數字化VR在醫用治療設備維修教學中的應用

李宇紅

（漯河醫學高等專科學校，河南 漯河 462002）

2014年以來，隨著“大眾創業，萬眾創新”理念的提出，高等教育創新改革進入快車道，傳統的教學模式因受到師資、場地、資金、設備、時空和環境等眾多因素的影響，極大地制約著學生的創新能力和動手能力的培養。但是，隨著“互聯網+”、移動互聯網和計算機軟件技術的迅猛發展，人們充分利用人機互動技術、計算機3D動畫技術、微視頻技術和模擬3D軟件等技術手段，通過復雜的數據處理，構建仿真的虛擬化學習和實訓環境，解決了學生學習和實訓難的問題[1]。

數字化VR作為一種新的認知工具和知識載體，具有沉浸性、交互性、多感知性和構想性等獨特優勢，能夠給醫學教育事業注入新的活力，在醫學教育領域中的應用逐步得到重視。將數字化VR應用于醫用治療設備維修教學中，不但能夠提高教師的教學水平、改善實訓中心的環境以及優化教學過程，克服傳統教學中的師資、場地、時間和空間等制約因素，更能增強學生的實際動手能力，從根本上滿足師生的共同需求。

1 數字化VR的教學意義和方法

數字化VR（Virtual Reality，VR）即虛擬現實，是一種采用以計算機為核心的現代高科技生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環境，用戶借助必要的設備以自然的方式與虛擬環境中的對象進行交互作用、相互影響，從而產生如同真實環境的感受和體驗[2]。醫用治療設備是一門涉及范圍廣泛的多專業交叉性學科，是醫學高等院校影像專業的一門重要的必選課程，學生將來步入醫院，將親手操作使用、維修和維護醫用治療設備，為患者提供治療服務，減輕患者痛苦，并為患者提供康復評估報告和醫囑，因而采用何種教學方法能夠讓學生熟練地掌握醫用治療設備的結構、工作原理、維護、故障的排除以及預防措施等就顯得十分關鍵和必要[3]。而采用數字化VR教學有諸多優點，能夠調動學生學習興趣，模擬真實的維修實訓環境，突破時間和空間的限制，節約學校的教育經費等。

1.1 提高學生學習的興趣

在數字化VR實訓中心，學生根據實訓大綱和實訓指導要求，選擇指定范圍內的實訓項目，選取實訓耗材和器材，進行虛擬實訓，達到各種預設的實訓要求，得出實訓結果，自始至終學生都處于主導地位[4]，體驗數字化VR帶來的視覺和聽覺效果，激發了學生的學習興趣，提高了學生的動手能力，拓寬了學生的知識面，培養了學生的創新思維，鍛煉了學生解決問題的能力。

1.2 模擬真實教學維修環境

隨著科學技術的發展，醫用治療設備在設計上越來越精密，智能化AI程度越來越高，體積也越來越小，但是機械裝置、氣動裝置、電路裝置、傳動馬達、傳感裝置和集成電路一個也不能少，醫用治療設備內部結構越來越緊湊，電路板集成度越來越高，這給醫用治療設備維修教學造成了很大的困難，機器不好拆，拆下來不好修，修好不好裝，尤其是向學生講授醫用治療設備內部結構的時候，沒有辦法拆開儀器設備進行一一對應講解。而引入數字化VR 3D動畫模型，就可以比較容易地讓學生在計算機上操作，對醫用治療設備進行逐一拆解，對應感知每一個模塊或元件的形狀、顏色等，并分析它們的作用和特性，然后再從內到外一一對應組裝和調試，具體到每一個單元裝置、電路、水路、氣路、電源板、控制板、AD板和集成芯片等，增強了學生的學習實訓效果。

1.3 突破維修時間和空間限制[5]

一臺醫用治療設備從故障出現到維修調試好重新投入使用，往往需要幾個小時甚至幾天，而一堂實訓課只有90分鐘，在設備維修實訓時，不大可能從分析、拆卸、維修、組裝和調試上面面俱到，時間上大大限制實訓過程。而采用數字化VR，簡化了醫用治療設備的拆卸、維修、組裝和調試的時間過程，學生不需要再動手拆卸、維修、組裝和調試機器，只需要操作計算機。分析原因，對醫用治療設備從外到內，一層一層剝去，再按順序從內到外組裝調試，3D動畫直觀、逼真及形象，最終得出實訓結果。節約的時間可以用來分析醫用治療設備出現此類故障的原因和今后維修的注意事項，既抓住了實訓課的重點，又解決了維修的難點，還加強了醫用治療設備維修實訓課的學習效果。

1.4 節約教學經費

隨著高校的不斷擴招，人數大幅增加，學校實訓室的使用日趨緊張，不僅影響到正常實訓教學，而且影響到教師的科研工作，逐漸成為科研開展的“瓶頸”[6]，一直以來是困擾醫學實訓教學的難題。充分利用數字化VR，采用移動互聯網和計算機輔助教學虛擬軟件，模擬實訓過程，分析實訓步驟，思索實訓中可能出現的每個細節，再進行實訓操作，可以避免因實訓某一步驟出錯，或實訓試劑計量過高，導致該實訓無法繼續進行，從而節約教學實訓經費。數字化VR可以彌補教學條件的不足，打破教學時間和空間的限制，避免或減少真實操作所帶來的不可控風險。

2 數字化VR的應用與結果

把數字化VR積極有效應用到教學中來，利用實訓室現有的設備器材，根據教學大綱和實訓指導的要求，結合我校的實際情況，制作盡可能多的實訓模塊。數字化VR使教學內容變得生動具體，形象逼真，學生更容易接受，學習更有效果，大大拓寬了學生的視野，大幅提高了學生的學習成績和學習興趣。

2.1 應用方法

數字化VR的應用分為3個步驟：第一，激發學習興趣，教師向學生介紹數字化VR的基礎知識、采用的必要性和現實意義等，并聽取學生的建設性意見，激發學生了解數字化VR的興趣；第二，制作實訓模塊和應用，根據實訓室的實際情況和學生的反饋意見，制作切合課程實際的數字化VR實訓模塊[7]，適當增加擴展性實訓，必要時安排學生走進實訓室實地觀察或動手操作；第三，建立數字化VR實訓考核模塊，評估學生的學習成績和實訓效果。

2.2 應用對象

選取漯河醫學高等專科學校2016級三年制專科影像1班共120名學生作為實訓對象，分為對照組和實訓組，各60人，年齡在18～20周歲之間，均為統招普通三年制專科學生。學生所學課程相同，年齡、性別和愛好沒有大的差異。對比已學的上一年的人體解剖學、生理學、病理學、醫用化學、生物化學、藥理學、疾病概要、生物免疫學、寄生蟲學、傳染病學、衛生統計學和毛澤東概論12門學科的平均成績，對照組為（84.7±4.1）分，實訓組為（84.9±5.4）分，兩組相比無顯著性差異（P＞0.05）[8]。對照組學生采用傳統教學模式，實訓組學生采用引入數字化VR有機結合模式。學期課程結束后，通過考試測評學生的學習成績，包括筆試成績和實訓技能考試成績，使用統計學軟件SPSS22.0進行數據統計、處理并分析得出結果。見表1。計量資料用（±s）表示，采用t檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

表1 實訓組與對照組學生成績（±s，分）

表1 實訓組與對照組學生成績（±s，分）

組別實訓組對照組t值P值人數6 0 6 0--理論成績8 9.1±7.2 8 3.9±7.5 2.1 7＜0.0 5實訓技能考試成績9 2.4±5.5 8 0.6±1 0.8 2.1 5＜0.0 5

2.3 應用結果

從表1可以看出，實訓組的理論成績及實訓技能考核成績均優于對照組（P＜0.05）。說明采用數字化VR模式，在一定程度上提高了學生的學習成績和學習效果，優于傳統的教學模式。

數字化VR作為一種新的認知工具和知識載體，必將給醫療設備維修教學注入新的活力。將數字化VR應用于臨床醫用治療設備維修教學中，不但能夠提高教師的教學水平、改善實訓中心的實訓環境，而且能夠優化教學過程，克服傳統教學中的師資、場地、時間和空間等不利因素的制約，更能夠提高學生的學習成績、學習興趣和動手能力[9]，從根本上滿足了學校和師生的共同需求。