虛擬現實技術在基礎醫學實驗教學中的應用研究

李 帆，王 淵，孫曉明，王 濤，劉新領，王興會，茍 瑋，胡 浩*

(1.西安交通大學基礎醫學實驗教學中心；2.西安交通大學醫學部人才培養處，陜西 西安 710061)

基礎醫學實驗教學是高等醫學教育的重要環節，也是高等醫學教育的必修課程和技能訓練課程。目前在本科生基礎實驗教學中仍存在諸多問題，例如實驗耗時長、實驗成本高、學生操作經驗不足以及存在實驗風險等[1-2]。此外傳統教學模式對學生的吸引力不足，這些問題都限制了基礎醫學實驗課程本應發揮的教學效果。西安交通大學一貫重視實踐教學改革，在國內率先將虛擬現實(Virtual Reality，VR)技術引入基礎醫學實驗教學，與機能實驗課程相結合，對基礎醫學實驗教學模式進行了新的探索。

VR技術是通過計算機圖形技術、仿真技術、傳感器技術、顯示技術等多種技術，在多維信息空間上創建虛擬環境，能使人具有身臨其境的沉浸感[3]。近年來，VR技術迅速發展，已經被廣泛應用于醫療、航空、工業、游戲等各個領域[4-7]。VR技術在基礎醫學實驗教學中的應用較少，在基礎醫學實驗課程中融入VR教學，通過VR設備創設的虛擬學習環境，旨在幫助學生更好地掌握實驗操作，為實訓課堂鋪墊基礎，同時提高學生的學習效率和學習積極性。

一、研究內容

(一)研究對象。

研究對象來自西安交通大學2016級醫學專業本科生。

(二)研究方法。

1．VR實驗教學。以基礎醫學機能實驗課程“家兔血壓調節及影響因素”為教學內容，學生使用VR設備進入虛擬實驗室，按提示語進行操作：動物捉拿、稱重、麻醉、頸動脈插管、注射藥物、觀察血壓變化。在整個過程中，學生需回答相關問題，實驗結束后系統會對學生操作進行評估。

2.學生分組。2016級醫學專業本科生13個班，每個班級18～22人，平均4～6人一組共用一套VR設備。每組隨機選部分學生參與整個VR實驗，其他學生參與部分實驗操作。記錄學生參與或完成情況，隨機各選取42名參與了全部和部分VR實驗的學生，比較其真實實驗操作成績。

3.問卷調查。對參與VR實驗的13個班級進行問卷調查，共發放問卷260份(回收有效問卷245份)，對問卷結果進行統計分析。

4.統計分析。采用GraphPad 6軟件處理和分析數據。計量資料采用(均數±標準差)表示，組間比較采用t檢驗；計數資料采用頻數(百分比)表示。P<0.05為統計學有差異。

二、結 果

(一)VR技術在基礎醫學實驗教學中有新穎性和創新性。

問卷結果分析顯示，對VR技術及其應用領域完全不了解的學生僅占2.04%，不太了解的占38.78%，有不同程度了解的占59.18%。但經常接觸或體驗VR設備的學生僅占1.63%，體驗過5次以上的占6.94%，體驗過3次的占21.23%，只體驗過一次或從未體驗過VR設備的占70.20%。這說明VR設備對學生而言具有一定的新穎性，VR技術與基礎醫學實驗教學的結合有一定的創新性。

(二)VR實驗教學能夠提高學生的學習積極性。

基于VR實驗教學的新穎性和創新性，進一步探究了VR實驗教學對學生學習積極性的影響。結果顯示，對VR教學有興趣的學生達95.09%。95.51%的學生認為VR教學對自己的學習積極性有不同程度的提高(見表1、表2)。

表1 學生對VR實驗教學的興趣[n(%)]

表2 VR實驗教學對學生學習積極性的影響[n(%)]

(三)VR實驗教學對真實實驗操作有幫助作用。

82.04%的學生認為VR實驗教學在熟悉實驗流程、加強知識點學習、加深實驗內容記憶等方面對自己的真實實驗操作有不同程度幫助(見表3)。此外，參與全部VR實驗的學生其真實實驗操作成績(93.17±4.42)明顯高于參與部分VR實驗學生的成績(87.19±6.60)(P<0.05)。

表3 VR實驗教學對真實實驗操作的作用[n(%)]

(四)學生對VR教學總體較為滿意。

開展VR實驗教學的最終目的是服務于教學，提升實驗教學質量。結果顯示，學生對此次VR實驗教學的總體滿意程度較高(96.74%)(見表4)。

表4 VR實驗教學滿意度人[n(%)]

三、討 論

基礎醫學實驗操作訓練是本科生實驗教學的重要環節，但傳統的實驗教學對學生積極性影響有限，并且在實驗操作中，學生操作手法不一，操作經驗不足，對實驗流程不熟悉；動物實驗還存在動物意外死亡的情況，大多與操作不當有關[8]，且增加了實驗經濟成本。此外，實驗中涉及到的動物、手術器械等也存在安全隱患[9]。

VR實驗教學完全模擬真實實驗操作過程，學生愿意嘗試和接觸新的教學模式，這對提高學生積極性有很大幫助。學生要在虛擬實驗室操作家兔的捉拿、麻醉、手術實施等過程。手術完成后，學生選擇腎上腺素、去加腎上腺素、乙酰膽堿等不同藥物注射，觀察血壓變化，并回答對應藥物作用的機制等知識點。在這一過程中，學生經歷了認知體驗式學習、情感體驗式學習和行為體驗式學習，在情節記憶、情緒記憶、語義記憶等方面都達到了良好的效果，避免了現實中過多說教教育、被動接受學習。因此，將VR技術融入基礎醫學實驗教學，在一定程度上能夠解決實驗教學中存在的一些問題。

VR技術在醫學教育領域的應用有很好的效果[10]，本次教學學生總體滿意度高，但仍存在一些問題，從問卷反饋來看，部分學生希望能增加VR實驗的內容，這一問題在后期的教學安排中需要進一步地探索和完善。