眼視光實操教學利器：VR虛擬仿真進課堂

VR（Virtual Reality），中文譯為“虛擬現實技術”，其實現方式是通過計算機技術模擬現實世界給人以環境沉浸感。VR技術最早的研發應用是在上世紀發達國家的航天軍事領域，近年來在影視、設計、制造、醫學、商貿、教育等領域迅速發展，隨著大數據平臺、芯片、顯示、人機交互等技術的加持，如今，虛擬現實技術的應用已經日趨成熟和普及。

當前，VR技術在教育方面的應用日趨深入，如虛擬課堂、虛擬校園、虛擬圖書館、虛擬實訓等，成為一種新型教學手段。2018年，教育部在《教育信息化2.0行動計劃》通知中提出，加強高校虛擬仿真實訓中心建設，服務信息化教學需要，多所高校已建成各類虛擬仿真教學平臺和資源。國內部分院校也有眼視光專業陸續開展了虛擬仿真實訓系統的研發和建設，但應用成熟的VR教學系統和平臺還比較少，安徽醫學高等專科學校在眼視光VR實訓教學方面進行了積極的嘗試，本文通過相關教學經驗的介紹，探討眼視光專業的VR虛擬仿真實訓建設。

1 眼視光VR實訓教學的特點

VR技術的各種實際應用是對現實世界的模擬和還原，操作上體現為人在計算機等各種終端設備上的交互式、沉浸式體驗。VR技術在眼視光實訓教學上的應用，本質上也是對現實中的實訓教學過程的模擬和還原，其特點主要有以下3方面：

第一，對教學設備的虛擬應用。利用計算機虛擬仿真技術，建立與現實世界的實驗儀器設備高度仿真的虛擬儀器設備模型，并且能夠與實際的實驗操作過程一一對應，學生可以通過虛擬設備獲得與現實中一致的實驗操作體驗。

第二，對教學場景的虛擬應用。打破傳統的時空限制，利用虛擬仿真技術模擬真實的課堂、教師、學生、實驗室、實驗對象等教學場景，學生可以在模擬場景中扮演不同角色，進行實驗觀察、實驗操作、數據反饋，獲得沉浸式的體驗。

第三，對教學評價的虛擬應用。實訓教學的根本目標是提升技能操作水平，以勝任實際的工作任務，無論是現實的實操訓練，還是虛擬仿真實訓，在教學過程中必須建立完善的學習評價體系以檢測實訓操作練習的效果。虛擬仿真技術利用大數據平臺和計算機分析處理等各種技術，通過大量模擬基于工作過程的真實案例的實訓教學，引導學生不斷提高解決問題、分析問題的能力和創新精神。

2 眼視光VR實訓教學系統（軟件）

VR技術目前飛速發展，包括三維圖形生成、多傳感器交互、可穿戴設備、高分辨率顯示技術等，國內眼視光專業也有部分院校陸續開展了虛擬仿真實訓系統的研發和建設，但應用成熟的VR教學系統和平臺還比較少，安徽醫學高等專科學校采用的“眼視光VR虛擬實訓系統”，通過在《驗光技術》《雙眼視功能檢查分析與處理》等課程實訓教學的應用實踐，取得了良好的教學效果。該系統具有以下亮點：

第一，高度專業化的虛擬仿真系統。該系統研發團隊聯合了多名眼視光學專家，深入了解眼視光實訓操作的專業內容，建立了高度仿真的虛擬綜合驗光儀模型，并結合高斯模糊算法、方向模糊算法等多種算法真實模擬人眼視覺感知變化，為練習者提供了可視化、沉浸式的人機交互體驗。目前軟件系統已開發“主覺驗光”和“視功能檢查”兩大模塊，涵蓋了驗光和視功能檢查的所有基礎操作，對應眼視光專業實訓教學的核心操作技能。

圖1 “眼視光VR虛擬實訓系統”操作界面

圖2 “眼視光VR虛擬實訓系統”人機交互界面

第二，方便高效的智能化操作系統。傳統的眼視光實訓教學需投入大量硬件設施：專業教室、教學設備、實驗儀器等，受限于設備成本和時間、空間限制，無法做到一對一的個性化教學指導，效率低、效果差。“眼視光VR虛擬實訓系統”只需要以軟件包的形式安裝在學校電腦機房和學生手機端，一人一賬號，既可以在校內電腦機房操作，也可以在手機上反復練習，節省了大量的教學成本，并且極大提高了教學效果。

圖3 “眼視光VR虛擬實訓系統”電腦機房課堂教學

圖4 “眼視光VR虛擬實訓系統”手機端登錄界面

第三，創新的信息化實訓教學方式。傳統的眼視光實訓教學，在練習環節一般是教師和學生一對多示教指導，其弊端在于：實操練習的案例不足且和實際工作脫節，練習者無法感知被檢者的真實反饋；在考核環節一般是教師和學生面對面實操考試，其弊端在于：人工考核方式費時費力，教師負擔較重，教學效果大打折扣。“眼視光VR虛擬實訓系統”通過大數據平臺和人工智能分析技術革新了以上的弊端，教師可以在該系統后臺自定義設置海量的驗光和視功能處方案例供學生練習和考試，并隨時監控每個學生的學習進度和狀態，系統還會實時自動記錄學生的操作步驟和判定考試結果。

圖5 “眼視光VR虛擬實訓系統”后臺學生信息

圖6 “眼視光VR虛擬實訓系統”后臺案例設置

圖7 “眼視光VR虛擬實訓系統”前端考試開始界面

圖8 “眼視光VR虛擬實訓系統”前端考試提交界面

3 眼視光虛擬仿真實訓建設的思考

眼視光專業作為近年來蓬勃發展的新興專業，培養的是在醫療和社會生產服務領域從事眼健康保健服務的高技能人才，在人才培養方案中突出技能水平的訓練，因此，在當前教育信息化技術發展的背景下，建設眼視光虛擬仿真實訓平臺，既是改革傳統教學育人手段，推進人才培養模式創新的迫切需要，也是強化教學與實訓相融合的重要舉措，能有效彌補職業教育實訓中看不到、進不去、成本高等困難。

“眼視光虛擬實訓系統”重點解決了目前專業實訓教學中的兩大痛點：一是實訓設備不足，教學時間空間受限，無法滿足每個學生反復練習提升技能水平的需求，效率很低，效果較差；二是以實操技能作為主要培養目標的眼視光專業的特殊性，課堂學習與實際工作脫節，無法對接真實的工作案例，無法開展線上教學和批量考核，尤其是在2020年特殊的疫情期間。該系統安裝在電腦或手機上，通過VR技術模擬實訓，教師可在后臺自定義設置豐富的練習和考試案例，學生可在前端隨時反復練習，滿足了當前形勢下的實際教學需求，真正做到為專業教師減負，激發學生的學習樂趣，大大降低了教學和培訓成本，高效培養了眼視光高技能人才。