AR技术应用在中医药教育中的可行性探讨※

万倩茹 刘旭初尹瑞英 曾凡宇

（河南中医药大学基础医学院，河南 郑州 450046）

高校中医药教育强调理论与实践并重、中西医并学，从而在课程设置，教学方法上给学生学习带来巨大压力。AR技术具有交互性、沉浸感、突破时空限制等优点，在教育教学中的应用也逐渐增多，但在中医药教育方面的应用寥寥。本文就两者结合的必要性、实现方法和应用模式作详细探讨。

1 AR技术概述

AR（augmented reality）技术即增强现实技术，是一种将真实的环境和虚拟的对象（物体、图片、视频、声音等）实时叠加到同一个画面或空间，被人类的视觉、听觉、触觉所感知，从而达到超越现实的感官体验的技术[1]。AR技术是从虚拟现实（VR）技术发展而来的。区别于VR（虚拟现实）技术呈现的完全虚拟的3D环境，AR技术具有虚实结合、三维立体、即时互动的特点，逼真、可互动的虚拟对象丰富了现实世界，使人达到沉浸感，增强了人对真实环境的理解。

AR技术的实现离不开显示技术、界面与可视化技术和跟踪定位技术[1]。目前平板电脑、智能手机等移动设备都具备此类条件。AR技术的优势以及移动设备的普及使得AR技术被广泛应用到军事、娱乐等领域，在教育中的应用也在不断探索。如出版AR少儿图书、建立AR教室以及AR情景教学等。从于翠波等[2]文献分析中看到，AR技术应用到教育教学实验中的目标人群包括婴幼儿、中小学学生、高等院校学生、非正式学习者（博物馆、图书馆等的参观者）及AR教育游戏参与者。各类人群应用AR技术的目的不同：婴幼儿阶段应用AR技术为了简单信息的识别；中学阶段学生主要为了某概念的理解；非正式人群为了更好的参观体验；教育游戏参与者为了寓教于乐。其中高等院校中的学生应用此技术在于提高学生的学习热情、改善学习体验、方便资料获取以及增加同学间互动，职业教育中的学生则为了提高学生的动手实践能力来适应以后工作的需求。由此可看出，AR技术在提高认知、理解理论概念、寓教于乐、情景教学以及实践教学中具有很大优势。文中显示，AR技术应用于学科分布中主要为自然科学及人文与社会科学，而在医药科学中应用比例较低。目前，AR技术已在针灸教学、患者康复训练以及医药教辅类应用中有所应用，且反响良好。因此，将AR技术应用在高等中医药教育中的可行性值得更深入的思考。

2 AR技术应用于中医药教育中的必要性

2.1 目前高等中医药教育存在的问题

2.1.1 基础理论知识薄弱 基础理论知识的教学是中医药教育的重要内容，基础理论知识的学习是中医药专业学生成才的根基。但是由于中医药学科的特殊性，中医药知识概念抽象、理论深奥，减弱了学生的学习兴趣，加大了学习难度。且传统的教学方式老套、课堂教学改革效果不显以及授课老师水平参差不齐，使得高等中医药院校学生的基础理论知识的授课难以实现教学预期目标，学生基础理论知识掌握不牢。

2.1.2 实践技能不足 中医药学是经验医学，是临床医学，也是实践医学。中医药的经验和理论均来自于临床实践。纵观历史，历代名医大家的成长成才，皆离不开大量临床实践经验的积累。但就当前的中医药院校教育来看，实践教育恰是培养医学生过程的一个短板，使得大多数本科医学生毕业后不能熟练的将中医理论和技能运用于临床。究其原因，笔者认为是目前多数院校缺少开展实践教学所需的场地、设备、资金等必备资源，导致中医药院校的实践教学不能保质保量开展。

2.1.3 学习压力大，兴趣不足 医学院校学生学习压力普遍较大，尤其是中医院校学生，既要系统学习中医中药学的各门课程，又要学习现代医学的基础课程，学习科目多，任务繁重。此外，中医药学有其独特的理论体系，内容较为抽象，字词深奥，对传统文化功底要求较高，导致学生学习兴趣不足。

2.2 AR技术应用在中医药教育中

2.2.1 建立AR课堂 近年来，多媒体教学形式得到普及，PBL教学模式引入课堂，但是以教材为依托，老师讲学生听仍然是大多数高等医学院校最主要的教育模式，效果差强人意。随着VR与AR技术的快速发展，将AR技术运用到课堂教学，尝试建立AR课堂，或许会成为高校未来课堂教学的新模式、新潮流。对此，张树鹏等[3]进行了实验对比研究，以学习火箭科普知识为基础，提出一种基于AR虚实交互的学习方法，得出AR虚实交互学习方法更高效的结论。它可以满足用户更好的关注学习内容与增加用户之间的互动，能深入的加强对细节内容的理解和记忆。据报道，2016年四川大学华西基础医学与法医学院利用虚拟现实技术，研发出一款《人卫3D系统解剖学》 VR版，让学生带上VR头盔就能够看到全方位立体展示的人体结构。由此可见，将虚拟现实与增强现实技术引入教学课堂已经成为许多高校新的探索。医学生培养过程复杂，特别是中医药相关专业学生，需要掌握的知识点繁杂、概念抽象不具体。通过利用AR技术，借助计算机将复杂数据进行可视化、交互性操作，为学生提供一个虚拟环境与现实世界相结合的场景，让学生沉浸在增强现实的场景中，变被动接受为主动学习，能够提高学习效率。例如，将AR技术与中药材图谱相结合，通过AR技术可将中药植株和饮片立体的展现出来，并可进行人机互动。在针灸学教学过程中，增强现实技术为学生展现出一个虚拟的人体模型，可以演示穴位定位、进针手法等教学过程。值得一提的是，利用增强现实技术，还可以向医学生们展示穴位下针灸针在皮下的进针方向、进针长度以及提插捻转时的肌肉组织状态等，让医学生通过亲手操作，感受真实的进针状态，掌握针灸进针的技巧。

2.2.2 AR与实践教学 在医药专业学生培养的过程中，实践教育是培养内容的重要一环。中医药院校的实践教育主要包括医学专业的实验操作、技能实训等，药学专业的理化实验、中药炮制实训等。实践教育对教学手段、实验设备、场地等多个层面都有很高的要求。

全现实场景的实验成本高昂，是否能达到预期的效果还受很多复杂而特殊现实因素的影响。例如，在中药炮制实训课上需要耗费大量的中药材供学生们进行操作，在理化实验过程中会受多种因素干扰而影响实验结果。利用AR技术，营造出虚拟信息与现实环境相结合的场景，学生在此场景下完成实验步骤，真实的体验实验过程，从而达到实验要求。这样不仅节约了实验所需的资源和成本，还能够最大限度的减少干扰因素，保证实验的成功。

在医疗培训方面，AR技术可以突破实验设备、场地和经费等方面的限制，让更多的医学生或者医生沉浸在增强现实环境中进行训练，加深对训练内容的理解。潘俊君指出AR技术可以给医生制造一个完全真实的体验经历，可重复使用真实的场景，可以节约资源，降低练习成本。解放军总医院神经外科利用多模态导航的虚拟和增强现实技术，实现了脑功能区定位和可视化操作，并运用此技术进行了颅内病变穿刺手术教学的探索[4]。由此可见，将AR技术与临床培训相结合的教学方式已经得到初步发展。在中医药教育中，针灸、推拿、中医正骨手法等需要实践教学。利用AR技术可将模拟三维立体的人体叠加在现实中，实现模拟标准病人的呈现，将传统的“被动灌输、抽象想象”的实训教学改变为“主动参与、直观可视化”的全新模式。2.2.3开发AR APP对于大学生来说，智能手机和PC端移动设备现在已经成为生活学习中不可或缺的一部分。众多课下学习的辅助教学类应用也在学生中应用广泛。现已有医药与AR手机应用相结合的教辅工具，如Augment 3D和《AR中药材》。Augment 3D是一款移动设备APP，已被应用在娱乐、销售、医药教育等各个方面。例如利用Augment 3D学习C60的分子结构式时，可以将结构式的3D模型导入到软件中，与平面结构图建立对应关系，就可通过扫描平面图呈现出分子结构的增强现实环境。与此类似，《AR中药材》APP就是利用AR扫描图片功能实现中药材三维高精度呈现的。这款Augment 3D不仅拥有强大3D模型库，也提供了3D模型的接口，用户可为模型库添加3D模型图或3D动画模型[5]。因此可以设想，将其与中医药结合时，它可以根据用户使用要求包含众多中药材3D模型、人体解剖结构模型甚至人体穴位的3D定位图。

近年来，手机游戏倍受学生喜爱，AR游戏APP的开发也逐渐火热。目前国内外很多AR益智类游戏，如《AR涂涂乐》 《水果算你狠》 《Woorld》等，均是通过游戏这种轻松的方式将知识传递给用户。那么开发一款具有中医药特色的AR益智游戏，利用学生对新型游戏模式的好奇心，将枯燥的中医药知识与有趣的游戏方式相结合，不仅可以缓解学生学习压力，也寓教于乐，一举两得。

苹果手机ARkit的产生以及各公司在AR应用上的探索，为开发具有AR功能的中医药教辅类应用和益智游戏提供了平台和技术支持。AR APP便捷灵活，易于推广，有利于提高在学生中的使用率，有巨大市场和发展潜力。

3 前景分析

3.1 挑战

3.1.1 对教师和学生的影响 学生和老师都习惯于传统的教育教学方式，AR出现于课堂是对传统教育、学习方式的一种挑战。首先教师需要掌握AR系统的操作，其次要调整以往的教学节奏，接受AR的应用特点。此外，学生在学习时容易将注意力集中于AR设备中，相应的对知识的获取和思考降低，易喧宾夺主。因此在应用AR教学时教师应引导学生分清主次。

3.1.2 AR应用于中医药教育中的资源短缺 AR的市场不够成熟，硬件、软件和整个生态系统还需不断发展。并且AR教育应用资源的开发设计与AR在商业领域的应用相比略显不足，很多应用案例也主要在商业领域[6]。现有的AR教材、游戏、视频等学习资源都是对学习过程中的某一环节进行开发设计的，并没有针对某一学科或分支进行系统的开发设计。特别是在中医药教育这一方面，AR教学资源短缺，没有系统的学科整合。不能给学习者带来系统、完整的学习体验。相较于一般的教学设备，AR教学设备的价格比较昂贵，从无到有，必定要求学校投入较多的资金以及场地。

3.1.3 技术上仍需突破 Chang等[7]认为在某些情景中，AR没有以物理或桌面为基础的方案好用。因此AR设备需要有方便简洁实用的交互设计，以减少医学生学习的负担，增加学习兴趣和效率。另外，针灸、推拿等是在人体上操作的技能，应用AR技术时对部位、力度精确度高，这就需要精准的导航和压力感受设备、高分辨率的显示设备，从而最大的减小操作误差。

3.1.4 AR教学中的局限性 高等中医药教育不仅要求对知识要有深入的理解，而且要求对知识有牢固的记忆。AR技术有助于医学生对结构的理解，而在呈现纯粹的文本信息时并没有传统的纸媒有优势。AR技术可以作为教学的辅助手段，并不能完全取代传统医学教育方式。

3.2 机遇

3.2.1 政府的支持 增强现实技术可以与制造、教育、医疗、商贸服务等多个行业融合，并能够促进行业的发展和经济的增长，多个地方政府将其视为稳增长、调结构、促转型的有力抓手。同时，近年来，中医药事业迎来了发展的春天，越来越多的人愿意了解中医，党的十九大报告也明确提出：坚持中西医并重，传承发展中医药事业。

3.2.2 市场空缺 增强现实技术虽然已经在医学中进行了应用尝试，如进行手术引导、心脏解剖，但大多数还只是在初步尝试的阶段，增强现实技术应用在中医药教育中目前也只是很少的一部分人在尝试。因此，AR技术在中医药教育中的开发潜力较大。

3.2.3 大众对新兴事物的好奇 社会发展迅速，人们接受新事物的能力也在不断增强。增强现实技术以其交互性强、呈现方式独特的优点吸引了大部分人进行应用尝试。其与手机等移动设备的结合，更是能提高人们的认知度。

3.2.4 AR技术正蓬勃发展 2016年被认为是AR的元年。近几年，AR被应用在了各个领域，例如宜家广告、涂涂乐早教、AR教室、支付宝扫福活动。AR正在被广泛关注。

4 结论

AR技术交互性强，新颖度高等优点使其很容易被大众接受。AR与中医药教育结合，将AR的优点代入到中医学习中，让学生的学习充满趣味，同时也通过这种方式吸引更多的人了解中医。增强现实技术的发展虽然在技术上、资源上还面临着众多挑战，但是挑战中也有巨大的发展潜力。AR与中医药教育的结合不仅能给AR增添活力，更重要的是也能提高中医药教学质量，弘扬中医文化。