VR沉浸式教學模式在臨床醫學教學改革中的應用

蔡 尚

（蘇州大學附屬第二醫院腫瘤放療科，江蘇 蘇州 215004）

1 虛擬現實技術及沉浸式學習模式的定義

虛擬現實技術的定義是可以創建和體驗虛擬世界的網絡仿真系統，英文名為VirtualReality（VR），該項技術是20世紀發展起來的一項全新的技術，其典型的特征為“3I”，即沉浸感（immersion）、交互性（interaction）和構想性（imagination）。VR技術主要基于電子計算機，并結合了3D圖形、多媒體、仿真、顯示等多種高科技技術新發展成果。虛擬現實課堂中的沉浸式學習模式是借助 VR技術可增加用戶多種感官體驗這一優勢，在實際教學過程中，通過模擬視覺、聽覺、觸覺等多方面的感官來使學生達到仿佛身臨其境的沉浸體驗方式。國外學者Augusto F（2022）[1]提出，主要依據來源以區分沉浸式與非沉浸式VR技術：沉浸式VR技術是在一個平衡的物理環境中，根據與系統連接后學生的感官與自主變化的數據與范圍，使用VR技術會使學生頭和身體隨之移動，產生于在整個系統中把不同的技術組合在一起，從而在真實情況下傳遞可測量的信息。具體儀器設備包括，頭戴式顯示器、頭部跟蹤系統，降噪耳機，以及操縱導航設備，激發學生的學習樂趣，提高他們的學習效率。相比而言，非沉浸式VR主要借助電腦和顯示器，仿真性較差，因此本文中提及的均指沉浸式VR技術。

2 傳統臨床醫學教學模式的不足

傳統的臨床醫學教學模式以老師講課為主，老師往往被固定在講臺前講授相關知識，學生則被固定在課桌后被動聽課，以上便是傳統臨床醫學學習的場景。從課程本身的角度來看，考慮到臨床醫學是一個相對枯燥且乏味的學科，科目繁多且復雜。從老師的角度來看，臨床醫學的授課老師以臨床醫師為主，平時臨床工作較為繁忙，導致部分老師授課前的準備工作不夠充分，授課內容以枯燥、乏味的理論知識為主，而不能包括生動、典型的病例，且課堂中師生互動較少，很難激發學生們的學習樂趣。從學生的角度來看，他們主要為本科階段的臨床醫學生，大多數沒有接觸臨床實踐，很難將課堂上被動獲得的臨床醫學理論知識與生動、典型的實際病例相聯系起來。因此，上述因素均會影響傳統臨床醫學授課模式下的授課質量，嚴重影響了學生對相應臨床醫學知識的興趣和掌握程度。

3 采用基于 VR技術的沉浸式學習模式進行臨床醫學授課的優勢

從理論上來說，采用基于VR技術的沉浸式學習模式能極大克服上述傳統臨床醫學授課模式的各種弊端。例如，楊涵深（2019）[2]認為采用基于VR技術的沉浸式學習模式能大大降低臨床醫學授課老師的備課時間。此外，徐月明（2022）[3]提到采用基于VR技術的沉浸式學習模式還能克服傳統授課模式在課堂中教學的局限性，能夠完全模擬臨床實踐的逼真場景，從而有效激發醫學生的好奇心和學習欲望，實現情境學習和知識遷移，使得課堂氛圍變得生動、主動、活潑。同時，Katelyn Stepan（2017）[4]通過開展研究發現，采用基于VR技術的沉浸式學習模式還可有效提高教師教學效率：可以將教學時間縮短為原來的1/5。另外，苑之儀（2022）[5]還發現，采用基于VR技術的沉浸式學習模式，在課堂結束后，將授課內容已電子文件形式發送給學生，方便學生課后復習，從而加深學生們的記憶和印象，進而更好地鞏固知識點。因此，采用基于虛擬現實技術的沉浸式學習模式有望克服傳統臨床醫學授課模式的種種弊端。

4 采用基于虛擬現實技術的沉浸式學習模式進行臨床醫學授課可能存在的局限性

盡管虛擬現實課堂的沉浸式技術在教授臨床醫學過程中具備一定優勢，但作為一項新型技術，在其應用和推廣的過程中總會存在著一些不足：（1）VR技術的優勢是可促進醫學生們清晰了解人體生理結構并參與操作，但是虛擬現實技術無法完全取代實物模型與尸體標本。因此醫學生們如果想要積累更多的臨床實踐經驗、經歷和教訓，不能忽略臨床實踐的必要性。（2）使用基于VR技術的教學模式下，學生需要裝備電子眼鏡、耳機等專業設備，可能會使部分使用者感到眩暈、惡心不適等情況，甚至會發生暈動癥。（3）購置成本較大。采用沉浸式教學技術，購置多臺設備是必不可少的，因此充足的資金是必不可少的一個環節。如何獲得充足的資金，將成為一個需要提前考慮的問題。（4）難以實現對醫學生人文關懷的教學。由于部分的虛擬現實技術所設置的環境是虛擬物，不能完全代替真實的患者，因此在教學過程中，會缺乏人際溝通能力方面的培訓。可能當醫學生的操作不規范，會給患者造成疼痛等不適時，VR系統無法模擬出這些不適場景，醫學生也就無法體會到患者的真實感受，導致無法很好地實現人文關懷的醫學教學。此外，基于VR技術臨床醫學課程目前國內和國際上并無統一的培訓標準和考核標準，勢必會影響VR技術在臨床醫學教育中的開展。

5 使用虛擬現實技術在臨床醫學教學的應用

在臨床醫學教學中，使用虛擬現實技術的課堂模式已然成為當前醫學教學改革中的一個極具前景的方向。以下將從臨床醫學教學角度選取幾個典型的案例進行分析。

5.1 VR技術在骨科學臨床教學中的應用

骨科學是外科學的基礎學科之一，專業性較強。膝關節鏡手術教學是骨科學臨床教學中的重要組成部分，實踐性較強，故采用傳統臨床教學模式授課往往效果不佳。來自北京中醫藥大學的鄒昆等學者（2022）[6]通過開展研究，對比了VR技術模式和傳統臨床教學模式的授課效果。他們將60名參加膝關節鏡手術臨床課程學習的學生隨機分為VR技術模式組和傳統臨床教學模式組。在VR技術模式組中，給學生佩戴VR眼鏡，畫面中會出現膝關節CT、MRI等影像資料，從而構建出三維虛擬的解剖模型，然后學生可以在提前制作好的操作視頻中進行反復操作直至熟練掌握每個手術步驟；傳統臨床教學模式組則采用傳統的臨床醫學授課模式。結果顯示：VR技術模式組學生的膝關節鏡手術考試成績不僅要顯著高于傳統臨床教學模式組，學生對課程的滿意度和對膝關節鏡手術的興趣均要顯著高于傳統臨床教學模式組。因此，采用VR技術模式授課不僅能提高教學質量和課后學生對課堂講授知識點的掌握程度，還能激發學生對相應課程的興趣。

5.2 VR技術在口腔學臨床教學中的應用

同骨科學相似，口腔學也是專業性和實踐性較強的一門臨床課程。口腔解剖生理學是口腔學臨床教學中的重要課程之一。來自空軍軍醫大學的覃文聘等學者（2021）[7]通過三種方法進行了研究，分別是（1）授課時，例如在講授牙髓腔形態一課時，虛擬現實技術重建得牙髓腔，學生們可以直觀地觀察牙髓腔的形態。（2）實訓時，通過虛擬現實技術建立虛擬實驗室，例如牙體雕刻課程的虛擬實驗室，讓學生們可以進行類似真實的操作。（3）基礎與臨床結合，通過設置與臨床相似的場景，例如講解“頜位與下頜運動”的原理時，虛擬現實技術，可以讓學生們將書本上所學的頜位與下頜運動的知識通過臨床情景結合學習與理解。他們總結：（1）通過改善授課方式，虛擬現實技術可以明顯增加醫學生們的學習能動性、趣味性、有效性和參與度，從而達到良好的教學效果。（2）通過優化實訓模式，讓醫學生們可以用心專注于實訓操作，規避安全風險、改善教學環境、激發學習興趣。（3）通過增強書本知識與臨床結合，能夠確保學生的注意力得到集中。同時，這還有助于培養學生進行獨立思考、分析和解決問題的能力，開發學生們的創造性思維，鍛煉邏輯推理能力和口頭表達能力。

5.3 VR技術在急診醫學教學中的應用

在急診醫學的臨床教學中，真實患者是不可缺少的一部分。來自首都醫科大學的李一凡等學者在《醫學教育》雜志發表論文（2020）[8]，詳細總結了VR技術在急診醫學臨床教學中的應用和優勢：（1）心肺復蘇術、氣管插管術和深靜脈穿刺術等是急診醫師必須掌握的基本操作技能，因此也是急診醫學臨床教學中的重要課程。鑒于這些操作技能實踐性較強，采用傳統的臨床醫學教學模式，授課質量往往一般或欠佳。應用虛擬現實技術則可以模擬臨床工作場景和虛擬患者，克服傳統臨床醫學教學模式的弊端。例如，在深靜脈穿刺的授課中，VR技術讓學生可以清楚看到要穿刺的血管的位置，隨后開始反復訓練，熟練操作，進而提高學生的掌握程度。（2）培養非技術技能時，例如培養臨床思維能力、情景意識、領導能力以及團隊合作能力時，通過虛擬現實技術模擬各類急診室的搶救場景，學生們依據病情變化進行臨床操作，還可以多人互動合作。（3）進行急診創傷的手術培訓。虛擬現實技術可以展現可視化的人體解剖模型，讓學生可以更加清晰地看到手術部位，操作時，還可以允許學生犯錯誤。總結：（1）在培養急診醫學技能技術中，虛擬現實技術可以保證學生熟練進行各項急診有創技能操作，真正達到及時救治患者的目的。（2）在培養急診醫學非技能技術中，可以克服傳統的急診醫學培訓的缺點，提高學生們的興趣和教學效果。（3）在訓練急診創傷手術時，最大的好處在于可以讓學生反復訓練，真正掌握手術知識和方法。

5.4 VR技術在神經外科學臨床教學中的應用

神經外科是臨床醫學中較為復雜的基礎課程之一。來自空軍軍醫大學的林偉等學者在《醫學教育研究與實踐》雜志發表論文（2021）[9]，詳細總結VR技術在神經外科學臨床教學中的應用和優勢：在培訓手術技術時，虛擬現實技術可以將包括計算機斷層掃描、計算機斷層掃描血管成像等影像學數據重建，建成三維（3D）影像，然后學員可以利用這些影像進行模擬，更清楚地了解手術過程中會涉及的神經、動脈、皮質結構，充分做好術前準備。例如，在學習開顱動脈瘤夾閉術時，虛擬現實技術可以模擬手術過程中的各種動脈瘤夾的大小、曲度和形狀，最終達到指導夾取真實手術中的動脈瘤夾。因此，采用VR技術模式授課后，不僅可以使得學生更好地掌握神經外科技術，與傳統授課模式相比，還能快速提高手術技能，縮短學習時間。

5.5 VR技術在產科學教學中的應用

譚琳（2021）[10]通過研究國內外文獻，總結出相關方法和研究結論。方法：（1）仿真教學中，虛擬現實技術可以模擬各種產科急癥處理情況，例如早產，系統設定一個妊娠35周的患者突發腹痛到產科急診就診，設計好患者與學員之間的模擬對話。學員便可以根據病情，選擇適當的檢查，然后會從系統中獲得相應的數據，進行臨床處理。（2）產程教學中，例如在產程中出現緊急的情況，需要及時做出相應的處理。此時，虛擬現實技術可以呈現以上情景，包括產婦的基本情況，醫學生或年輕的醫生可以通過虛擬現實技術反復操作訓練，進行實際操作。（3）產科其他方面，例如利用虛擬現實技術的模擬器學習超聲檢查胎兒生物測量的技能，將胎兒血管解剖變得可視化，還可以對人類胚胎進行體積測量，識別早期胎兒的異常發育等。結果：（1）通過虛擬場景學習，可以充分提高學員的興趣，更好地增加學員的參與度，增強學習的效果。（2）在產程教學中的各種虛擬場景操作，有助于提高年輕醫生將知識和臨床相結合，為今后的獨立操作打下堅實的基礎。（3）針對產科其他方面的應用，研究表明，VR技術具有一種成本效益的培訓練習。

6 小結

本文選取了虛擬現實技術在骨科學、口腔學、急診醫學、神經外科學以及產科學等臨床醫學課程教學改革中成功應用的案例。隨著科技的發展和技術的革新，采用VR沉浸式技術的醫學課堂可能可以克服傳統醫學課堂的種種的弊端，將傳統醫學課堂中的知識點以動態方式呈現，提高學生對于學習醫學知識的積極性，從而提高課上和課后學生對于醫學知識的興趣，還能夠活躍醫學課堂的學習氣氛，顯著提高醫學課堂的教學效果和質量，并降低了授課老師的備課時間。當然，目前使用VR沉浸式臨床教學還存在著成本較高、缺乏統一的評判標準等不足。但從長遠發展的視角來看，隨著時代的不斷發展，科技的不斷進步，我們有理由相信，虛擬現實技術會不斷地更新完善，基于虛擬現實技術的 VR沉浸式教學模式將被越來越多地運用于臨床醫學教學改革的各個領域中，進一步促進我國臨床醫療質量的提升。