虚拟现实技术助力SPOC实现医学深度学习

黄 珊，单昌友，赵 芳，包 兴

（西安交通大学第二附属医院，陕西 西安 710004）

1 深度学习——当前医学教育的关键

中共中央、国务院于2017年发布的《关于深化教育体制机制改革的意见》强调人才培养要注重“创新精神和实践能力”“强化支持终身发展的关键能力”。同年教育部在《关于进一步做好“5+3”一体化医学人才培养工作的若干意见》中明确一体化人才培养的目标是“掌握坚实的医学基础理论、基本知识和基本技能，具备较强的临床思维、临床实践能力以及一定的临床科学研究和临床教学能力，能独立、规范地承担本专业和相关专业的常见多发病的预防和诊治工作的高水平高素质临床医师”。这些文件落实的关键在于提升教育质量，促进医学深度学习[1]。

深度学习由Ference Martion和Roger Saljo首先提出，相对于浅层学习，其强调在基于理解学习之上，学习者主动学习新“知识单元”，并将其融入原有认知结构中，主动构建知识体系，并应用于解决新问题[2]。可见，实现深度学习是提升教育质量及学生素养的关键，其与医学一体化人才培养目标高度一致。但是，随着信息技术在教育领域的广泛应用，大规模开放课程（Massive Open Online Course，MOOC）等在线技术涌入的同时也成为滋生浅层学习的温床。如何有效发挥在线教育的优势，构建新时代医学深度学习模式，是当前医学教育面临的挑战[3]。

2 SPOC支撑下的深度学习实现及在医学教育中的应用缺陷

SPOC 是（Small Private Online Course）的缩写，即“小型私有在线课程”[4]。SPOC是对当前广泛发展的MOOC的反思与改进。MOOC由于其门槛过低、与教学结合差等不足，导致其难以达到深度学习。SPOC的出现使信息技术时代深度学习模式构建成为可能，为浅层学习向深度学习转变提供支持[5-7]。美国学者Eric Jensen和LeAnn Nickelse的《深度学习的7种有力策略》明确了实现深度学习的基本路径。哈佛大学及清华大学等均已开展SPOC的教学改革实验，结果显示SPOC取得了显著成效，学生成绩得到了提升[4]。SPOC赋予学生完整、深入的学习体验，促进深度学习的实现。

SPOC虽然在一些专业达到了较好的深度学习效果，但是由于医学教育的特殊性，目前SPOC在促进医学深度学习上还存在一些不足：（1）学习环境二维化，缺乏学习氛围，无法为学习者提供真实性视觉触觉体验；（2）师生交互性弱，缺乏参与度及有效知识内化；（3）实践性差，仍未突破传统教学。尽管理论上SPOC是实现深度学习的重要模式，但就医学教育的具体实施情况来看，目前SPOC实现医学深度学习并不顺利。医学教育中尚无法完全实现SPOC对DELC各环节的支持，无法达到医学教育的深度学习。SPOC下医学深度学习模式面临困境，虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是解决困境的有效途径。

3 虚拟现实技术助力SPOC实现医学深度学习

虚拟现实技术是以计算机技术为核心，结合相关科学技术，生成与真实视、听、触感等高度近似的数字化环境，用户借助必要的装备与数字化环境中的对象进行交互，产生亲临实境的感觉和体验[8-9]。VR技术可以模拟出各种逼真的手术、临床等场景，避免操作风险并降低教学费用。VR技术以其沉浸性、交互性、想象性适应了现代模拟医学教育的核心要求[10]，为SPOC下深度学习模式的构建提供有力技术支持，在SPOC平台中引入VR技术是医学教育深度学习实现的一个关键。本研究结合DELC深度学习框架，探索基于VR技术实现SPOC平台下医学深度学习模式。

3.1 VR技术促进SPOC全面激活先期“知识网络”

DELC强调深度学习需要通过前期评估及课前准备，预备并激活先期知识，在此基础上融入新知识。SPOC目前以线上线下的混合教学模式为主，在激活深度学习上具有显著优势，将课前准备置于线上，让学习者进行自我评估及知识预激活。然而，SPOC线上如何全面激活学习者先期“知识网络”是深度学习启动的难题。

运用VR技术从两个方面支持SPOC全面激活学习者已有“知识网络”。第一，目前的SPOC以视觉及听觉为主要的激活方式，且采用二维平面为主的PPT及视频等媒介，学习者易产生疲劳感及丧失学习兴趣。而运用VR头戴式显示设备可以充分调动学习者的三维视觉感受及听觉感受，在学习者周围形成3D立体模型，实现人体虚拟化。VR手套可以触发学习者的触感反馈系统，使学习者身临其境感受虚拟世界，全面激活学习者的既有知识及学习兴趣。第二，DELC深度学习强调因思而学，让学习者在既有知识与问题碰撞中遭遇困境，增强求知欲。VR技术在SPOC平台上构建虚拟解剖室、虚拟影像室、虚拟图书馆、虚拟资料库，为学习者提供思考及分析问题的有效途径，激活旧知识的基础上变被动为主动学习，促进学习者发现新问题，主动寻求知识解决问题。

3.2 VR技术促进SPOC构建新“知识网络”

深度学习构建新“知识网络”的第一步需获取新的“知识单元”，且强调需要采用DELC中“营造积极的学习文化”及“获取新知识”的方式进行获取。深度学习提出必须使学习者置身于主动参与的“积极环境”之中，通过多样化的形式促进学习者获取新知识，即强调深度学习的沉浸性及互动性。SPOC平台融入小组讨论、师生互动等线上模式，配合线下师生见面会等形式，支持深度学习的互动性及DELC中学习环境的营造，但通过VR技术则可以全面支持SPOC的沉浸性及互动性，促进SPOC构建新“知识网络”。运用VR技术在SPOC平台构建虚拟共同体，即构建虚拟小组，并实现多人介入及虚拟导师介入，通过视觉传感器及体部传感器，模拟听觉、视觉、触觉及操作为一体的真实小组讨论环境，开展对话、协商、合作等深层互动。运用VR技术在SPOC中建构虚拟课堂及虚拟病房，再现真实的课堂环境及临床观摩环境，促进学习者与环境的互动，增加学习者的情绪体验及沉浸式感受。

新知识的获取只是深度学习构建新“知识网络”的第一步，如何将“知识内化”是深度学习建立新“知识网络”的关键。SPOC需要实现DELC中的“深度加工知识”这一核心步骤。医学实践是检验知识及促进知识内化的重要途径，VR技术融入SPOC平台，设置虚拟诊断课程，学习者在虚拟人体上进行充分的诊疗练习。引入VR诊断反馈结果，分析理论与临床应用的关系，获取临床经验，加深知识理解。同时在SPOC平台加入罕见及常见临床病例，帮助学习者不断自我培训，对知识进行“深入加工”。通过VR技术在SPOC平台建构虚拟患者、虚拟操作室及虚拟临床技能培训中心，真实再现疾病表现，通过压力触觉反馈再现查体，并可以进行反复操作练习。在SPOC平台充分发挥VR技术促进学习者对知识再加工，及时修正调整，实现“知识内化”。

3.3 VR技术促进SPOC稳固新“知识网络”

DELC的“学习评价”是促进“知识外化”即知识应用的保证，深度学习强调评价的真实性和过程性，让学习者通过对真实任务的主动探究、不断反思来稳固新“知识网络”。医学人才培养的最终目标是“能独立、规范地承担本专业和相关专业的常见多发病的预防和诊治工作的高水平高素质临床医师”，这是医学深度学习的评价标准。目前SPOC实践以讲授及观摩为主，临床资源有限，加之医生工作繁忙、医患关系紧张，学习者亲自实践机会较少。如何构建基于临床实践的SPOC学习评价平台，如何通过SPOC稳固新“知识网络”，是 SPOC面临的困境。

VR技术的兴起为SPOC基于临床实践的“学习评价”构建提供可能，通过VR技术构建虚拟医院、虚拟病房、虚拟患者及家属，真实再现临床医师工作场景，进行临床诊疗预演。在虚拟临床医师工作场景中，学习者运用前期建构的“知识网络”，对患者进行诊断并制订治疗方案，同时VR技术可以在SPOC平台中提前模拟构建患者在不同治疗方案后出现的疗效及副作用表现，让学习者在“虚拟医师”角色中不断锻炼临床思维能力、临床突发情况的应变能力和与患者及患者家属沟通的能力，增加感性认识及亲身体会，增加经验，系统自动评价后进行纠正，再练习，在不断纠错改进中进步，最终可以自我规范诊疗。通过VR技术收集并再现临床医师遇到的各种疑难危重虚拟患者，促进学习者不断分析、观察、预演发现错误、检测方案可行性，提高成功率。通过SPOC平台的VR技术改变传统教学中知识的“脱境”，还原知识发生的情境，建构知识与临床医生的关联，增加动手机会，稳固新“知识网络”，达到医学深度学习的终极目标。

综上所述，随着信息技术不断发展，医学教育需回归本质，即实现深度学习。SPOC成为支撑深度学习的有利平台，在医学教育中引入VR技术能从多个途径助力SPOC平台下医学深度学习模式的构建。同时，VR技术目前仍存在一些不足，如配置设备及维修保养费用昂贵、虚拟场景不够逼真等。但随着科技发展、技术进步，基于VR技术的SPOC医学深度学习模式必然成为未来教育的趋势。