VR技術在高職動物外科手術教學中的應用

李思琪,程嘉奇，袁 聽，王曉艷，郝永峰

(1.重慶三峽職業學院 動物科技系，重慶 萬州 404155；2.重慶幼兒師范高等專科學校 初等教育，重慶 萬州 404155)

動物外科手術是高職畜牧獸醫、動物防疫與檢疫等專業核心課程《畜禽普通病防治技術》中的重要組成部分，具有很強的實用性和可操作性[1]。可以說動物外科手術水平的高低是執業獸醫師職業能力的重要體現。由于動物外科手術作為一門實踐技能課的特殊性，其授課方式與一般的臨床理論課存在很大差別，實踐技能的學習很難在短時間內完成，如何在有限的時間內使學生迅速把握該課程的要點并轉化為自身技能，一直是醫學教育工作者的問題[2-3]。

1 動物外科手術教學現狀

動物外科手術的教學往往圍繞一個具體的手術進行開展，如剖腹產、絕育術、膀胱切開術等，手術過程中涉及到打開手術通路、進行主手術和手術通路閉合3個主要內容。這需要學生在前期的學習中掌握極其扎實的解剖學基礎，同時要在腦海里形成該系統的三維立體圖像，才能完全吸收老師傳授的內容，而大多數學生并不能達到要求。所以在外科手術教學中，常會借助圖片、視頻等模式輔助教學，但這類教學形式呈現在多媒體上均為二維模式，立體感不強，無法真正讓學生了解到該器官所在位置和附近的神經血管等，無法跟上老師的思路，常常出現上課初期積極性高，而中期迷茫、分心狀態。

此外，動物外科手術教學中涉及非常多的操作環節，如手術通路切開的方式、血管的結扎、縫合的方式等，傳統的教師主導式教學中學生難以有足夠的時間領悟技能要領，課后會逐漸遺忘。但由于動物福利、實驗安全和教學經費等問題的困擾，實踐教學又較難開展，常出現學生多、實驗動物少的情況，不能滿足每個學生都能實踐每個手術，也達不到反復實踐、熟練手術技能、鞏固知識的目的。

因此，如何在有限的教學條件下提高學生的學習效率，培養學生更好地掌握理論知識和操作技能顯得尤為重要。

2 VR技術的特點

VR技術即虛擬現實技術，是在計算機技術基礎上，利用傳感器技術、圖像技術以及多媒體技術，通過人機接口和仿真技術發展起來的新技術，這3種技術相互結合，生成一種“真實”的模擬環境，通過傳感設備，使用戶能體驗到這種虛擬環境的真實性，用戶在該環境中能和系統進行有效的溝通和交流,如Ashley等[4]通過虛擬的美好自然環境使得腫瘤患者在化療同時減輕了痛苦值。VR技術具有以下3方面的特點。

2.1 沉浸性

沉浸性是VR的核心特征。沉浸性是指用戶可投身入計算機所生成的虛擬環境中，而其中的虛擬對象可以自主活動，用戶可感覺身臨其境，而不是停留在計算機外部的視聽上或者直接觀看計算機處理的結果[5]。

2.2 交互性

交互性是指用戶在虛擬環境中可通過諸如傳感器數據手套、力反饋手套等設備與虛擬對象交互，而不再局限于單純地用鼠標、鍵盤來處理信息。

2.3 思維構想性

構想性是指VR具有十分廣闊的想象空間，可拓寬人類的認知范圍，讓體驗者插上想象的翅膀。

基于以上特點，在《動物外科手術》這門課程中投入VR技術，能夠使教學內容更形象生動、教學過程互動性更強，學生學習興趣更高，創造性更強，并且提高了實驗效率和資源共享率等優點。

3 VR實踐教學改革研究

3.1 對象與方法

調查對象分別為重慶三峽職業學院2016級畜牧獸醫專業正在開設《動物外科手術》課程的6個班共256名學生。

對2016級1、2、3班共131名學生使用VR技術進行了胃切開術、膀胱切開術等手術的操作，然后進行動物外科手術實踐教學。而4、5、6班125名學生只進行傳統的外科手術實踐教學。

3.2 教學效果評估

教學效果采用客觀指標測評和問卷調查評估。客觀指標主要通過在實踐教學開設后，從手術的應用范圍、術前準備、手術通路、縫合方法的使用、術后護理等方面，即時對兩組進行隨堂測試，并在實踐教學后兩周進行復測，通過測試成績了解不同教學模式下學生掌握程度。

調查問卷就VR教學模式內容的豐富程度、吸引性、教學方法、學習效率等方面進行評估，問卷調查結果采用t檢驗對均數和構成比進行比較。回收問卷后，對問卷中數據進行邏輯查錯及歸納整理，統計問卷每一選項人數百分比[6]。

3.3 教學效果評價結果

3.3.1 客觀指標評價結果 將測試結果進行對比，在教學后即時測試成績，VR教學組平均成績為89.28±4.63分，顯著高于傳統教學組的65.74±3.14分(P<0.01)；以60分為通過線，測試通過率VR組為90.07%(118/131)，顯著高于傳統教學組的59.2%(74/125)(P<0.05)；2周后復測，VR組平均成績為86.76±5.91分，而傳統組為52.67±2.45分，兩組差異極顯著(P<0.01)。

3.3.2 問卷調查評價結果 自制問卷256份，回收有效問卷238份，問卷回收率92.9%。對新教學效果的認知接受態度涉及7方面。通過調查結果分析，VR教學模式組的肯定回答比例更高。具體結果見表1。

表1 傳統教學組與VR教學組問卷比較Table 1 Comparison of questionnaire survey

由此可見，在動物外科手術教學運用中VR技術能夠獲得更好的教學關注度，并且有助于學生掌握該課程的知識和技能，提高學生的學習興趣和積極性，為培養技術技能型人才奠定良好基礎。

4 討 論

手術訓練是動物外科臨床教學不可缺少的組成部分，目前重慶三峽職業學院及國內大多數院校仍然采取課件講解、視頻觀摩、老師動手操作觀摩為主的教學方法進行手術訓練。這種教學方式使得學生在參與手術操作中受到了很多限制。如師生人數不對稱的問題，在臨床操作手術講解時，通常是1個老師、1個實驗動物對應幾十名學生，在手術過程中，常常出現離手術臺近的學生能觀摩到手術操作，而后排的學生“一抹黑”，只能盲聽老師的講解，出現無法獲得知識、課堂不集中現象，無法獲得良好的教學效果。由于教學經費、動物福利等問題，又無法讓學生都進行手術操作。而VR技術的投入，學生可以自主沉浸在虛擬環境中去模擬手術操作的步驟，并通過三維的虛擬環境清楚地觀察到手術器官的位置及附近的組織，提高了學生的自主性和興趣。同時教師可以專心組織課堂紀律，并對學生在VR教學中不懂的地方進行答疑。此外，VR的重復使用率非常高，學生可以反復加強學習。這種新教學模式的投入，不僅在培養學生中讓其傳承了已有的知識，并且培養了學生一定的創新能力和操作能力，調動其積極性和創造性，為日后工作中的科研探索奠定基礎。

本研究還發現，傳統教學模式中的學生在進行初次外科手術前膽量不足、畏手畏腳，主要還是由于對手術操作缺乏深入完整的認知，特別是對手術步驟及動物的解剖知識不足，在操作中仍更多地依賴老師或主刀手的演示，主動的手術操作變味成了再一次的手術觀摩，或僅是簡單的縫合、打結、剪線操作，顯得較為被動。而VR教學組的學生在進行VR操作后，對手術要點有了更直觀形象的認知，每個手術操作時間比傳統組平均縮短10～15 min，并且學生在初次手術中便能發揮主觀能動性，躍躍欲試，愿意嘗試手術操作的每一環節，而不僅僅只依賴于主刀手或老師，老師介入操作的頻率及總體時間均明顯縮短。在手術操作后進行總結和討論，傳統教學組的學生由于在手術操作中大多數仍然充當的是“觀摩者”角色，缺乏深入的領悟和體會，不知道手術中存在的不足和問題，總結不到位，課后的討論不活躍；而VR教學組，由于每人在手術操作之前通過VR學習，已將手術步驟銘記于心，總結很到位，討論非常活躍，能指出自己和小組成員以及團隊協作中存在的問題，對手術操作得以再次鞏固訓練，并且培養了團隊協作及溝通能力，提高了學習積極性，達到事半功倍的效果。

但VR技術作為一項科技含量較高的高端技術，投入到教學中只有短短幾年時光，由于技術水平的限制，仍然存在許多不足。如前期經費投入較大，需要在學校內建立多個虛擬環境接收點，建立現代教學實驗室，購買多個虛擬手術課件包等，因此在教學中施展較困難。此外，VR教學中的仿真軟件呆板、不太真實，和真實實驗動物差距較大，VR教學畫面不流暢、顏色不太鮮艷清晰、套路比較單一等，導致學生前期興趣較高，但多學習兩個手術后，后期感覺枯燥。不過隨著相關研究的投入加大，筆者相信在未來數年VR技術會更上一層樓，在動物外科教學中產生深遠影響，有更好的應用前景。