淺談藥學(xué)教育中虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用與發(fā)展

摘 要：本文通過文獻(xiàn)檢索，描述了虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)在藥學(xué)教育中的應(yīng)用，評(píng)估了VR技術(shù)在藥學(xué)教育中的應(yīng)用前景。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已被應(yīng)用于藥學(xué)教育，以提供引人入勝的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以通過提供模擬真實(shí)世界體驗(yàn)的沉浸式教育活動(dòng)來強(qiáng)化教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室概念，增加了VR對(duì)藥學(xué)教育的潛在用途，可以提供身臨其境的交互式學(xué)習(xí)環(huán)境。使用頭戴式顯示器的虛擬現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)在藥學(xué)教育中才剛剛開始，但更多的教育VR程序正在出現(xiàn)，VR有潛力成為藥學(xué)教育不可或缺的組成部分。

關(guān)鍵詞：藥學(xué)教育；虛擬現(xiàn)實(shí)；沉浸式技術(shù)；主動(dòng)學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：R94

在過去的幾十年中，藥學(xué)課程的形式發(fā)展較慢。盡管教學(xué)技術(shù)已經(jīng)從黑板發(fā)展到基于計(jì)算機(jī)幻燈片及其他內(nèi)容，然而，被動(dòng)的學(xué)習(xí)模式導(dǎo)致學(xué)生課堂出勤率低，學(xué)習(xí)效果差。實(shí)踐證明，主動(dòng)學(xué)習(xí)比被動(dòng)學(xué)習(xí)更有效，教師們目前正在尋找替代課堂的教學(xué)方法。虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）是一種新興技術(shù)，它可以提供身臨其境的交互式學(xué)習(xí)環(huán)境，不僅可以吸引學(xué)習(xí)者，而且有望克服當(dāng)前藥學(xué)教育的障礙。在藥學(xué)教育中，使用頭戴式顯示器的虛擬現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)才剛剛開始，但越來越多的教育虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目正在出現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)的當(dāng)前定義被理解為“通過計(jì)算機(jī)提供的感官刺激（如視覺和聲音）體驗(yàn)的人工環(huán)境，其中人的行為部分決定了環(huán)境中發(fā)生的事情。”現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實(shí)通常指佩戴頭戴式顯示器或耳機(jī)時(shí)發(fā)生的體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)可以定義為任何身臨其境的模擬現(xiàn)實(shí)，通常指的是“完整”的虛擬體驗(yàn)［1］。

1 虛擬學(xué)習(xí)在藥學(xué)教育中的歷史

在沉浸式技術(shù)的進(jìn)步導(dǎo)致頭戴式顯示器用于VR體驗(yàn)之前，教育工作者已經(jīng)在利用其他類型的虛擬活動(dòng)來改善學(xué)習(xí)。二維（2D）虛擬世界平臺(tái)和三維（3D）建模都證明了在藥學(xué)教育中的好處［2］。例如，二維虛擬世界平臺(tái)被成功地用于開發(fā)虛擬藥學(xué)院教室，以及虛擬制藥科學(xué)（合成）實(shí)驗(yàn)室，用作面對(duì)面授課的替代方法。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被用于教授藥物受體的三維（3D）互動(dòng)，而不是傳統(tǒng)的2D圖形講座。同樣，藥物設(shè)計(jì)（如蛋白質(zhì)—配體結(jié)合）可以在分子水平上在虛擬現(xiàn)實(shí)中進(jìn)行評(píng)估。這種類型的活動(dòng)可以顯著影響藥物開發(fā)、藥物化學(xué)和藥理學(xué)方面的藥學(xué)教育課程。虛擬現(xiàn)實(shí)還探索了虛擬社區(qū)藥房體驗(yàn)，這種虛擬社區(qū)藥房體驗(yàn)是由協(xié)助藥劑師設(shè)計(jì)他們自己的藥房大樓和布局，以供學(xué)生學(xué)習(xí)如何在社區(qū)藥房內(nèi)與患者互動(dòng)，而不影響真正的病人護(hù)理［3］。另外，使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)患者進(jìn)行藥學(xué)教育，為患者提供了如何用藥的咨詢［4］。盡管過去虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在藥學(xué)教育中的應(yīng)用取得了一些成功，但其所面臨的一些挑戰(zhàn)仍需要克服，如虛擬媒體限于平面的、二維的屏幕。21世紀(jì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)高速的發(fā)展進(jìn)一步增強(qiáng)了藥學(xué)相關(guān)的虛擬現(xiàn)實(shí)教育體驗(yàn)。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)步

參與者沉浸在虛擬現(xiàn)實(shí)活動(dòng)中的能力取決于體驗(yàn)提供的現(xiàn)場(chǎng)感，虛擬世界中的存在感取決于地點(diǎn)錯(cuò)覺和真實(shí)性錯(cuò)覺。地點(diǎn)錯(cuò)覺描述了一個(gè)人有多相信他們是在虛擬世界中，真實(shí)性錯(cuò)覺描述了一個(gè)人有多相信虛擬世界中發(fā)生的事情是真實(shí)的，這兩個(gè)因素都是在虛擬世界中提供存在感所必需的［5］。高質(zhì)量的計(jì)算機(jī)生成的視覺信息和精確的頭部和運(yùn)動(dòng)跟蹤可以實(shí)現(xiàn)地點(diǎn)錯(cuò)覺。視頻卡技術(shù)的最新進(jìn)展使具有高質(zhì)量視覺顯示的VR頭戴設(shè)備的開發(fā)成為可能。精確的跟蹤技術(shù)使耳機(jī)能夠識(shí)別“房間級(jí)虛擬現(xiàn)實(shí)”所需的六個(gè)自由度，即頭部在所有三個(gè)方向上的旋轉(zhuǎn)（前后、左右和側(cè)向傾斜），以及在三個(gè)平面上的移動(dòng)（前后、左右和上下移動(dòng)）。房間規(guī)模的虛擬現(xiàn)實(shí)允許一個(gè)人在虛擬空間中像在真實(shí)世界中一樣移動(dòng)，因此大大增加了沉浸感。跟蹤技術(shù)與高質(zhì)量的視覺顯示相結(jié)合，使當(dāng)前一代的VR頭戴設(shè)備能夠提供遠(yuǎn)比以前的技術(shù)更加身臨其境的VR體驗(yàn)。真實(shí)性錯(cuò)覺是一個(gè)更為復(fù)雜的測(cè)量因素，在一項(xiàng)研究中采用了多種不同的測(cè)量方法，包括參與者的調(diào)查反應(yīng)、皮膚電導(dǎo)反應(yīng)，心電圖和皮膚溫度被用來評(píng)估錯(cuò)覺的真實(shí)性。研究表明，“全身跟蹤”是與存在深度相關(guān)的最重要因素之一。隨著觸覺手套和緊身衣等設(shè)備的引入，真實(shí)性錯(cuò)覺的發(fā)展仍在繼續(xù)，即使沒有實(shí)現(xiàn)強(qiáng)烈的真實(shí)錯(cuò)覺，視覺顯示和頭部跟蹤技術(shù)的進(jìn)步也已經(jīng)在虛擬現(xiàn)實(shí)中提供了前所未有的高度沉浸式體驗(yàn)和強(qiáng)烈的存在感。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在藥學(xué)教育中的潛在應(yīng)用

積極參與已被廣泛認(rèn)為是學(xué)習(xí)過程中的一個(gè)重要因素，為學(xué)生提供將理論付諸實(shí)踐的機(jī)會(huì)對(duì)許多職業(yè)來說是至關(guān)重要的［6］。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)生提供將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)世界場(chǎng)景的機(jī)會(huì)。頭戴式耳機(jī)比專用設(shè)備便宜，可以模擬任何環(huán)境，無須為每個(gè)學(xué)科購買專用設(shè)備。例如，單個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以為一組學(xué)生提供藥房配藥體驗(yàn)，并為下一組學(xué)生提供外科手術(shù)模擬。對(duì)于遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)的學(xué)生來說，虛擬現(xiàn)實(shí)可以提供類似于在校園上課的親身體驗(yàn)，沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)教育平臺(tái)使學(xué)生和教師能夠在任何地點(diǎn)的虛擬教室里見面。未來，虛擬現(xiàn)實(shí)可能會(huì)讓遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)課程與面對(duì)面的課程幾乎完全相同。

除了使實(shí)踐學(xué)習(xí)活動(dòng)變得更容易，虛擬現(xiàn)實(shí)還可以通過提供在現(xiàn)實(shí)世界中不可行的經(jīng)驗(yàn)來增強(qiáng)教育，這對(duì)于從錯(cuò)誤中學(xué)習(xí)產(chǎn)生不可接受后果的學(xué)科尤其重要［7］。例如，衛(wèi)生保健專業(yè)的學(xué)生不會(huì)為了從錯(cuò)誤中學(xué)習(xí)而將患者置于危險(xiǎn)之中。虛擬現(xiàn)實(shí)模擬不僅為學(xué)生提供了在不承擔(dān)后果的前提下從錯(cuò)誤中學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，還為他們提供了從教師那里獲得反饋的機(jī)會(huì)，對(duì)這些錯(cuò)誤進(jìn)行反省，然后多次嘗試，這對(duì)于藥學(xué)專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)有關(guān)患者安全、重癥監(jiān)護(hù)、醫(yī)療錯(cuò)誤以及進(jìn)行困難對(duì)話的知識(shí)可能特別有用。即使有視頻和動(dòng)畫，有些話題也很難概念化。虛擬現(xiàn)實(shí)提供的交互式3D環(huán)境可以提供不同的視角，使困難的主題更容易理解。例如，最近開發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)4D應(yīng)用程序，允許用戶以三維視角與理論四維物體互動(dòng)。4D應(yīng)用程序提供了一個(gè)有趣和獨(dú)特的方式來了解一個(gè)困難的概念。藥學(xué)課程中有許多主題可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)使復(fù)雜的概念變得簡單。例如，學(xué)生可以跟蹤藥物在人體內(nèi)的過程，以了解藥物動(dòng)力學(xué)。最后，有些主題對(duì)學(xué)生來說是乏味或枯燥的。虛擬現(xiàn)實(shí)可以添加互動(dòng)甚至游戲化帶來的樂趣。例如，記憶藥品的品牌和通用名可以發(fā)展成一種游戲，以增加參與度。例如，產(chǎn)科急癥游戲旨在通過各種虛擬場(chǎng)景教授常見的婦科疾病。該游戲除了與基于平板電腦的技術(shù)一樣有效地進(jìn)行解剖學(xué)教學(xué)，還增加了學(xué)生的參與度、互動(dòng)性和樂趣。身體虛擬現(xiàn)實(shí)提供了在病毒感染期間，病毒通過血管進(jìn)入細(xì)胞的旅程。類似的活動(dòng)，如在解剖學(xué)、細(xì)胞和分子水平上跟蹤藥物通過身體的過程，以觀察藥物在哪里分布，它們?nèi)绾斡绊懜鞣N器官，藥物在過程中的結(jié)構(gòu)變化、新陳代謝和消除。藥學(xué)專業(yè)的學(xué)生需要練習(xí)與醫(yī)療保健團(tuán)隊(duì)以及患者及其親屬溝通，虛擬現(xiàn)實(shí)可以給學(xué)生提供一個(gè)練習(xí)交流的機(jī)會(huì)，模擬各種患者體驗(yàn)的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序可用于在學(xué)生面前建立同理心與患者互動(dòng)。在一項(xiàng)研究中，通過患者的眼睛展示癡呆癥的虛擬現(xiàn)實(shí)模擬電影可以為護(hù)理人員提供洞察力和理解，類似的活動(dòng)可以用來讓學(xué)生看到作為一個(gè)病人的感覺。事實(shí)證明，虛擬現(xiàn)實(shí)在患者護(hù)理中也很有用，它提供了理解患者的機(jī)會(huì)，幫助患者克服恐懼癥，轉(zhuǎn)移患者對(duì)疼痛的注意力，并激勵(lì)患者改變生活方式［8］。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)步對(duì)藥學(xué)教育的影響

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)衛(wèi)生專業(yè)教育的影響很大程度上取決于未來的技術(shù)進(jìn)步，而我們也才剛剛開始看到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在藥學(xué)教育中的可觀潛力。房間級(jí)的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)在很大程度上需要與電腦相連，連接的電線會(huì)干擾用戶的沉浸，并存在絆倒風(fēng)險(xiǎn)。VR頭戴式設(shè)備現(xiàn)已上市，它使無線房間規(guī)模的虛擬現(xiàn)實(shí)具有最小的延遲，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的無束縛虛擬體驗(yàn)。獨(dú)立的房間級(jí)VR頭戴設(shè)備于2019年初發(fā)布，獨(dú)立的房間規(guī)模的VR頭戴設(shè)備消除了對(duì)昂貴計(jì)算機(jī)的需求，并實(shí)現(xiàn)由內(nèi)向外跟蹤。由內(nèi)向外跟蹤可以跟蹤用戶周圍的東西，而不是用固定的傳感器在預(yù)定區(qū)域內(nèi)跟蹤設(shè)備。由內(nèi)向外跟蹤的一個(gè)潛在好處是，它可以在任何給定的空間內(nèi)允許多個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，這將使學(xué)生更容易在同一物理空間內(nèi)一起研究虛擬現(xiàn)實(shí)問題，而沒有碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。此外，這些類型的設(shè)備需要較少的技術(shù)專業(yè)知識(shí)來設(shè)置，使用越來越方便，即插即用，這可能會(huì)降低教師對(duì)設(shè)置虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的擔(dān)憂程度。預(yù)期的獨(dú)立設(shè)備將不需要手機(jī)，這將確保所有設(shè)備具有相同的質(zhì)量。由于不需要單獨(dú)的計(jì)算機(jī)，這些獨(dú)立的設(shè)備可能會(huì)更便宜。對(duì)于藥學(xué)專業(yè)的學(xué)生來說，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中最有益的技術(shù)進(jìn)步之一將是感受環(huán)境的能力。觸覺手套將會(huì)使學(xué)生去感受他們分發(fā)的藥物，并提供對(duì)患者進(jìn)行評(píng)估的機(jī)會(huì)［9］。想象一下，學(xué)生能夠感覺到病人的心率，進(jìn)行糖尿病檢查，甚至可以在半個(gè)世界之外教病人如何正確使用護(hù)理點(diǎn)設(shè)備將是多么有益。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以用來培訓(xùn)學(xué)生進(jìn)行無菌配制，這可以解決目前所需資源的局限性。目前還沒有可用的觸覺手套，但有幾種產(chǎn)品正在研發(fā)中。虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴設(shè)備也在不斷改進(jìn)，擁有更高分辨率的屏幕和更寬的視野，舒適、符合人體工程學(xué)且更輕的產(chǎn)品仍在開發(fā)中。

5 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在藥學(xué)教育中的優(yōu)勢(shì)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種創(chuàng)新的教育技術(shù)，為藥學(xué)教育帶來了諸多潛在的應(yīng)用價(jià)值。它能夠在“藥物化學(xué)”“藥劑學(xué)”“藥理學(xué)”等課程教學(xué)中提供直觀、沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)，節(jié)省藥學(xué)教育資源。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠使學(xué)生在虛擬環(huán)境中仿佛親身經(jīng)歷藥物研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的過程，這種身臨其境的感受能夠增強(qiáng)學(xué)習(xí)的趣味性和吸引力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行模擬實(shí)踐，學(xué)生可以在安全、可控的虛擬環(huán)境中反復(fù)練習(xí)各種操作技能，如藥物合成實(shí)驗(yàn)操作、制劑設(shè)備操作等。這種實(shí)踐方式不受時(shí)間和空間的限制，能夠幫助學(xué)生更好地掌握實(shí)踐技能，提高他們解決實(shí)際問題的能力。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求，為每個(gè)學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑和內(nèi)容。例如，在虛擬實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)生的操作步驟和結(jié)果，給予針對(duì)性的反饋和指導(dǎo)，幫助學(xué)生及時(shí)糾正錯(cuò)誤，改進(jìn)學(xué)習(xí)方法，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的學(xué)習(xí)目標(biāo)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用可以減少對(duì)傳統(tǒng)藥學(xué)教育投入的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、試劑和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物等資源的依賴，降低教育成本。同時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)可以重復(fù)進(jìn)行，避免了因?qū)嶒?yàn)失敗或操作不當(dāng)造成的資源浪費(fèi)。

6 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的局限性

盡管虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)取得了上述進(jìn)展，但其在發(fā)展過程中也面臨著諸多局限性，這些局限性制約了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)一步普及。首先，虛擬現(xiàn)實(shí)疾病和不舒服問題［10］。長時(shí)間使用虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，設(shè)備的重量和尺寸、像素化的視覺顯示、設(shè)備產(chǎn)生的熱量以及與計(jì)算機(jī)的連接要求可能導(dǎo)致用戶出現(xiàn)身體不適的癥狀，包括頭暈、惡心、眼疲勞等，甚至出現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)疾病。這些身體反應(yīng)嚴(yán)重影響了用戶體驗(yàn)，限制了用戶使用虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備的時(shí)長和頻率。其次，成本問題。高昂的硬件成本和內(nèi)容開發(fā)成本，以及培養(yǎng)專業(yè)的虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容開發(fā)人才需要較長的時(shí)間和較高的成本，使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的普及面臨困難，普通消費(fèi)者難以承受，內(nèi)容開發(fā)者也面臨著較大的經(jīng)濟(jì)壓力，限制了內(nèi)容的豐富度和創(chuàng)新性。最后，成癮性問題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的高度沉浸性和交互性容易使用戶沉迷其中，對(duì)現(xiàn)實(shí)生活產(chǎn)生疏離感，影響身心健康和社交能力，虛擬世界中的豐富體驗(yàn)和即時(shí)反饋會(huì)吸引用戶不斷投入時(shí)間和精力，從而減少與現(xiàn)實(shí)世界的接觸和互動(dòng)，造成與社會(huì)脫節(jié)。過度使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)甚至可能導(dǎo)致用戶出現(xiàn)焦慮、抑郁等心理問題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的局限性的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，了解這些局限性有助于推動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善。認(rèn)識(shí)到這些局限性能夠幫助研究人員更加理性地制定推廣策略，充分考慮用戶的接受程度和實(shí)際需求，有助于引導(dǎo)用戶正確使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，降低潛在風(fēng)險(xiǎn)，保障用戶的身心健康。

7 結(jié)論

本文討論了虛擬現(xiàn)實(shí)在藥學(xué)教育背景下的應(yīng)用，以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的最新進(jìn)展如何有利于藥學(xué)教育。最新的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)涉及頭戴式顯示器，可提供交互式360°環(huán)境，可以讓學(xué)習(xí)者沉浸在主動(dòng)學(xué)習(xí)的場(chǎng)景中。虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境可用于提供高質(zhì)量的藥房模擬、人體實(shí)地旅行，甚至是從錯(cuò)誤中學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。隨著更多虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究和開發(fā)，特別是軟件開發(fā)，虛擬現(xiàn)實(shí)有可能成為藥學(xué)教育的一個(gè)組成部分。

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基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：22165006）

作者簡介：顏承云（1972— ），男，漢族，黑龍江鶴崗人，博士研究生，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)槟[瘤靶向納米遞藥系統(tǒng)。