虛擬仿真技術應用于獸醫產科學實驗教學改革的探討

吳殿君，周曉菲，楊德才，賀文琦，曹永國

(吉林大學動物醫學學院，吉林 長春 130062)

獸醫產科學實驗教學的目的在于加強學生對動物醫學專業理論知識的理解，提高學生獸醫產科臨床的操作技能。目前，教學形式單一和教學資源短缺是傳統獸醫產科實驗教學的難于解決的主要問題[1]。虛擬仿真獸醫產科實驗教學系統綜合了數碼仿真與虛擬現實技術，最大化模仿實際操作技能，改變產科教學的展現形式，豐富了實驗教學的內容，能夠激發師生教與學的主動性，有助于對學生專業興趣的培養。本文總結獸醫產科實驗教學現狀，展示虛擬仿真軟件在獸醫產科實驗教學中的應用，分析和探討虛擬仿真技術應用于獸醫產科學實驗教學的教學效果。

1 獸醫產科學實驗教學的現狀

獸醫產科實驗教學的教學形式單一和教學資源短缺是不可回避的問題。目前，獸醫產科學實驗教學普遍采用任課老師講授理論基礎知識和闡述實驗過程，而后學生在實驗教師的指導下完成實驗操作的形式進行。此種教學形式單一，忽略了學生在實驗課程中發現問題、解決問題的科學思維，難以培養獸醫本科學生的學習主動性。隨著全國范圍獸醫學專業的招生人數大幅增加，課程的開展存在高校教學動物醫院的病例資源遠遠不能滿足獸醫產科學實驗課程的情況。另外，對大型儀器采購與維護經費的投入有限，又伴隨著重要設備的老化或損壞，這些都會影響實驗教學的正常進行[1]。

2 虛擬仿真技術在本校教學中的應用及其效果

虛擬仿真教學技術具有高度還原性、高度安全性，能夠促進教師對學生創新能力的培養等諸多優點[2-3]。筆者以吉林大學動物醫學學院動物醫學專業的獸醫產科學“牛難產助產術和剖腹產術虛擬仿真教學軟件”的“剖腹產手術”部分的應用實例來展示虛擬仿真教學系統在實驗教學應用中的優勢所在。

2.1 實驗項目特點 剖腹產手術實驗項目特點主要包括兩大方面：其一，牛剖腹產手術的適應癥涉及到的母體和胎兒的異常體位有很多種，而且無法直接觀察到這些異常體位的狀態。授課教師對這部分知識的講解難度較大，加之沒有即時的臨床病例作為示例，導致學生難于掌握牛難產助產術和剖腹產術的適應癥；其二，該實驗是獸醫產科實驗教學中的綜合性實驗，對場地、儀器設備和實驗動物的要求很高，包括大動物手術室、麻醉藥品、體征監護儀、難產母牛的購買及其生物安全性問題等，同時需要術者有扎實的基本功和團隊成員的密切配合。因此，在傳統教學中，該實驗項目的開展會因上述諸多因素的限制而難以開展或開展效果不佳。

2.2 虛擬仿真軟件模塊設置 這套“牛難產助產術和剖腹術虛擬仿真軟件”的“剖腹產手術”部分的主頁面共有10個模塊，分別是課前預習、術前準備、確認切口、術部麻醉、剃毛消毒、切開通路、切開子宮、胎兒取出、子宮消毒與縫合關腹。該軟件頁面符合大眾審美要求，做到了界面友好，3D場景的設置符合現代化大動物手術室規范的要求，設備完備，藥品與耗材齊全。軟件的每個操作模塊都設置了不同操作選項供學生進行選擇，并對操作相關的說明文字進行展現。學生通過逐一操作完成模擬實操。操作結束后，根據學生的操作表現，軟件會完成計時評分和改進建議。

2.3 教師授課體驗 本學院實驗教學中心的虛擬仿真多媒體教學實驗室為開放性實驗室。在吉林大學產科教研室授課教師和實驗師共同參與下，該實驗室完成了2018年5月和2019年5月2個時段，總計10個實驗分組的實驗教學改革，將“牛難產助產術和剖腹術虛擬仿真軟件”的“剖腹產手術”項目應用于教學實踐。授課過程如下：首先，在實驗課準備上，實驗教師根據授課教師的要求將“剖腹產手術”模塊準備好，只需要檢查學生用電腦運行情況即可，課前學生自主完成預習部分。相比傳統實驗教學，備品準備免去了品種繁多的術前備品的采購和放置環節，取而代之的是軟件中一應俱全的供學生根據需要進行選擇的虛擬備品。實驗教學中，授課教師通過主機完成軟件操作演示和掌握學生分組與操作情況，實時地督促學生進行團隊內部的各種角色的互換，包括術者、第一助手、第二助手和巡回護士[4]。相比傳統授課，該軟件的應用使得授課教師可以根據學生掌握情況完成角色轉換，教師授課更具靈活性，便于教師對學生進行個性化實驗指導。

2.4 學生實操體驗 在軟件模塊標準操作流程的指導下，學生進行選項判斷，自主完成實操演練。在進行角色互換的前提下，學生對操作流程進行反復思考作答和操作，軟件根據學生作答時長和準確率進行評分，并對錯誤操作予以語音講解。由此，學生的反映是他們能更快速地掌握實驗流程，深入而細致地理解了實驗環節間的內在聯系。

2.5 綜合優勢體現 在虛擬仿真軟件的幫助下，授課教師順利開展 “難產剖腹手術”的實操課程，學生都能做到參與其中并且完成全部實操環節，掌握了操作流程，強化了關鍵點，達到了預期的教學目的。與此同時，相比傳統實操中的不可逆性的環節，學生們可在虛擬仿真實驗教學中進行反復練習，而不會產生因為操作錯誤或耗材有限而終止實驗的問題。因此，可通過該套軟件來提高學生操作的熟練程度，加深了學生對基礎理論知識的理解，從而有助于教師對學生創新能力的培養。

3 討論

3.1 高度還原性 虛擬仿真實驗運用計算機虛擬現實和數碼仿真技術，可以逼真地還原實驗環境，并且隨著技術發展日趨精細化[5]。傳統的產科實驗教學通過以 PPT 為主的文字、圖表等幫助學生了解實驗原理和實驗過程，這些均可以實時地在虛擬仿真實教學中得到充分而又生動地展現出來。

3.2 高度安全性 在獸醫產科學實驗中，經常需要使用兔子、犬、貓、牛、羊等實驗動物。參與實操的學生須嚴格履行實驗操作步驟和規程。否則就有被實驗動物咬傷或抓傷，也有師生等與實驗動物接觸的人員感染人獸共患病的風險，獸醫產科學所涉及的生殖系統傳染病尤其值得我們關注。虛擬仿真技術應用于獸醫產科學實驗教學能夠保證學生和教師在安全的實驗環境中完成教學任務。

3.3 促進對學生創新能力的培養 實驗教學是以理論教學為先導，以實踐為中心的。將虛擬仿真技術引入到獸醫產科的教學中的可貴之處在于學生的學習狀態由被動變為主動，提高學生實踐能力，更加有利于教師對學生創新能力的培養[6]。