和技能進行相互的傳達。

參考文獻

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