5G環(huán)境下解剖學(xué)沉浸式教學(xué)的應(yīng)用與思考

任銘新 劉依林 李 蘭 張文勇

（南方科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院，深圳 518055）

解剖學(xué)的學(xué)習(xí)需要大量的時間死記硬背，其過程繁瑣、甚至枯燥，給醫(yī)學(xué)生帶來了一定挑戰(zhàn)。隨著現(xiàn)代教學(xué)方法和手段革新，尤其在5G的環(huán)境下，更多的教學(xué)資源和教學(xué)方式得以進(jìn)一步的呈現(xiàn)，更有效的教學(xué)和學(xué)習(xí)策略也不斷涌現(xiàn)，解剖學(xué)教學(xué)同樣也正在經(jīng)歷一個漸進(jìn)的變化過程。5G環(huán)境下，如何更好地整合教學(xué)資源，發(fā)揮5G優(yōu)勢服務(wù)和推動教學(xué)改革，目前已經(jīng)成為十分重要且迫切的研究課題。沉浸式教學(xué)最早見于外語教學(xué)中，后逐步得到完善并應(yīng)用于其他教學(xué)實(shí)踐。特別是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在5G網(wǎng)絡(luò)下的逐步普及和完善，沉浸式教學(xué)越來越多受到教育者的關(guān)注。本校一直以來秉承精英化、國際化的教學(xué)理念，實(shí)行小班制教學(xué)正貼合實(shí)施沉浸式教學(xué)的要求。在教學(xué)中不拘泥于某一種教學(xué)模式，而是根據(jù)具體的教學(xué)需求，以學(xué)生為中心最大限度地發(fā)揮學(xué)生的積極主動性，將基于問題的學(xué)習(xí)（PBL）、基于團(tuán)隊(duì)的學(xué)習(xí)（TBL）、基于案例的學(xué)習(xí)（CBL）以及翻轉(zhuǎn)課堂、模擬和虛擬交互式3D影像等融入教學(xué)的環(huán)節(jié)，盡可能地使學(xué)生沉浸在教學(xué)的全過程。

1 5G環(huán)境下解剖學(xué)沉浸教學(xué)的具體實(shí)施

沉浸式教學(xué)在大學(xué)教學(xué)中主要體現(xiàn)在3個方面：第二語言教學(xué)、心理沉浸體驗(yàn)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用[1]。解剖學(xué)教學(xué)的全過程以5G+三種沉浸式教學(xué)為依托，在教學(xué)各個環(huán)節(jié)融入相應(yīng)的技術(shù)和教學(xué)模式。

1.1 5G+以第二語言為教學(xué)語言的沉浸式教學(xué)

語言教學(xué)中的沉浸式教學(xué)，是將學(xué)生要學(xué)習(xí)的第二語言作為教學(xué)語言的教學(xué)模式，通過語言學(xué)習(xí)和知識學(xué)習(xí)共同沉浸，在提高第二語言學(xué)習(xí)的同時，實(shí)現(xiàn)其他知識的學(xué)習(xí)目標(biāo)[2]。

具體實(shí)施：解剖學(xué)教學(xué)中，教材采用原版全英文教材+中文教材相結(jié)合，教學(xué)過程由雙語教學(xué)逐漸向全英教學(xué)轉(zhuǎn)變；建立英文解剖學(xué)題庫，組建5G網(wǎng)絡(luò)下的局域網(wǎng)，將理論考試、組卷逐漸轉(zhuǎn)為線上；本院已與學(xué)校語言中心合作，通過線上和線下進(jìn)行教師、助教以及學(xué)生的英文教學(xué)學(xué)習(xí)培訓(xùn)；在局域網(wǎng)云平臺上傳相關(guān)的英文解剖學(xué)講解以及操作視頻，將英文原版電子書和解剖學(xué)圖譜上傳至學(xué)習(xí)平臺，并匹配及時翻譯軟件。

1.2 5G助力“課前—課中—課后”全周期閉環(huán)的沉浸式教學(xué)

認(rèn)知心理學(xué)家Mihalyi Csikszentmihalyi[3]教授最先提出沉浸理論，該理論認(rèn)為：在進(jìn)行活動時，人們完全投入情境當(dāng)中，并且過濾掉不相關(guān)的知覺，進(jìn)入一種“忘我”的沉浸狀態(tài)[4]。也有很多學(xué)者將沉浸教學(xué)定義為“教育教學(xué)工作者在施教過程中巧妙運(yùn)用多種教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生進(jìn)入一種“沉浸體驗(yàn)”的學(xué)習(xí)狀態(tài)”[4]。

具體實(shí)施：①課前—預(yù)習(xí)學(xué)習(xí)重點(diǎn)及自學(xué)情況分析。在課前階段，教師針對每節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容和重點(diǎn)、難點(diǎn)知識制作1～2段3～5 min的視頻，上傳于云端資源庫并在課前發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)。學(xué)生通過學(xué)生移動端APP可隨時隨地訪問資源庫、接收任務(wù)，并完成課前自學(xué)。移動端短視頻學(xué)習(xí)可充分利用學(xué)生的碎片時間（如在食堂排隊(duì)、乘坐校巴等），在不占據(jù)大塊時間的前提下方便反復(fù)觀看學(xué)習(xí)，對于課業(yè)繁重的臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生可降低時間成本，提高學(xué)習(xí)靈活性和學(xué)習(xí)效率。此外，視頻結(jié)束后的自測題目可及時向?qū)W生和教師反饋學(xué)生對重點(diǎn)難點(diǎn)知識的掌握情況，有助于學(xué)生和教師對學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)進(jìn)度有針對性地進(jìn)行調(diào)整。

②課中—教師實(shí)時監(jiān)督分組實(shí)踐操作及互動講解答疑。解剖學(xué)實(shí)踐教學(xué)以小組為單位，通常情況下課程配備的指導(dǎo)教師人數(shù)無法滿足對所有小組的實(shí)時觀察與指導(dǎo)。依托實(shí)時高效數(shù)據(jù)傳輸?shù)?G通訊技術(shù)，解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)室配備有數(shù)字網(wǎng)絡(luò)解剖互動教學(xué)系統(tǒng)，通過高清攝像機(jī)對每個小組的實(shí)操活動進(jìn)行錄像并實(shí)時傳輸至教師端。教師可對所有小組的操作進(jìn)行實(shí)時多屏監(jiān)看，并在發(fā)現(xiàn)某組解剖到典型性或特殊結(jié)構(gòu)的時候，將該組的分屏投射在教室前端的大屏幕上，供全班觀摩學(xué)習(xí)。同時，學(xué)生可以通過學(xué)生移動端APP觀看本組的操作直播，對有疑問的地方截屏標(biāo)注并發(fā)送至教師端，教師可通過文字或音頻對問題實(shí)時回復(fù)，或親臨該組進(jìn)行操作指導(dǎo)。本系統(tǒng)同時也適用于遠(yuǎn)程教學(xué)、多場地互動教學(xué)等情景。

③課后—知識鞏固與拓展。課中小組實(shí)操的錄像視頻同時上傳至云端資源庫，學(xué)生在課后可隨時隨地通過移動端APP反復(fù)觀看，加強(qiáng)記憶。此外，云端資源庫還包含教學(xué)視頻課件、解剖操作錄像等高清視頻資源，同時還向?qū)W生推薦相關(guān)精品慕課作為補(bǔ)充和拓展內(nèi)容。5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)了移動端隨時隨地、高清流暢地訪問這些資源的可能性，還可選擇配備彈幕、留言等功能，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性、靈活性、趣味性和互動性。

1.3 5G+VR技術(shù)的沉浸式輔助教學(xué)

虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）技術(shù)是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的一種，以其交互性、沉浸性與構(gòu)想性的特點(diǎn)，為人類的認(rèn)知活動與實(shí)踐活動提供了一個對象、內(nèi)容、工具、媒介相統(tǒng)一且可操控的新世界[5]。筆者在解剖學(xué)課堂教學(xué)中應(yīng)用VR解剖學(xué)教學(xué)系統(tǒng)、多點(diǎn)觸控虛擬解剖學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行演示，學(xué)生在手機(jī)端或平板電腦上安裝3D互動解剖軟件，這些軟件和設(shè)備可模擬真實(shí)解剖過程，對3D解剖模型進(jìn)行操作，觀察斷層圖像，同時與X線等影像學(xué)圖像進(jìn)行融合，查看某一解剖部位與CT、MRI影像的對應(yīng)關(guān)系，便于學(xué)生更好地理解局部結(jié)構(gòu)的毗鄰關(guān)系，還可進(jìn)行手術(shù)方案的設(shè)計(jì)，模擬手術(shù)操作訓(xùn)練，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時反饋。這種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸式教學(xué)，為解剖學(xué)教學(xué)提供了一個豐富多彩的理論與實(shí)踐相結(jié)合空間，學(xué)生通過直觀地觀察、逼真地實(shí)驗(yàn)，沉浸其中。

2 5G環(huán)境下解剖學(xué)沉浸教學(xué)的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

2.1 5G促進(jìn)大學(xué)教學(xué)多層面深度沉浸化

以解剖學(xué)為代表的形態(tài)學(xué)，需要大量的高清視頻和圖片，以往深受傳輸速度的限制，但隨著5G網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋以及設(shè)備的更新，這些困難迎刃而解，學(xué)生學(xué)習(xí)方式、方法得到很大改善。在5G的基礎(chǔ)上，基于VR技術(shù)的沉浸式教學(xué)將傳統(tǒng)的圖文、視頻和音頻整體設(shè)計(jì)成具有沉浸感的課程內(nèi)容，學(xué)生身臨其境，各種感官都沉浸在課程內(nèi)容中，從多角度觀察和學(xué)習(xí)課程內(nèi)容。對知識的學(xué)習(xí)過程和教學(xué)情景設(shè)置多種教學(xué)方法的靈活運(yùn)用，如翻轉(zhuǎn)課堂、TBL、PBL、CBL等，以學(xué)生為中心進(jìn)行教學(xué)設(shè)置，最大程度發(fā)揮學(xué)生的能動性。5G網(wǎng)絡(luò)下多種教學(xué)方式方法的應(yīng)用使教師和學(xué)生共同沉浸于課堂教學(xué)，學(xué)生通過視覺、聽覺、觸覺全方位沉浸在課堂內(nèi)容中。通過互動充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，在不斷反饋中讓學(xué)生產(chǎn)生一種忘我學(xué)習(xí)、沉浸式的最佳體驗(yàn)，有效地激發(fā)和調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性、主動性和創(chuàng)造性，從而多層面促進(jìn)沉浸式教學(xué)。

2.2 打破教學(xué)時空限制，有效提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力

5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，打破了傳統(tǒng)教育的時空界限，學(xué)生可以隨時隨地學(xué)習(xí)知名學(xué)校的優(yōu)質(zhì)課程，優(yōu)質(zhì)的教育資源得以共享。虛擬教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)課程通過手機(jī)端或PC端呈現(xiàn)，學(xué)生可以隨時隨地根據(jù)自身的實(shí)際情況自主學(xué)習(xí)相關(guān)教學(xué)資源，完全不受時空的限制。例如本院學(xué)生在慕課能學(xué)習(xí)到全世界一流大學(xué)的課程，迄今為止，我國上線慕課數(shù)量已超過5 000門，學(xué)習(xí)人數(shù)超過7 000萬。同時在沉浸式課堂中5G網(wǎng)絡(luò)給課程內(nèi)容帶來了立體化和沉浸交互感，幫助學(xué)生理解和記憶課堂內(nèi)容；課下學(xué)生也可以根據(jù)自己的情況自主學(xué)習(xí)，鞏固對課堂內(nèi)容的掌握。

2.3 降低標(biāo)本需求，提高教學(xué)資源的利用率

人體結(jié)構(gòu)本身極為精密復(fù)雜，個體之間又存在一定的差異，單純依靠書本和課堂講解很難達(dá)到理想的效果，實(shí)踐中又由于大體標(biāo)本的短缺而得不到充分的鍛煉機(jī)會。虛擬現(xiàn)實(shí)是一很好的補(bǔ)充，尤其是5G網(wǎng)絡(luò)下教學(xué)中大量的場景和設(shè)備都可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來搭建，只需要手機(jī)等移動端設(shè)備就可以完成教學(xué)和學(xué)習(xí)。在課堂上學(xué)生可以基于不同基礎(chǔ)自由選擇教學(xué)進(jìn)度，遇到未能掌握的知識點(diǎn)，課下也可以在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中反復(fù)學(xué)習(xí)。不但設(shè)備得到充分利用，教師也不用重復(fù)授課。教師只要定期對不同專業(yè)的虛擬場景設(shè)備進(jìn)行更新，一旦出現(xiàn)故障或者問題對設(shè)備的維護(hù)成本都比較低。而且不同專業(yè)的場景設(shè)備還可以有效融合應(yīng)用，提高虛擬場景和設(shè)備的利用率。通過減少標(biāo)本使用、避免重復(fù)教學(xué)、應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行管理等舉措，整體降低了人力管理成本，提高了教學(xué)設(shè)備利用率。

2.4 面臨的困難和挑戰(zhàn)

大學(xué)教學(xué)的全面沉浸化是5G時代技術(shù)與教育各自變革的必然方向，也是兩者融合發(fā)展的應(yīng)然結(jié)果。但是，5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和推廣需要一個逐漸推進(jìn)的過程，存在各個區(qū)域發(fā)展不平衡的問題，其實(shí)現(xiàn)還需要5G與VR等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展成熟、深度融合與普遍應(yīng)用；教師教學(xué)理念和課堂管理的相應(yīng)轉(zhuǎn)變需要一個過程，教師的角色由傳統(tǒng)的傳道授業(yè)向解惑轉(zhuǎn)變，對教師要求更高，責(zé)任更大。而學(xué)生也要有更好的自我學(xué)習(xí)能力和掌控能力來適應(yīng)未來的變化；另外，僅僅單一課程或?qū)W科的應(yīng)用發(fā)展需要耗費(fèi)大量的物力和財(cái)力，多學(xué)科統(tǒng)籌應(yīng)用才能有效地降低單一成本，這就需要學(xué)?；蚋邔用娴慕y(tǒng)籌和支持。這些問題和挑戰(zhàn)在未來的發(fā)展過程中都有待我們逐步解決完善。

總之，在新型冠狀病毒的影響下，給人類帶來了危機(jī)和挑戰(zhàn)，同時也孕育著新的機(jī)遇和變革，教育也在其中，而5G的到來更是加速了這場變革的進(jìn)程。5G環(huán)境下新的策略正出現(xiàn)在解剖學(xué)教學(xué)中，結(jié)合多種教學(xué)方式、方法，以學(xué)生為中心，使學(xué)習(xí)沉浸于整個的教學(xué)過程中，這種在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)配合下的沉浸式教學(xué)必將更多出現(xiàn)在解剖學(xué)的教學(xué)中。