AR技術(shù)應(yīng)用在中醫(yī)藥教育中的可行性探討※

萬(wàn)倩茹 劉旭初尹瑞英 曾凡宇

（河南中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，河南 鄭州 450046）

高校中醫(yī)藥教育強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐并重、中西醫(yī)并學(xué)，從而在課程設(shè)置，教學(xué)方法上給學(xué)生學(xué)習(xí)帶來(lái)巨大壓力。AR技術(shù)具有交互性、沉浸感、突破時(shí)空限制等優(yōu)點(diǎn)，在教育教學(xué)中的應(yīng)用也逐漸增多，但在中醫(yī)藥教育方面的應(yīng)用寥寥。本文就兩者結(jié)合的必要性、實(shí)現(xiàn)方法和應(yīng)用模式作詳細(xì)探討。

1 AR技術(shù)概述

AR（augmented reality）技術(shù)即增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是一種將真實(shí)的環(huán)境和虛擬的對(duì)象（物體、圖片、視頻、聲音等）實(shí)時(shí)疊加到同一個(gè)畫面或空間，被人類的視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)所感知，從而達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)的技術(shù)[1]。AR技術(shù)是從虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)發(fā)展而來(lái)的。區(qū)別于VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)呈現(xiàn)的完全虛擬的3D環(huán)境，AR技術(shù)具有虛實(shí)結(jié)合、三維立體、即時(shí)互動(dòng)的特點(diǎn)，逼真、可互動(dòng)的虛擬對(duì)象豐富了現(xiàn)實(shí)世界，使人達(dá)到沉浸感，增強(qiáng)了人對(duì)真實(shí)環(huán)境的理解。

AR技術(shù)的實(shí)現(xiàn)離不開顯示技術(shù)、界面與可視化技術(shù)和跟蹤定位技術(shù)[1]。目前平板電腦、智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備都具備此類條件。AR技術(shù)的優(yōu)勢(shì)以及移動(dòng)設(shè)備的普及使得AR技術(shù)被廣泛應(yīng)用到軍事、娛樂(lè)等領(lǐng)域，在教育中的應(yīng)用也在不斷探索。如出版AR少兒圖書、建立AR教室以及AR情景教學(xué)等。從于翠波等[2]文獻(xiàn)分析中看到，AR技術(shù)應(yīng)用到教育教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的目標(biāo)人群包括嬰幼兒、中小學(xué)學(xué)生、高等院校學(xué)生、非正式學(xué)習(xí)者（博物館、圖書館等的參觀者）及AR教育游戲參與者。各類人群應(yīng)用AR技術(shù)的目的不同：嬰幼兒階段應(yīng)用AR技術(shù)為了簡(jiǎn)單信息的識(shí)別；中學(xué)階段學(xué)生主要為了某概念的理解；非正式人群為了更好的參觀體驗(yàn)；教育游戲參與者為了寓教于樂(lè)。其中高等院校中的學(xué)生應(yīng)用此技術(shù)在于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、改善學(xué)習(xí)體驗(yàn)、方便資料獲取以及增加同學(xué)間互動(dòng)，職業(yè)教育中的學(xué)生則為了提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力來(lái)適應(yīng)以后工作的需求。由此可看出，AR技術(shù)在提高認(rèn)知、理解理論概念、寓教于樂(lè)、情景教學(xué)以及實(shí)踐教學(xué)中具有很大優(yōu)勢(shì)。文中顯示，AR技術(shù)應(yīng)用于學(xué)科分布中主要為自然科學(xué)及人文與社會(huì)科學(xué)，而在醫(yī)藥科學(xué)中應(yīng)用比例較低。目前，AR技術(shù)已在針灸教學(xué)、患者康復(fù)訓(xùn)練以及醫(yī)藥教輔類應(yīng)用中有所應(yīng)用，且反響良好。因此，將AR技術(shù)應(yīng)用在高等中醫(yī)藥教育中的可行性值得更深入的思考。

2 AR技術(shù)應(yīng)用于中醫(yī)藥教育中的必要性

2.1 目前高等中醫(yī)藥教育存在的問(wèn)題

2.1.1 基礎(chǔ)理論知識(shí)薄弱 基礎(chǔ)理論知識(shí)的教學(xué)是中醫(yī)藥教育的重要內(nèi)容，基礎(chǔ)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)是中醫(yī)藥專業(yè)學(xué)生成才的根基。但是由于中醫(yī)藥學(xué)科的特殊性，中醫(yī)藥知識(shí)概念抽象、理論深?yuàn)W，減弱了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加大了學(xué)習(xí)難度。且傳統(tǒng)的教學(xué)方式老套、課堂教學(xué)改革效果不顯以及授課老師水平參差不齊，使得高等中醫(yī)藥院校學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識(shí)的授課難以實(shí)現(xiàn)教學(xué)預(yù)期目標(biāo)，學(xué)生基礎(chǔ)理論知識(shí)掌握不牢。

2.1.2 實(shí)踐技能不足 中醫(yī)藥學(xué)是經(jīng)驗(yàn)醫(yī)學(xué)，是臨床醫(yī)學(xué)，也是實(shí)踐醫(yī)學(xué)。中醫(yī)藥的經(jīng)驗(yàn)和理論均來(lái)自于臨床實(shí)踐。縱觀歷史，歷代名醫(yī)大家的成長(zhǎng)成才，皆離不開大量臨床實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累。但就當(dāng)前的中醫(yī)藥院校教育來(lái)看，實(shí)踐教育恰是培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生過(guò)程的一個(gè)短板，使得大多數(shù)本科醫(yī)學(xué)生畢業(yè)后不能熟練的將中醫(yī)理論和技能運(yùn)用于臨床。究其原因，筆者認(rèn)為是目前多數(shù)院校缺少開展實(shí)踐教學(xué)所需的場(chǎng)地、設(shè)備、資金等必備資源，導(dǎo)致中醫(yī)藥院校的實(shí)踐教學(xué)不能保質(zhì)保量開展。

2.1.3 學(xué)習(xí)壓力大，興趣不足 醫(yī)學(xué)院校學(xué)生學(xué)習(xí)壓力普遍較大，尤其是中醫(yī)院校學(xué)生，既要系統(tǒng)學(xué)習(xí)中醫(yī)中藥學(xué)的各門課程，又要學(xué)習(xí)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)課程，學(xué)習(xí)科目多，任務(wù)繁重。此外，中醫(yī)藥學(xué)有其獨(dú)特的理論體系，內(nèi)容較為抽象，字詞深?yuàn)W，對(duì)傳統(tǒng)文化功底要求較高，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足。

2.2 AR技術(shù)應(yīng)用在中醫(yī)藥教育中

2.2.1 建立AR課堂 近年來(lái)，多媒體教學(xué)形式得到普及，PBL教學(xué)模式引入課堂，但是以教材為依托，老師講學(xué)生聽仍然是大多數(shù)高等醫(yī)學(xué)院校最主要的教育模式，效果差強(qiáng)人意。隨著VR與AR技術(shù)的快速發(fā)展，將AR技術(shù)運(yùn)用到課堂教學(xué)，嘗試建立AR課堂，或許會(huì)成為高校未來(lái)課堂教學(xué)的新模式、新潮流。對(duì)此，張樹鵬等[3]進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究，以學(xué)習(xí)火箭科普知識(shí)為基礎(chǔ)，提出一種基于AR虛實(shí)交互的學(xué)習(xí)方法，得出AR虛實(shí)交互學(xué)習(xí)方法更高效的結(jié)論。它可以滿足用戶更好的關(guān)注學(xué)習(xí)內(nèi)容與增加用戶之間的互動(dòng)，能深入的加強(qiáng)對(duì)細(xì)節(jié)內(nèi)容的理解和記憶。據(jù)報(bào)道，2016年四川大學(xué)華西基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，研發(fā)出一款《人衛(wèi)3D系統(tǒng)解剖學(xué)》 VR版，讓學(xué)生帶上VR頭盔就能夠看到全方位立體展示的人體結(jié)構(gòu)。由此可見，將虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入教學(xué)課堂已經(jīng)成為許多高校新的探索。醫(yī)學(xué)生培養(yǎng)過(guò)程復(fù)雜，特別是中醫(yī)藥相關(guān)專業(yè)學(xué)生，需要掌握的知識(shí)點(diǎn)繁雜、概念抽象不具體。通過(guò)利用AR技術(shù)，借助計(jì)算機(jī)將復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化、交互性操作，為學(xué)生提供一個(gè)虛擬環(huán)境與現(xiàn)實(shí)世界相結(jié)合的場(chǎng)景，讓學(xué)生沉浸在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景中，變被動(dòng)接受為主動(dòng)學(xué)習(xí)，能夠提高學(xué)習(xí)效率。例如，將AR技術(shù)與中藥材圖譜相結(jié)合，通過(guò)AR技術(shù)可將中藥植株和飲片立體的展現(xiàn)出來(lái)，并可進(jìn)行人機(jī)互動(dòng)。在針灸學(xué)教學(xué)過(guò)程中，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)生展現(xiàn)出一個(gè)虛擬的人體模型，可以演示穴位定位、進(jìn)針手法等教學(xué)過(guò)程。值得一提的是，利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，還可以向醫(yī)學(xué)生們展示穴位下針灸針在皮下的進(jìn)針?lè)较颉⑦M(jìn)針長(zhǎng)度以及提插捻轉(zhuǎn)時(shí)的肌肉組織狀態(tài)等，讓醫(yī)學(xué)生通過(guò)親手操作，感受真實(shí)的進(jìn)針狀態(tài)，掌握針灸進(jìn)針的技巧。

2.2.2 AR與實(shí)踐教學(xué) 在醫(yī)藥專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的過(guò)程中，實(shí)踐教育是培養(yǎng)內(nèi)容的重要一環(huán)。中醫(yī)藥院校的實(shí)踐教育主要包括醫(yī)學(xué)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)操作、技能實(shí)訓(xùn)等，藥學(xué)專業(yè)的理化實(shí)驗(yàn)、中藥炮制實(shí)訓(xùn)等。實(shí)踐教育對(duì)教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、場(chǎng)地等多個(gè)層面都有很高的要求。

全現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的實(shí)驗(yàn)成本高昂，是否能達(dá)到預(yù)期的效果還受很多復(fù)雜而特殊現(xiàn)實(shí)因素的影響。例如，在中藥炮制實(shí)訓(xùn)課上需要耗費(fèi)大量的中藥材供學(xué)生們進(jìn)行操作，在理化實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)受多種因素干擾而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。利用AR技術(shù)，營(yíng)造出虛擬信息與現(xiàn)實(shí)環(huán)境相結(jié)合的場(chǎng)景，學(xué)生在此場(chǎng)景下完成實(shí)驗(yàn)步驟，真實(shí)的體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。這樣不僅節(jié)約了實(shí)驗(yàn)所需的資源和成本，還能夠最大限度的減少干擾因素，保證實(shí)驗(yàn)的成功。

在醫(yī)療培訓(xùn)方面，AR技術(shù)可以突破實(shí)驗(yàn)設(shè)備、場(chǎng)地和經(jīng)費(fèi)等方面的限制，讓更多的醫(yī)學(xué)生或者醫(yī)生沉浸在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境中進(jìn)行訓(xùn)練，加深對(duì)訓(xùn)練內(nèi)容的理解。潘俊君指出AR技術(shù)可以給醫(yī)生制造一個(gè)完全真實(shí)的體驗(yàn)經(jīng)歷，可重復(fù)使用真實(shí)的場(chǎng)景，可以節(jié)約資源，降低練習(xí)成本。解放軍總醫(yī)院神經(jīng)外科利用多模態(tài)導(dǎo)航的虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了腦功能區(qū)定位和可視化操作，并運(yùn)用此技術(shù)進(jìn)行了顱內(nèi)病變穿刺手術(shù)教學(xué)的探索[4]。由此可見，將AR技術(shù)與臨床培訓(xùn)相結(jié)合的教學(xué)方式已經(jīng)得到初步發(fā)展。在中醫(yī)藥教育中，針灸、推拿、中醫(yī)正骨手法等需要實(shí)踐教學(xué)。利用AR技術(shù)可將模擬三維立體的人體疊加在現(xiàn)實(shí)中，實(shí)現(xiàn)模擬標(biāo)準(zhǔn)病人的呈現(xiàn)，將傳統(tǒng)的“被動(dòng)灌輸、抽象想象”的實(shí)訓(xùn)教學(xué)改變?yōu)椤爸鲃?dòng)參與、直觀可視化”的全新模式。2.2.3開發(fā)AR APP對(duì)于大學(xué)生來(lái)說(shuō)，智能手機(jī)和PC端移動(dòng)設(shè)備現(xiàn)在已經(jīng)成為生活學(xué)習(xí)中不可或缺的一部分。眾多課下學(xué)習(xí)的輔助教學(xué)類應(yīng)用也在學(xué)生中應(yīng)用廣泛。現(xiàn)已有醫(yī)藥與AR手機(jī)應(yīng)用相結(jié)合的教輔工具，如Augment 3D和《AR中藥材》。Augment 3D是一款移動(dòng)設(shè)備APP，已被應(yīng)用在娛樂(lè)、銷售、醫(yī)藥教育等各個(gè)方面。例如利用Augment 3D學(xué)習(xí)C60的分子結(jié)構(gòu)式時(shí)，可以將結(jié)構(gòu)式的3D模型導(dǎo)入到軟件中，與平面結(jié)構(gòu)圖建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可通過(guò)掃描平面圖呈現(xiàn)出分子結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境。與此類似，《AR中藥材》APP就是利用AR掃描圖片功能實(shí)現(xiàn)中藥材三維高精度呈現(xiàn)的。這款A(yù)ugment 3D不僅擁有強(qiáng)大3D模型庫(kù)，也提供了3D模型的接口，用戶可為模型庫(kù)添加3D模型圖或3D動(dòng)畫模型[5]。因此可以設(shè)想，將其與中醫(yī)藥結(jié)合時(shí)，它可以根據(jù)用戶使用要求包含眾多中藥材3D模型、人體解剖結(jié)構(gòu)模型甚至人體穴位的3D定位圖。

近年來(lái)，手機(jī)游戲倍受學(xué)生喜愛(ài)，AR游戲APP的開發(fā)也逐漸火熱。目前國(guó)內(nèi)外很多AR益智類游戲，如《AR涂涂樂(lè)》 《水果算你狠》 《Woorld》等，均是通過(guò)游戲這種輕松的方式將知識(shí)傳遞給用戶。那么開發(fā)一款具有中醫(yī)藥特色的AR益智游戲，利用學(xué)生對(duì)新型游戲模式的好奇心，將枯燥的中醫(yī)藥知識(shí)與有趣的游戲方式相結(jié)合，不僅可以緩解學(xué)生學(xué)習(xí)壓力，也寓教于樂(lè)，一舉兩得。

蘋果手機(jī)ARkit的產(chǎn)生以及各公司在AR應(yīng)用上的探索，為開發(fā)具有AR功能的中醫(yī)藥教輔類應(yīng)用和益智游戲提供了平臺(tái)和技術(shù)支持。AR APP便捷靈活，易于推廣，有利于提高在學(xué)生中的使用率，有巨大市場(chǎng)和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3 前景分析

3.1 挑戰(zhàn)

3.1.1 對(duì)教師和學(xué)生的影響 學(xué)生和老師都習(xí)慣于傳統(tǒng)的教育教學(xué)方式，AR出現(xiàn)于課堂是對(duì)傳統(tǒng)教育、學(xué)習(xí)方式的一種挑戰(zhàn)。首先教師需要掌握AR系統(tǒng)的操作，其次要調(diào)整以往的教學(xué)節(jié)奏，接受AR的應(yīng)用特點(diǎn)。此外，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)容易將注意力集中于AR設(shè)備中，相應(yīng)的對(duì)知識(shí)的獲取和思考降低，易喧賓奪主。因此在應(yīng)用AR教學(xué)時(shí)教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生分清主次。

3.1.2 AR應(yīng)用于中醫(yī)藥教育中的資源短缺 AR的市場(chǎng)不夠成熟，硬件、軟件和整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)還需不斷發(fā)展。并且AR教育應(yīng)用資源的開發(fā)設(shè)計(jì)與AR在商業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用相比略顯不足，很多應(yīng)用案例也主要在商業(yè)領(lǐng)域[6]。現(xiàn)有的AR教材、游戲、視頻等學(xué)習(xí)資源都是對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程中的某一環(huán)節(jié)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)的，并沒(méi)有針對(duì)某一學(xué)科或分支進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)。特別是在中醫(yī)藥教育這一方面，AR教學(xué)資源短缺，沒(méi)有系統(tǒng)的學(xué)科整合。不能給學(xué)習(xí)者帶來(lái)系統(tǒng)、完整的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。相較于一般的教學(xué)設(shè)備，AR教學(xué)設(shè)備的價(jià)格比較昂貴，從無(wú)到有，必定要求學(xué)校投入較多的資金以及場(chǎng)地。

3.1.3 技術(shù)上仍需突破 Chang等[7]認(rèn)為在某些情景中，AR沒(méi)有以物理或桌面為基礎(chǔ)的方案好用。因此AR設(shè)備需要有方便簡(jiǎn)潔實(shí)用的交互設(shè)計(jì)，以減少醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)的負(fù)擔(dān)，增加學(xué)習(xí)興趣和效率。另外，針灸、推拿等是在人體上操作的技能，應(yīng)用AR技術(shù)時(shí)對(duì)部位、力度精確度高，這就需要精準(zhǔn)的導(dǎo)航和壓力感受設(shè)備、高分辨率的顯示設(shè)備，從而最大的減小操作誤差。

3.1.4 AR教學(xué)中的局限性 高等中醫(yī)藥教育不僅要求對(duì)知識(shí)要有深入的理解，而且要求對(duì)知識(shí)有牢固的記憶。AR技術(shù)有助于醫(yī)學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)的理解，而在呈現(xiàn)純粹的文本信息時(shí)并沒(méi)有傳統(tǒng)的紙媒有優(yōu)勢(shì)。AR技術(shù)可以作為教學(xué)的輔助手段，并不能完全取代傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教育方式。

3.2 機(jī)遇

3.2.1 政府的支持 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以與制造、教育、醫(yī)療、商貿(mào)服務(wù)等多個(gè)行業(yè)融合，并能夠促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，多個(gè)地方政府將其視為穩(wěn)增長(zhǎng)、調(diào)結(jié)構(gòu)、促轉(zhuǎn)型的有力抓手。同時(shí)，近年來(lái)，中醫(yī)藥事業(yè)迎來(lái)了發(fā)展的春天，越來(lái)越多的人愿意了解中醫(yī)，黨的十九大報(bào)告也明確提出：堅(jiān)持中西醫(yī)并重，傳承發(fā)展中醫(yī)藥事業(yè)。

3.2.2 市場(chǎng)空缺 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)雖然已經(jīng)在醫(yī)學(xué)中進(jìn)行了應(yīng)用嘗試，如進(jìn)行手術(shù)引導(dǎo)、心臟解剖，但大多數(shù)還只是在初步嘗試的階段，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在中醫(yī)藥教育中目前也只是很少的一部分人在嘗試。因此，AR技術(shù)在中醫(yī)藥教育中的開發(fā)潛力較大。

3.2.3 大眾對(duì)新興事物的好奇 社會(huì)發(fā)展迅速，人們接受新事物的能力也在不斷增強(qiáng)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)以其交互性強(qiáng)、呈現(xiàn)方式獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)吸引了大部分人進(jìn)行應(yīng)用嘗試。其與手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備的結(jié)合，更是能提高人們的認(rèn)知度。

3.2.4 AR技術(shù)正蓬勃發(fā)展 2016年被認(rèn)為是AR的元年。近幾年，AR被應(yīng)用在了各個(gè)領(lǐng)域，例如宜家廣告、涂涂樂(lè)早教、AR教室、支付寶掃福活動(dòng)。AR正在被廣泛關(guān)注。

4 結(jié)論

AR技術(shù)交互性強(qiáng)，新穎度高等優(yōu)點(diǎn)使其很容易被大眾接受。AR與中醫(yī)藥教育結(jié)合，將AR的優(yōu)點(diǎn)代入到中醫(yī)學(xué)習(xí)中，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)充滿趣味，同時(shí)也通過(guò)這種方式吸引更多的人了解中醫(yī)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展雖然在技術(shù)上、資源上還面臨著眾多挑戰(zhàn)，但是挑戰(zhàn)中也有巨大的發(fā)展?jié)摿ΑR與中醫(yī)藥教育的結(jié)合不僅能給AR增添活力，更重要的是也能提高中醫(yī)藥教學(xué)質(zhì)量，弘揚(yáng)中醫(yī)文化。