5G環境下解剖學沉浸式教學的應用與思考

任銘新 劉依林 李 蘭 張文勇

（南方科技大學醫學院，深圳 518055）

解剖學的學習需要大量的時間死記硬背，其過程繁瑣、甚至枯燥，給醫學生帶來了一定挑戰。隨著現代教學方法和手段革新，尤其在5G的環境下，更多的教學資源和教學方式得以進一步的呈現，更有效的教學和學習策略也不斷涌現，解剖學教學同樣也正在經歷一個漸進的變化過程。5G環境下，如何更好地整合教學資源，發揮5G優勢服務和推動教學改革，目前已經成為十分重要且迫切的研究課題。沉浸式教學最早見于外語教學中，后逐步得到完善并應用于其他教學實踐。特別是虛擬現實技術在5G網絡下的逐步普及和完善，沉浸式教學越來越多受到教育者的關注。本校一直以來秉承精英化、國際化的教學理念，實行小班制教學正貼合實施沉浸式教學的要求。在教學中不拘泥于某一種教學模式，而是根據具體的教學需求，以學生為中心最大限度地發揮學生的積極主動性，將基于問題的學習（PBL）、基于團隊的學習（TBL）、基于案例的學習（CBL）以及翻轉課堂、模擬和虛擬交互式3D影像等融入教學的環節，盡可能地使學生沉浸在教學的全過程。

1 5G環境下解剖學沉浸教學的具體實施

沉浸式教學在大學教學中主要體現在3個方面：第二語言教學、心理沉浸體驗和虛擬現實技術應用[1]。解剖學教學的全過程以5G+三種沉浸式教學為依托，在教學各個環節融入相應的技術和教學模式。

1.1 5G+以第二語言為教學語言的沉浸式教學

語言教學中的沉浸式教學，是將學生要學習的第二語言作為教學語言的教學模式，通過語言學習和知識學習共同沉浸，在提高第二語言學習的同時，實現其他知識的學習目標[2]。

具體實施：解剖學教學中，教材采用原版全英文教材+中文教材相結合，教學過程由雙語教學逐漸向全英教學轉變；建立英文解剖學題庫，組建5G網絡下的局域網，將理論考試、組卷逐漸轉為線上；本院已與學校語言中心合作，通過線上和線下進行教師、助教以及學生的英文教學學習培訓；在局域網云平臺上傳相關的英文解剖學講解以及操作視頻，將英文原版電子書和解剖學圖譜上傳至學習平臺，并匹配及時翻譯軟件。

1.2 5G助力“課前—課中—課后”全周期閉環的沉浸式教學

認知心理學家Mihalyi Csikszentmihalyi[3]教授最先提出沉浸理論，該理論認為：在進行活動時，人們完全投入情境當中，并且過濾掉不相關的知覺，進入一種“忘我”的沉浸狀態[4]。也有很多學者將沉浸教學定義為“教育教學工作者在施教過程中巧妙運用多種教學手段，激發學生的學習興趣，使學生進入一種“沉浸體驗”的學習狀態”[4]。

具體實施：①課前—預習學習重點及自學情況分析。在課前階段，教師針對每節課的教學內容和重點、難點知識制作1～2段3～5 min的視頻，上傳于云端資源庫并在課前發布預習任務。學生通過學生移動端APP可隨時隨地訪問資源庫、接收任務，并完成課前自學。移動端短視頻學習可充分利用學生的碎片時間（如在食堂排隊、乘坐校巴等），在不占據大塊時間的前提下方便反復觀看學習，對于課業繁重的臨床醫學專業學生可降低時間成本，提高學習靈活性和學習效率。此外，視頻結束后的自測題目可及時向學生和教師反饋學生對重點難點知識的掌握情況，有助于學生和教師對學習內容和學習進度有針對性地進行調整。

②課中—教師實時監督分組實踐操作及互動講解答疑。解剖學實踐教學以小組為單位，通常情況下課程配備的指導教師人數無法滿足對所有小組的實時觀察與指導。依托實時高效數據傳輸的5G通訊技術，解剖學實驗室配備有數字網絡解剖互動教學系統，通過高清攝像機對每個小組的實操活動進行錄像并實時傳輸至教師端。教師可對所有小組的操作進行實時多屏監看，并在發現某組解剖到典型性或特殊結構的時候，將該組的分屏投射在教室前端的大屏幕上，供全班觀摩學習。同時，學生可以通過學生移動端APP觀看本組的操作直播，對有疑問的地方截屏標注并發送至教師端，教師可通過文字或音頻對問題實時回復，或親臨該組進行操作指導。本系統同時也適用于遠程教學、多場地互動教學等情景。

③課后—知識鞏固與拓展。課中小組實操的錄像視頻同時上傳至云端資源庫，學生在課后可隨時隨地通過移動端APP反復觀看，加強記憶。此外，云端資源庫還包含教學視頻課件、解剖操作錄像等高清視頻資源，同時還向學生推薦相關精品慕課作為補充和拓展內容。5G技術實現了移動端隨時隨地、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，增強了學生學習的自主性、靈活性、趣味性和互動性。

1.3 5G+VR技術的沉浸式輔助教學

虛擬現實（virtual reality，VR）技術是計算機仿真技術的一種，以其交互性、沉浸性與構想性的特點，為人類的認知活動與實踐活動提供了一個對象、內容、工具、媒介相統一且可操控的新世界[5]。筆者在解剖學課堂教學中應用VR解剖學教學系統、多點觸控虛擬解剖學系統進行演示，學生在手機端或平板電腦上安裝3D互動解剖軟件，這些軟件和設備可模擬真實解剖過程，對3D解剖模型進行操作，觀察斷層圖像，同時與X線等影像學圖像進行融合，查看某一解剖部位與CT、MRI影像的對應關系，便于學生更好地理解局部結構的毗鄰關系，還可進行手術方案的設計，模擬手術操作訓練，并實現實時反饋。這種基于虛擬現實技術的沉浸式教學，為解剖學教學提供了一個豐富多彩的理論與實踐相結合空間，學生通過直觀地觀察、逼真地實驗，沉浸其中。

2 5G環境下解剖學沉浸教學的優勢與挑戰

2.1 5G促進大學教學多層面深度沉浸化

以解剖學為代表的形態學，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網絡的全覆蓋以及設備的更新，這些困難迎刃而解，學生學習方式、方法得到很大改善。在5G的基礎上，基于VR技術的沉浸式教學將傳統的圖文、視頻和音頻整體設計成具有沉浸感的課程內容，學生身臨其境，各種感官都沉浸在課程內容中，從多角度觀察和學習課程內容。對知識的學習過程和教學情景設置多種教學方法的靈活運用，如翻轉課堂、TBL、PBL、CBL等，以學生為中心進行教學設置，最大程度發揮學生的能動性。5G網絡下多種教學方式方法的應用使教師和學生共同沉浸于課堂教學，學生通過視覺、聽覺、觸覺全方位沉浸在課堂內容中。通過互動充分發揮學生的主體作用，在不斷反饋中讓學生產生一種忘我學習、沉浸式的最佳體驗，有效地激發和調動學習的積極性、主動性和創造性，從而多層面促進沉浸式教學。

2.2 打破教學時空限制，有效提升學生的自主學習能力

5G網絡技術的發展，打破了傳統教育的時空界限，學生可以隨時隨地學習知名學校的優質課程，優質的教育資源得以共享。虛擬教學和網絡課程通過手機端或PC端呈現，學生可以隨時隨地根據自身的實際情況自主學習相關教學資源，完全不受時空的限制。例如本院學生在慕課能學習到全世界一流大學的課程，迄今為止，我國上線慕課數量已超過5 000門，學習人數超過7 000萬。同時在沉浸式課堂中5G網絡給課程內容帶來了立體化和沉浸交互感，幫助學生理解和記憶課堂內容；課下學生也可以根據自己的情況自主學習，鞏固對課堂內容的掌握。

2.3 降低標本需求，提高教學資源的利用率

人體結構本身極為精密復雜，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到理想的效果，實踐中又由于大體標本的短缺而得不到充分的鍛煉機會。虛擬現實是一很好的補充，尤其是5G網絡下教學中大量的場景和設備都可以通過虛擬現實技術來搭建，只需要手機等移動端設備就可以完成教學和學習。在課堂上學生可以基于不同基礎自由選擇教學進度，遇到未能掌握的知識點，課下也可以在虛擬現實環境中反復學習。不但設備得到充分利用，教師也不用重復授課。教師只要定期對不同專業的虛擬場景設備進行更新，一旦出現故障或者問題對設備的維護成本都比較低。而且不同專業的場景設備還可以有效融合應用，提高虛擬場景和設備的利用率。通過減少標本使用、避免重復教學、應用5G網絡來進行管理等舉措，整體降低了人力管理成本，提高了教學設備利用率。

2.4 面臨的困難和挑戰

大學教學的全面沉浸化是5G時代技術與教育各自變革的必然方向，也是兩者融合發展的應然結果。但是，5G網絡的建設和推廣需要一個逐漸推進的過程，存在各個區域發展不平衡的問題，其實現還需要5G與VR等相關技術的進一步發展成熟、深度融合與普遍應用；教師教學理念和課堂管理的相應轉變需要一個過程，教師的角色由傳統的傳道授業向解惑轉變，對教師要求更高，責任更大。而學生也要有更好的自我學習能力和掌控能力來適應未來的變化；另外，僅僅單一課程或學科的應用發展需要耗費大量的物力和財力，多學科統籌應用才能有效地降低單一成本，這就需要學校或更高層面的統籌和支持。這些問題和挑戰在未來的發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，給人類帶來了危機和挑戰，同時也孕育著新的機遇和變革，教育也在其中，而5G的到來更是加速了這場變革的進程。5G環境下新的策略正出現在解剖學教學中，結合多種教學方式、方法，以學生為中心，使學習沉浸于整個的教學過程中，這種在虛擬現實技術配合下的沉浸式教學必將更多出現在解剖學的教學中。