基于5G技術(shù)的醫(yī)護(hù)專業(yè)VR教學(xué)與應(yīng)用模式初探

肖桂霞 明文

摘要：近年來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)護(hù)專業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注，隨著5G技術(shù)的商用與持續(xù)發(fā)展，使得遠(yuǎn)程手術(shù)、超高清遠(yuǎn)程互動(dòng)教學(xué)、高速沉浸式教學(xué)等得以實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)有的“真人真做”“模型人實(shí)驗(yàn)”等教學(xué)和實(shí)訓(xùn)模式將面臨重大變革。利用5G、VR/AR、4K/8K 超高清視頻等技術(shù)，改善現(xiàn)有醫(yī)護(hù)專業(yè)實(shí)踐操作條件，獲得真實(shí)又便捷的操作體驗(yàn)，將成為未來醫(yī)護(hù)專業(yè)領(lǐng)域?qū)嵱?xùn)室建設(shè)的重要方向。研究基于5G技術(shù)的醫(yī)護(hù)專業(yè)VR教學(xué)與應(yīng)用，探索新技術(shù)背景下此類專業(yè)教育教學(xué)創(chuàng)新變革，具有非常重要的意義。

關(guān)鍵詞： 5G;VR;醫(yī)護(hù)學(xué);沉浸式教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）14-0097-02

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，教育行業(yè)也不斷深入變革。各種信息技術(shù)的場(chǎng)景化教學(xué)應(yīng)用，致力于讓教學(xué)環(huán)境可感知，讓教學(xué)過程海量數(shù)據(jù)可分析，教學(xué)評(píng)價(jià)、決策及時(shí)有效。個(gè)性化的師生服務(wù)受到教育行業(yè)的廣泛關(guān)注。2020年3月，國(guó)家發(fā)改委辦公廳及工業(yè)和信息化部辦公廳發(fā)布了《關(guān)于組織實(shí)施2020年新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程（寬帶網(wǎng)絡(luò)和5G領(lǐng)域）的通知》，提出要打造基于5G的智慧教育應(yīng)用，重點(diǎn)開展5G+超高清遠(yuǎn)程互動(dòng)教學(xué)、AR/VR沉浸式教學(xué)、全息影像課堂、遠(yuǎn)程教學(xué)督導(dǎo)等業(yè)務(wù)。

目前VR技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的研究仍處在初級(jí)階段，很多學(xué)者都致力于虛擬教學(xué)環(huán)境的搭建、虛擬仿真教學(xué)應(yīng)用等[1]。如羅偉等研制了一種虛擬現(xiàn)實(shí)的腹腔鏡培訓(xùn)系統(tǒng)，采用分組對(duì)照的方法進(jìn)行應(yīng)用和分析[2]。謝暉等討論了如何建立基于虛擬技術(shù)的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室， 研究了基于虛擬技術(shù)進(jìn)行醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的情況[3]。劉尚輝通過構(gòu)建開發(fā)和渲染平臺(tái)、三維沉浸式顯示系統(tǒng)、三維交互系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)等組件，建設(shè)了一套醫(yī)學(xué)的VR實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，讓學(xué)生能夠通過佩戴各種虛擬現(xiàn)實(shí)穿戴式設(shè)備進(jìn)行沉浸式的體驗(yàn)學(xué)習(xí)和交互，有助于加深理解、攻克難點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量[4]。王海燕、田繼紅、羅溪等積極探討VR技術(shù)在高等醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用，以及在5G等新技術(shù)背景下醫(yī)學(xué)教育的未來趨勢(shì)等[5-6]。張新萍，李威等在VR護(hù)理教學(xué)中應(yīng)用也做了不少大膽嘗試[7-8]。

盡管基于VR技術(shù)的醫(yī)學(xué)類課程教學(xué)應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛，但仍存在應(yīng)用不深入、實(shí)踐創(chuàng)新性不足等問題。部分高校在項(xiàng)目操作上引入了VR技術(shù)，但推廣到教學(xué)第一戰(zhàn)線，還存在很大阻力，究其原因，主要有以下幾點(diǎn)：

1）設(shè)備笨重，精度不高，有眩暈感，體驗(yàn)感差。設(shè)備笨重，現(xiàn)有VR操作手柄和操作桿未能擺脫有線的束縛，立體顯示和傳感器技術(shù)有待進(jìn)一步發(fā)展，跟蹤精度和跟蹤范圍有待提高，使用眩暈，無法長(zhǎng)時(shí)間佩戴;

2）網(wǎng)絡(luò)要求高，延時(shí)大。VR動(dòng)態(tài)場(chǎng)景構(gòu)建和實(shí)時(shí)三維圖形數(shù)據(jù)傳輸量非常大，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)連接仍以有線和801.11b/g/n無線為主，網(wǎng)絡(luò)帶寬不夠，延時(shí)較高;

3）成本難以控制。資源庫(kù)的建設(shè)耗時(shí)長(zhǎng)，成本高，現(xiàn)階段VR設(shè)備尚未占據(jù)教學(xué)一線，未能量產(chǎn)，成本難以控制;

4）VR教學(xué)評(píng)價(jià)體系尚未形成?，F(xiàn)有的VR教學(xué)模式無法沉淀大量的醫(yī)學(xué)教學(xué)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果數(shù)據(jù)很難監(jiān)控和采集，教學(xué)評(píng)價(jià)無法量化和追溯。

本文利用5G網(wǎng)絡(luò)，將VR教學(xué)實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)與沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)示范區(qū)進(jìn)行適配聯(lián)動(dòng)，并進(jìn)一步完善醫(yī)護(hù)類專業(yè)虛擬仿真課程資源庫(kù)建設(shè)、大數(shù)據(jù)診斷與改進(jìn)體系建設(shè)，在學(xué)院醫(yī)護(hù)專業(yè)建設(shè)模式和教育教學(xué)改革上進(jìn)行創(chuàng)新試點(diǎn)，最終讓師生擁有高度的沉浸感，使學(xué)生獲得自然而真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，同時(shí)根據(jù)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的數(shù)據(jù)采集與分析，診斷與改進(jìn)，建立可量化和追溯的評(píng)價(jià)體系，及時(shí)感知專業(yè)建設(shè)瓶頸與需求，逐步完成傳統(tǒng)教育的變革。

1基于5G技術(shù)的醫(yī)護(hù)專業(yè)VR教學(xué)與應(yīng)用模式

5G技術(shù)的發(fā)展給VR技術(shù)的應(yīng)用帶來了新的曙光，為VR賦能，云VR應(yīng)運(yùn)而生，VR將不再需要龐大的VR主機(jī)，解決了設(shè)備應(yīng)用和管理的痛點(diǎn)。本文利用5G網(wǎng)絡(luò)，采用云VR部署，集運(yùn)營(yíng)商、VR廠商和院方三方優(yōu)勢(shì)，合作共建醫(yī)護(hù)類專業(yè)虛擬仿真教學(xué)資源庫(kù)，共創(chuàng)醫(yī)護(hù)類專業(yè)VR教學(xué)模式，建立可量化和追溯的虛擬仿真教學(xué)評(píng)價(jià)體系，探索傳統(tǒng)教育的革新。

1.1 與運(yùn)營(yíng)商合作，全面鋪開學(xué)院5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)

隨著5G基站入網(wǎng)正式開閘獲批，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)將呈井噴式增長(zhǎng)趨勢(shì)，各級(jí)政府印發(fā)關(guān)于加快推進(jìn)第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)展的若干政策和措施，其中明確指出，要增強(qiáng)全社會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的認(rèn)識(shí)，提升對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的理解和支持，推動(dòng)形成5G建設(shè)良好氛圍。對(duì)校方來說，配合運(yùn)營(yíng)商積極推進(jìn)園區(qū)5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是我們的責(zé)任，也是我們的機(jī)遇。乘著這股建設(shè)東風(fēng)，為學(xué)院教育信息化鋪上更快更寬的網(wǎng)絡(luò)軌道，全面提升學(xué)院無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，校園內(nèi)上課時(shí)間段網(wǎng)絡(luò)課程和視頻這種井噴式流量增長(zhǎng)的難題將迎刃而解，另一方面，使視頻直播和互動(dòng)更為流暢，為遠(yuǎn)程教學(xué)，沉浸式和混合式虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)等創(chuàng)新教育奠定了良好的基礎(chǔ)。

1.2 與VR廠商合作，開發(fā)醫(yī)護(hù)專業(yè)課程資源庫(kù)，打造典型應(yīng)用

教育是社會(huì)進(jìn)步永恒的主題，智能教育是教育現(xiàn)代化發(fā)展的重要戰(zhàn)略方向。目前，遠(yuǎn)程互動(dòng)教學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)沉浸式教學(xué)、AI（人工智能）教育教學(xué)評(píng)測(cè)和校園智能化管理是‘5G+智能教育’的四大重點(diǎn)應(yīng)用，其中，VR應(yīng)用占到一半以上。校企合作，打造典型應(yīng)用并推而廣之是在教育行業(yè)能快速發(fā)展最有效的模式。

與VR廠商的合作共建，分批次建立醫(yī)護(hù)類專業(yè)虛擬仿真課程資源庫(kù)，構(gòu)建醫(yī)護(hù)類專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)，建設(shè)沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)示范區(qū)。第一批先對(duì)護(hù)理基本技術(shù)的各項(xiàng)技能操作及操作實(shí)體進(jìn)行3D建模和虛擬仿真，對(duì)整個(gè)操作過程進(jìn)行技能點(diǎn)分解，核定操作順序與要點(diǎn)，用于實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)的線上教學(xué)與考核，再做VR設(shè)備的資源包適配，并進(jìn)行定標(biāo)、原高清畫質(zhì)還原、全景渲染、評(píng)價(jià)體系搭建等，用于VR沉浸式體驗(yàn)學(xué)習(xí)，進(jìn)而逐漸拓展到醫(yī)護(hù)類其他基礎(chǔ)課程，最后將課程資源庫(kù)投放云端，制定標(biāo)準(zhǔn)接入規(guī)范，其他VR經(jīng)過授權(quán)后可接入使用云端課程資源。

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)與沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)共用一個(gè)課程資源庫(kù)，并進(jìn)行適配聯(lián)動(dòng)，云平臺(tái)用于大規(guī)模日常教學(xué)與實(shí)訓(xùn)、自主學(xué)習(xí)、課程考核等，結(jié)合預(yù)約制，將掌握了基本操作步驟和技巧的學(xué)生們逐步引流至沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)示范區(qū)，鞏固操作要點(diǎn)，加深實(shí)操感受，記錄和反饋學(xué)生們的實(shí)操情況，閉環(huán)理論學(xué)習(xí)-技能學(xué)習(xí)-實(shí)操體驗(yàn)-評(píng)價(jià)反饋整個(gè)學(xué)習(xí)過程。

1.3 開發(fā)VR云端服務(wù)，打造輕量化可配置的VR學(xué)習(xí)終端

5G技術(shù)的推動(dòng)，為VR賦能，云VR應(yīng)運(yùn)而生。利用5G高速度、大容量、低延時(shí)等特征，深度挖掘沉浸式體驗(yàn)教學(xué)，建設(shè)逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，打造不受空間限制的輕量化VR學(xué)習(xí)終端，發(fā)揮遠(yuǎn)程教育的作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)性化學(xué)習(xí)的有效指導(dǎo)。

首先通過分離VR服務(wù)器，將課程資源庫(kù)投放云端，借助云端彈性資源，保障VR數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理效率;其次通過5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)高速資源下載和數(shù)據(jù)上傳;再次逐步改造笨重龐大的VR設(shè)備，摒棄操作臺(tái)和操作手柄，將所有實(shí)操需要的工具進(jìn)行VR化，打造輕量化可配置的VR眼鏡和VR手套，并建立預(yù)約使用和設(shè)備借用歸還管理體系，學(xué)生學(xué)習(xí)不再受時(shí)間和空間的限制，極大方便學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。不僅能量化操作成績(jī)，VR操作還能同步進(jìn)行視頻錄制和回看，利于進(jìn)行個(gè)性化指導(dǎo)。

1.4 采集VR教學(xué)全過程數(shù)據(jù)，推動(dòng)教學(xué)診斷與改進(jìn)體系

將VR引入日常教學(xué)，讓師生擁有高度的沉浸感，使學(xué)生獲得自然而真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，同時(shí)建設(shè)大數(shù)據(jù)診斷與改進(jìn)平臺(tái)，對(duì)接職教云和學(xué)院教務(wù)管理系統(tǒng)，采集實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)和VR學(xué)習(xí)體驗(yàn)的過程和結(jié)果數(shù)據(jù)，建立可量化和追溯的評(píng)價(jià)體系，閉環(huán)理論學(xué)習(xí)-技能學(xué)習(xí)-實(shí)操體驗(yàn)-評(píng)價(jià)反饋整個(gè)學(xué)習(xí)過程，及時(shí)感知學(xué)習(xí)需求和專業(yè)建設(shè)瓶頸，調(diào)整教學(xué)與專業(yè)建設(shè)方向，同時(shí)推動(dòng)教學(xué)方式的創(chuàng)新，提高學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量，逐步完成傳統(tǒng)教育的變革。

2 結(jié)束語(yǔ)

本文以學(xué)院健康服務(wù)專業(yè)群（湖南省一流特色專業(yè)群建設(shè)項(xiàng)目）為試點(diǎn)對(duì)象，首先選取護(hù)理基本技術(shù)為試點(diǎn)課程開展研究。建設(shè)護(hù)理基本技術(shù)云端課程資源庫(kù)，并重點(diǎn)針對(duì)皮內(nèi)注射、肌肉注射、靜脈輸液、靜脈留置針技術(shù)、洗胃技術(shù)、灌腸技術(shù)、鼻飼技術(shù)、導(dǎo)尿技術(shù)及護(hù)理、經(jīng)氣管插管/氣管切開吸痰法、經(jīng)鼻/口腔吸痰法等這十項(xiàng)操作進(jìn)行VR聯(lián)動(dòng)適配，進(jìn)行VR教學(xué)試點(diǎn)，為學(xué)院教育教學(xué)改革創(chuàng)新提供新思路。

到目前為止，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)云平臺(tái)和教學(xué)診斷與改進(jìn)平臺(tái)已經(jīng)建設(shè)完成，用于日常常規(guī)教學(xué)與實(shí)訓(xùn)，對(duì)于促進(jìn)學(xué)生快速掌握操作技能要點(diǎn)和順序以及常見問題糾正等方面很有幫助，師生反應(yīng)良好。VR適配工作正在進(jìn)行，VR設(shè)備的輕量化和體驗(yàn)感還有待提升，VR頭顯畫面及光學(xué)調(diào)節(jié)能力仍是難點(diǎn)。

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收稿日期：2021-05-28

基金項(xiàng)目：常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目（ZY2104）;湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目（20C0252）

作者簡(jiǎn)介：肖桂霞（1983—），女，湖南常德人，副教授，碩士，主要研究方向?yàn)榻逃畔⒒?、網(wǎng)絡(luò)安全;明文（1988—），女，湖南常德人，副教授，碩士，主要研究方向?yàn)榻逃畔⒒?/p>