虚拟现实技术在基础医学实验教学中的应用研究

李 帆，王 渊，孙晓明，王 涛，刘新领，王兴会，苟 玮，胡 浩*

(1.西安交通大学基础医学实验教学中心；2.西安交通大学医学部人才培养处，陕西 西安 710061)

基础医学实验教学是高等医学教育的重要环节，也是高等医学教育的必修课程和技能训练课程。目前在本科生基础实验教学中仍存在诸多问题，例如实验耗时长、实验成本高、学生操作经验不足以及存在实验风险等[1-2]。此外传统教学模式对学生的吸引力不足，这些问题都限制了基础医学实验课程本应发挥的教学效果。西安交通大学一贯重视实践教学改革，在国内率先将虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术引入基础医学实验教学，与机能实验课程相结合，对基础医学实验教学模式进行了新的探索。

VR技术是通过计算机图形技术、仿真技术、传感器技术、显示技术等多种技术，在多维信息空间上创建虚拟环境，能使人具有身临其境的沉浸感[3]。近年来，VR技术迅速发展，已经被广泛应用于医疗、航空、工业、游戏等各个领域[4-7]。VR技术在基础医学实验教学中的应用较少，在基础医学实验课程中融入VR教学，通过VR设备创设的虚拟学习环境，旨在帮助学生更好地掌握实验操作，为实训课堂铺垫基础，同时提高学生的学习效率和学习积极性。

一、研究内容

(一)研究对象。

研究对象来自西安交通大学2016级医学专业本科生。

(二)研究方法。

1．VR实验教学。以基础医学机能实验课程“家兔血压调节及影响因素”为教学内容，学生使用VR设备进入虚拟实验室，按提示语进行操作：动物捉拿、称重、麻醉、颈动脉插管、注射药物、观察血压变化。在整个过程中，学生需回答相关问题，实验结束后系统会对学生操作进行评估。

2.学生分组。2016级医学专业本科生13个班，每个班级18～22人，平均4～6人一组共用一套VR设备。每组随机选部分学生参与整个VR实验，其他学生参与部分实验操作。记录学生参与或完成情况，随机各选取42名参与了全部和部分VR实验的学生，比较其真实实验操作成绩。

3.问卷调查。对参与VR实验的13个班级进行问卷调查，共发放问卷260份(回收有效问卷245份)，对问卷结果进行统计分析。

4.统计分析。采用GraphPad 6软件处理和分析数据。计量资料采用(均数±标准差)表示，组间比较采用t检验；计数资料采用频数(百分比)表示。P<0.05为统计学有差异。

二、结 果

(一)VR技术在基础医学实验教学中有新颖性和创新性。

问卷结果分析显示，对VR技术及其应用领域完全不了解的学生仅占2.04%，不太了解的占38.78%，有不同程度了解的占59.18%。但经常接触或体验VR设备的学生仅占1.63%，体验过5次以上的占6.94%，体验过3次的占21.23%，只体验过一次或从未体验过VR设备的占70.20%。这说明VR设备对学生而言具有一定的新颖性，VR技术与基础医学实验教学的结合有一定的创新性。

(二)VR实验教学能够提高学生的学习积极性。

基于VR实验教学的新颖性和创新性，进一步探究了VR实验教学对学生学习积极性的影响。结果显示，对VR教学有兴趣的学生达95.09%。95.51%的学生认为VR教学对自己的学习积极性有不同程度的提高(见表1、表2)。

表1 学生对VR实验教学的兴趣[n(%)]

表2 VR实验教学对学生学习积极性的影响[n(%)]

(三)VR实验教学对真实实验操作有帮助作用。

82.04%的学生认为VR实验教学在熟悉实验流程、加强知识点学习、加深实验内容记忆等方面对自己的真实实验操作有不同程度帮助(见表3)。此外，参与全部VR实验的学生其真实实验操作成绩(93.17±4.42)明显高于参与部分VR实验学生的成绩(87.19±6.60)(P<0.05)。

表3 VR实验教学对真实实验操作的作用[n(%)]

(四)学生对VR教学总体较为满意。

开展VR实验教学的最终目的是服务于教学，提升实验教学质量。结果显示，学生对此次VR实验教学的总体满意程度较高(96.74%)(见表4)。

表4 VR实验教学满意度人[n(%)]

三、讨 论

基础医学实验操作训练是本科生实验教学的重要环节，但传统的实验教学对学生积极性影响有限，并且在实验操作中，学生操作手法不一，操作经验不足，对实验流程不熟悉；动物实验还存在动物意外死亡的情况，大多与操作不当有关[8]，且增加了实验经济成本。此外，实验中涉及到的动物、手术器械等也存在安全隐患[9]。

VR实验教学完全模拟真实实验操作过程，学生愿意尝试和接触新的教学模式，这对提高学生积极性有很大帮助。学生要在虚拟实验室操作家兔的捉拿、麻醉、手术实施等过程。手术完成后，学生选择肾上腺素、去加肾上腺素、乙酰胆碱等不同药物注射，观察血压变化，并回答对应药物作用的机制等知识点。在这一过程中，学生经历了认知体验式学习、情感体验式学习和行为体验式学习，在情节记忆、情绪记忆、语义记忆等方面都达到了良好的效果，避免了现实中过多说教教育、被动接受学习。因此，将VR技术融入基础医学实验教学，在一定程度上能够解决实验教学中存在的一些问题。

VR技术在医学教育领域的应用有很好的效果[10]，本次教学学生总体满意度高，但仍存在一些问题，从问卷反馈来看，部分学生希望能增加VR实验的内容，这一问题在后期的教学安排中需要进一步地探索和完善。