元宇宙在臨床專業型碩士研究生培養中的應用探索

冉海濤,李朝旭,王勝濤,隋玉涵

1.桂林醫學院研究生學院, 廣西 桂林 541000;2.廣西壯族自治區南溪山醫院, 廣西 桂林 541002;3.廣西中醫藥大學研究生學院, 南寧 530000

2021年“元宇宙”一詞火遍全球,元宇宙也作為互聯網的最新形態進入大眾視野,其通過各種新興技術將虛擬世界與現實世界連接起來,并涉及各個領域。隨著對元宇宙技術的深度開發,元宇宙技術在教育、醫療行業的應用也逐漸成熟起來,其通過創造沉浸式的感官體驗,給予教育、醫療等行業巨大的變革。文章旨在通過元宇宙在教育和醫療行業的發展應用,了解元宇宙在臨床教育中的現狀,探索元宇宙對臨床專業型碩士研究生培養的意義。

1 元宇宙的概念與特征

1.1 元宇宙概念

元宇宙起源的說法很多,最為人熟知且接受的是Neal Stephenson小說《雪崩》中所提出的概念,佩戴數字設備即能以虛擬化身進入元宇宙的世界,體驗與現實不一樣的感受。近年來,有關元宇宙的解釋呈現指數性的增長,并且對元宇宙的關注領域也逐漸趨向多元化。元宇宙概念第一股羅布樂思(Roblox)在美國紐約證券交易所正式上市。馬克·扎克伯格宣布FaceBook從社交媒體公司轉化為元宇宙公司。而電影《頭號玩家》向人們更直觀地展示了元宇宙的實現形式,戴上VR眼鏡或頭盔即可進入一個游戲世界,在里面可完成各種現實難以完成的事情,而在未來甚至人們不需要頭盔就能進入虛擬世界。王運武等[1]認為,元宇宙集數字理念、數字技術、數字空間于一身,并非真實宇宙,而是借用宇宙的隱喻表達虛擬的數字世界,并且具有變革人類社會的巨大潛能。柳亮等[2]認為元宇宙是一個集VR、AR、MR、5G、云計算、人工智能、數字孿生等多種前沿技術、虛實交互的空間,元宇宙的出現是為了彌合虛擬與現實的鴻溝和界限。Lee等[3]認為元宇宙是指虛擬與現實相互作用、共同進化的世界,在其中進行社會、經濟、文化活動以創造價值。這不是世界與虛擬現實的簡單結合,而是一種互動。可以說,元宇宙相當于另一個世界,通過數字技術進入,以數字身份參與的虛實融合“三元數字世界”,完成在現實世界難以完成的任務。作為虛擬現實的高階發展產物,元宇宙將成為下一代互聯網的最新形態,屆時人類社會將進入一個嶄新的網絡時代。

1.2 元宇宙特征

①虛擬與現實的深度融合元宇宙通過數字技術構建了一個可沉浸式體驗,虛實交互的模擬現實世界,一個既包含現實世界虛化物又包含虛擬世界自我創造物的“數字孿生”世界。用戶通過數字設備進入由數字孿生技術搭建的虛實交融場景,沉浸式體驗元宇宙帶來的真實感,以此推動虛擬與現實世界的深度融合,讓個體在元宇宙中產生既源于現實又超越現實的沉浸式具象化感受。

②智能數字化技術的集合元宇宙從數字技術層面上看,其基本架構依托于AR(增強現實)、VR(虛擬現實)、MR(混合現實)、 XR(擴展現實)、DT(數字孿生技術)、通信技術、5G、人工智能、云計算與物聯網等數字技術的集合。例如:通過AR、VR、XR、MR等提供視覺、聽覺、觸覺等交互技術進入元宇宙;通過人工智能和通信技術來維持元宇宙的運轉體系;通過5G、云計算技術來支撐大規模的用戶的在線交互[4]。

③線上和線下一體化關系基于元宇宙虛擬與現實深度融合的關系,打破了虛擬與現實的界限,用戶可在元宇宙創造一個身份標識,根據自身需求在虛擬與現實世界自由轉換,無論在哪兒都可以進行學習、工作、生活等社會活動。

2 元宇宙在教育中的探索與應用

2.1 元宇宙在教育中的探索

關于教育元宇宙的定義,目前仍沒有明確的闡述,大多數學者將其理解為元宇宙在教育方面的應用,是傳統教育與AI、XR、MR、AR、VR、DT、云計算及大數據等多種新興技術復合的產物。教師、學生等相關人員創建數字人物,在虛擬世界進行互動與學習,完成預期的教學活動與教學目標。通過元宇宙多樣化的功能,塑造可沉浸式體驗的在線教育立體空間場域,讓傳統教育進入體驗化學習和沉浸式交互的創新發展階段,使得教師和學生可以在物理和虛擬世界里同時獲得現實和虛擬教學需求的滿足[5]。

疫情防控期間,傳統的課堂教學不能滿足中國教育需求,因此線上教育得到了極大的發展。相對于傳統課堂教育,在線教育不受場地限制,并且教學方式多樣化,甚至可以錄制成視頻供學生復習[6]。然而,在線教育的不足也是明顯的。學習界面枯燥單調,缺乏積極性[7];無法有效地進行交互式操作,學生參與感不強[8];網絡系統不完善,學習數據記錄不全,難以評價學習成效[9];缺乏技能培養環境,實踐環節欠缺[10];學習氛圍缺失,難以帶動學習。究其原因不難發現,支撐當前在線教育的網絡技術已步入發展瓶頸期,難以維持學生對沉浸式教學環境、自然人機交互方式和“面對面”社交性互動的需求,因此發現下一個創新突變奇點,以此推動在線教育轉型升級成為占領未來教育制高點的關鍵。

元宇宙的出現恰好能解決這些問題。教師與學生可以通過元宇宙在同一時間,不同地點進行交互式教學。通過佩戴數字設備,進入搭建好的教學場景,這個場景可以是憑空創造的,想象出現實難以存在的場景,給人以新奇的學習環境,促進沉浸式學習;也可以通過對現實環境進行三維全景采集,融入相關教學背景,真實呈現現實場景,既能再現現實,又能超越虛擬現實。元宇宙滿足學習者的認知需求,塑造學習對象,構建出相應的技能培訓環境,實現對目標在宏觀上與微觀上的認知。而且元宇宙能提供豐富的資源,將學習者的歷史數據與動態的行為進行整合后反饋給系統,以動態優化教學過程。教師與學生可以通過元宇宙,針對教學重點和難點開展多次體驗式學習,掃清學習障礙。以往,學生只能在學校與教師交互,教育元宇宙則打破了時空的隔絕,學生可以隨時、隨地與虛擬教師或現實中的線上教師進行溝通交流。教育元宇宙能夠改變以往“被動式教育”中消極的課堂表現,進一步激發學生的創造力、想象力和求知欲,培養學生發現問題、思考問題、解決問題的能力[11]。因此,元宇宙教育能解決以往在線教育的枯燥感、資源不足、缺乏實踐環節,以及教與學沉浸感缺失等問題。

2.2 元宇宙在臨床中的應用

元宇宙應用所涉及的技術在醫學領域其實早有體現,如三維模型重建、3D打印技術及達芬奇機器人等[12-13]。因此,元宇宙與醫學的融合也是理所當然的。2022年2月19日,全球首個“元宇宙醫學協會暨聯盟” (IAMM)在上海成立,而元宇宙醫學是由白春學在《元宇宙醫學專家共識》中定義的“通過AR技術實施的物聯網醫學”,通過虛實融合、人機融合和虛實聯動技術結合物聯網全面感知、可靠傳輸和智能處理技術的策略,全時空地指導經驗不足的醫師解決醫學問題,以便聯動、高效、精準、同質化地提高醫療服務和大健康水平[14]。基于醫學和教育在元宇宙中的應用,越來越多的臨床教學開始探索利用元宇宙的虛擬現實技術進行臨床教學培訓,為臨床醫學生的培養帶來了極大的便利。

3 元宇宙在臨床專碩培養中的探索

3.1 臨床專碩培養現狀

傳統的臨床專業型碩士培養模式是以學術為依托,主要注重臨床實踐能力培養,同時具備一定的臨床科研能力[15]。目前的“雙軌合一”培養模式規定臨床專碩研究生需要臨床輪轉33個月,隨著時間的推移,這種培養方式為中國醫療衛生事業輸送了大量醫學人才,但也暴露出這種培養模式中的不足之處,如培養周期短、課程多、時間嚴重不足。除應對學習外,還有繁重的臨床工作需要完成,更要在有限的時間里保證科研的培養,這對一名臨床專碩來說是一個極大的挑戰。現在的臨床教學環境已經不足以滿足研究生培養的要求,需要一個更靈活且更全面的教學方式。

3.2 元宇宙在臨床教學中的應用

3.2.1 改善資源不足

元宇宙所提供的技術資源極大地改善了信息共享資源不足的情況。在臨床工作的學習過程中,會出現臨床輪轉時間不合理和病例種類不足等情況。按照相關規定,在輪轉的每個科室中要求掌握的病例都有明確規定。然而,有的科室輪轉時間較短,學生對該科室的專科知識還未形成系統的理解便輪轉到下一個科室了,容易導致對該科室的疾病認識不到位,而且在輪轉期間所要求掌握的病例不一定會全部接觸到,部分病例病種陳舊,且存在地域性差異[16]。

元宇宙可以通過大數據工具匯聚收集各類數字學習資源,有效地解決知識生產到傳播再到運用的時空距離[17]。例如,用戶可以上傳自己的經歷,設置情景再現,細化場景布置,把自己在工作中所遇到的疑難雜癥病例上傳分享,討論如何解決該問題,供別人學習模擬,并且下次再遇見時可以從容不迫。元宇宙收集各種由用戶分享的病例資源或者其他學習資源,儲存在一個服務器中,由元宇宙自身提供的AI工具分類整理,5G技術實時更新其數據,云計算向不同的用戶提供個性化服務,形成一個類似于圖書館的功能。當其他用戶需要的時候,通過該圖書館進行檢索學習,解決病例資源不足的問題,還可運用VR等數字化網絡技術控制超時空模擬還原病例場景,達到沉浸式學習的目的。

3.2.2 提供實踐場地

對于臨床技能實踐機會不足這一老生常談的問題,元宇宙提供了極好的解決方法。一般情況下剛進入碩士研究生階段的學生,尚未形成完整的臨床思維,臨床技能操作也不熟練。而臨床醫學是一門非常嚴謹的專業,不允許出錯。帶教教師為保證醫療安全,不敢放任學生放手施為,也不可能讓學生所有技能訓練都用患者練手。除此之外,教學場景不夠靈活也讓研究生階段的學習枯燥乏味。在傳統的教學中,一般是由教師講解,學生相互練習或者在模擬人身上練習,病例以及技能的類型都是大同小異,整個過程比較死板,現實當中患者也不會按照模板來生病[18]。

元宇宙通過VR、AR、XR、MR等技術,在虛擬空間構建出與現實相似的場景,塑造學習對象及相應的技能培訓環境,其提供了一個培訓平臺,特別是在有操作風險的學習中,全真模擬環境為學習者提供了可重復實踐、高性價比的試錯機會,不僅可以從錯誤中學習,還可以從教師那里獲得反饋,反思這些錯誤,然后重新實踐,解決了臨床教學的醫療安全問題。例如,在元宇宙中所進行的心肺復蘇、兒科感染性休克模擬、產科產鉗分娩及體外除顫等培訓在傳統培訓中是無法實現的,且傳統培訓缺乏真實感和沉浸感,而元宇宙能提供真實的場景模擬,給予近乎真實的觸感及緊張的氛圍感,還能模擬出不同性格的患者,給學生創造練習溝通的機會[19-20]。元宇宙可通過實時在線全方位手術模擬培訓。2021年5月,韓國首爾國立大學在盆唐醫院舉行了一場通過元宇宙進行肺癌手術培訓的示例,其他國家的外科醫生無需到達現場,僅僅只需佩戴進入元宇宙的設備,便能從各個角度觀察整個手術過程,甚至能細致地觀察到縫合傷口時的汗水[21]。因此,通過元宇宙觀看學習手術方式,甚至模擬手術來提升臨床專碩研究生的專業素養也是可行的。

3.2.3 提高學習樂趣

為了解決學習的枯燥感,醫學生可通過進入元宇宙玩游戲的方式提升學習能力。Piromchai P等[22]發現,醫學生在虛擬現實期間比在傳統訓練期間能更好地獲得解剖學知識。胡明等[23]將游戲方法應用于人體解剖學的教學中,相對于傳統教學方法,取得不錯的成效,并且趣味性更強,記憶更深刻。與此類似的,元宇宙早已應用于各種游戲當中[24],開發各種有關臨床知識的游戲,能夠幫助從事臨床醫學的學生更好地學習。同時也能促進臨床研究生的培養,通過解鎖不同的游戲關卡,逐步加強臨床工作中的學習。Jean Dit Gautier E等[25]設計出了一款旨在通過各種虛擬場景教授常見的婦科病理學,實現在虛擬世界完成產科急診訓練的游戲,成效令人滿意,接下來將在學生樣本上對其進行測試,以驗證其教學潛力,證明將其納入產科學習計劃的合理性。

3.3 元宇宙對臨床科研的應用前景分析

臨床專碩除了應對忙碌的臨床工作之外,還得保證對科研的學習進度。一方面,臨床專碩不同于學碩,盡管對畢業論文的要求相對較低,但仍需要大量時間學習。然而,繁重的臨床工作導致專碩從事科學研究的時間十分有限,科研能力的培養相對薄弱[26]。另一方面,傳統的臨床專碩的科研思維常局限于醫學學科本身,甚至局限于自己的專業,不擅長利用其他專業的新興技術與醫學相融合,如利用AI、大數據及5G技術等進行交叉學習研究,提高自身臨床創新科研能力[27]。臨床專碩大部分時間都處于臨床工作中,因此科研應該以解決臨床問題為出發點,提高疾病的診療效果,主要的研究對象是患者。有的學者提出利用“大數據”進行臨床科研并指導臨床診療[28]。元宇宙通過收集患者信息,對其身體狀況進行數字化定義和建模,形成虛擬人體模型,再由數字孿生技術對患者各類數據流校準,對疾病過程進行仿真,進行多維數據疊加、索引、學習,從而分析疾病發生、發展及趨勢,推演出該疾病可能出現的各類結果,再由學者分析評估其可能性,最終改善其診療結果。例如,谷歌的FluTrend模型幫助醫師有效阻止流感疫情的蔓延[29]。而臨床專碩在科研中也需要用到各種各樣的模型進行分析,因此專碩可通過元宇宙建立專病數據庫、樣本庫,利用其數字化技術集合的特性完成各種研究模型建立,設計臨床研究課題,開展臨床數據挖掘分析。除此之外,臨床專碩僅三年的碩士生涯所接觸的病例數量不足以支持其開展一些創新的研究項目,因此有必要通過元宇宙建立相關的病案數據庫。以元宇宙連接各地醫院的病案管理中心,各地醫院上傳病例,元宇宙解析病種類型及其各種數據,并分門別類妥善保管。臨床專碩可以在數據庫申請使用該病例,以此減少大量的收集時間。

4 結束語

作為一個新興的概念,元宇宙對教育的變革影響是巨大的,其在臨床教育方面的應用對傳統臨床研究生培養模式將會產生重要的影響,填補傳統醫學教學模式的缺陷,解決因時間和空間受限的教學問題,改善因缺乏沉浸式教學而導致的學習積極性不足的問題,提供培訓各種實踐技能的教學場所。但由于目前對元宇宙的探索仍處于初級階段,對未來的設想過于超前,現在元宇宙所能提供的技術無法完全支撐其未來圖景,目前研究所得到的相關結論都有一定的局限性。基于此,相關工作者及導師應對其教學模式和策略進行完善及探討:第一,當前對于元宇宙在醫學教育領域的運用并沒有系統的規劃,因此需要先推出元宇宙在臨床研究生培養中的具體方案,選取試點院校,收集不同專業之間學生與導師的需求,不斷完善其機制,打造多元的元宇宙臨床研究生培養方案,進而推廣至全國各地醫學院校[30];第二,處于初步發展的元宇宙的隱私保護系統尚未完善,而醫學又是一個掌握無數患者個人信息的學科,因此相關人員需要在完善元宇宙臨床教育數據庫之前,做好隱私保護機制,不讓患者隱私泄露;第三,需要導師加深對元宇宙的了解,研究基于不同臨床學科合適的環境與可利用的學習資源,對元宇宙的學習活動模式進行創新設計,引導臨床研究生激發創造性思維產生新的構想與創意。