VR沉浸式教学模式在临床医学教学改革中的应用

蔡 尚

（苏州大学附属第二医院肿瘤放疗科，江苏 苏州 215004）

1 虚拟现实技术及沉浸式学习模式的定义

虚拟现实技术的定义是可以创建和体验虚拟世界的网络仿真系统，英文名为VirtualReality（VR），该项技术是20世纪发展起来的一项全新的技术，其典型的特征为“3I”，即沉浸感（immersion）、交互性（interaction）和构想性（imagination）。VR技术主要基于电子计算机，并结合了3D图形、多媒体、仿真、显示等多种高科技技术新发展成果。虚拟现实课堂中的沉浸式学习模式是借助 VR技术可增加用户多种感官体验这一优势，在实际教学过程中，通过模拟视觉、听觉、触觉等多方面的感官来使学生达到仿佛身临其境的沉浸体验方式。国外学者Augusto F（2022）[1]提出，主要依据来源以区分沉浸式与非沉浸式VR技术：沉浸式VR技术是在一个平衡的物理环境中，根据与系统连接后学生的感官与自主变化的数据与范围，使用VR技术会使学生头和身体随之移动，产生于在整个系统中把不同的技术组合在一起，从而在真实情况下传递可测量的信息。具体仪器设备包括，头戴式显示器、头部跟踪系统，降噪耳机，以及操纵导航设备，激发学生的学习乐趣，提高他们的学习效率。相比而言，非沉浸式VR主要借助电脑和显示器，仿真性较差，因此本文中提及的均指沉浸式VR技术。

2 传统临床医学教学模式的不足

传统的临床医学教学模式以老师讲课为主，老师往往被固定在讲台前讲授相关知识，学生则被固定在课桌后被动听课，以上便是传统临床医学学习的场景。从课程本身的角度来看，考虑到临床医学是一个相对枯燥且乏味的学科，科目繁多且复杂。从老师的角度来看，临床医学的授课老师以临床医师为主，平时临床工作较为繁忙，导致部分老师授课前的准备工作不够充分，授课内容以枯燥、乏味的理论知识为主，而不能包括生动、典型的病例，且课堂中师生互动较少，很难激发学生们的学习乐趣。从学生的角度来看，他们主要为本科阶段的临床医学生，大多数没有接触临床实践，很难将课堂上被动获得的临床医学理论知识与生动、典型的实际病例相联系起来。因此，上述因素均会影响传统临床医学授课模式下的授课质量，严重影响了学生对相应临床医学知识的兴趣和掌握程度。

3 采用基于 VR技术的沉浸式学习模式进行临床医学授课的优势

从理论上来说，采用基于VR技术的沉浸式学习模式能极大克服上述传统临床医学授课模式的各种弊端。例如，杨涵深（2019）[2]认为采用基于VR技术的沉浸式学习模式能大大降低临床医学授课老师的备课时间。此外，徐月明（2022）[3]提到采用基于VR技术的沉浸式学习模式还能克服传统授课模式在课堂中教学的局限性，能够完全模拟临床实践的逼真场景，从而有效激发医学生的好奇心和学习欲望，实现情境学习和知识迁移，使得课堂氛围变得生动、主动、活泼。同时，Katelyn Stepan（2017）[4]通过开展研究发现，采用基于VR技术的沉浸式学习模式还可有效提高教师教学效率：可以将教学时间缩短为原来的1/5。另外，苑之仪（2022）[5]还发现，采用基于VR技术的沉浸式学习模式，在课堂结束后，将授课内容已电子文件形式发送给学生，方便学生课后复习，从而加深学生们的记忆和印象，进而更好地巩固知识点。因此，采用基于虚拟现实技术的沉浸式学习模式有望克服传统临床医学授课模式的种种弊端。

4 采用基于虚拟现实技术的沉浸式学习模式进行临床医学授课可能存在的局限性

尽管虚拟现实课堂的沉浸式技术在教授临床医学过程中具备一定优势，但作为一项新型技术，在其应用和推广的过程中总会存在着一些不足：（1）VR技术的优势是可促进医学生们清晰了解人体生理结构并参与操作，但是虚拟现实技术无法完全取代实物模型与尸体标本。因此医学生们如果想要积累更多的临床实践经验、经历和教训，不能忽略临床实践的必要性。（2）使用基于VR技术的教学模式下，学生需要装备电子眼镜、耳机等专业设备，可能会使部分使用者感到眩晕、恶心不适等情况，甚至会发生晕动症。（3）购置成本较大。采用沉浸式教学技术，购置多台设备是必不可少的，因此充足的资金是必不可少的一个环节。如何获得充足的资金，将成为一个需要提前考虑的问题。（4）难以实现对医学生人文关怀的教学。由于部分的虚拟现实技术所设置的环境是虚拟物，不能完全代替真实的患者，因此在教学过程中，会缺乏人际沟通能力方面的培训。可能当医学生的操作不规范，会给患者造成疼痛等不适时，VR系统无法模拟出这些不适场景，医学生也就无法体会到患者的真实感受，导致无法很好地实现人文关怀的医学教学。此外，基于VR技术临床医学课程目前国内和国际上并无统一的培训标准和考核标准，势必会影响VR技术在临床医学教育中的开展。

5 使用虚拟现实技术在临床医学教学的应用

在临床医学教学中，使用虚拟现实技术的课堂模式已然成为当前医学教学改革中的一个极具前景的方向。以下将从临床医学教学角度选取几个典型的案例进行分析。

5.1 VR技术在骨科学临床教学中的应用

骨科学是外科学的基础学科之一，专业性较强。膝关节镜手术教学是骨科学临床教学中的重要组成部分，实践性较强，故采用传统临床教学模式授课往往效果不佳。来自北京中医药大学的邹昆等学者（2022）[6]通过开展研究，对比了VR技术模式和传统临床教学模式的授课效果。他们将60名参加膝关节镜手术临床课程学习的学生随机分为VR技术模式组和传统临床教学模式组。在VR技术模式组中，给学生佩戴VR眼镜，画面中会出现膝关节CT、MRI等影像资料，从而构建出三维虚拟的解剖模型，然后学生可以在提前制作好的操作视频中进行反复操作直至熟练掌握每个手术步骤；传统临床教学模式组则采用传统的临床医学授课模式。结果显示：VR技术模式组学生的膝关节镜手术考试成绩不仅要显著高于传统临床教学模式组，学生对课程的满意度和对膝关节镜手术的兴趣均要显著高于传统临床教学模式组。因此，采用VR技术模式授课不仅能提高教学质量和课后学生对课堂讲授知识点的掌握程度，还能激发学生对相应课程的兴趣。

5.2 VR技术在口腔学临床教学中的应用

同骨科学相似，口腔学也是专业性和实践性较强的一门临床课程。口腔解剖生理学是口腔学临床教学中的重要课程之一。来自空军军医大学的覃文聘等学者（2021）[7]通过三种方法进行了研究，分别是（1）授课时，例如在讲授牙髓腔形态一课时，虚拟现实技术重建得牙髓腔，学生们可以直观地观察牙髓腔的形态。（2）实训时，通过虚拟现实技术建立虚拟实验室，例如牙体雕刻课程的虚拟实验室，让学生们可以进行类似真实的操作。（3）基础与临床结合，通过设置与临床相似的场景，例如讲解“颌位与下颌运动”的原理时，虚拟现实技术，可以让学生们将书本上所学的颌位与下颌运动的知识通过临床情景结合学习与理解。他们总结：（1）通过改善授课方式，虚拟现实技术可以明显增加医学生们的学习能动性、趣味性、有效性和参与度，从而达到良好的教学效果。（2）通过优化实训模式，让医学生们可以用心专注于实训操作，规避安全风险、改善教学环境、激发学习兴趣。（3）通过增强书本知识与临床结合，能够确保学生的注意力得到集中。同时，这还有助于培养学生进行独立思考、分析和解决问题的能力，开发学生们的创造性思维，锻炼逻辑推理能力和口头表达能力。

5.3 VR技术在急诊医学教学中的应用

在急诊医学的临床教学中，真实患者是不可缺少的一部分。来自首都医科大学的李一凡等学者在《医学教育》杂志发表论文（2020）[8]，详细总结了VR技术在急诊医学临床教学中的应用和优势：（1）心肺复苏术、气管插管术和深静脉穿刺术等是急诊医师必须掌握的基本操作技能，因此也是急诊医学临床教学中的重要课程。鉴于这些操作技能实践性较强，采用传统的临床医学教学模式，授课质量往往一般或欠佳。应用虚拟现实技术则可以模拟临床工作场景和虚拟患者，克服传统临床医学教学模式的弊端。例如，在深静脉穿刺的授课中，VR技术让学生可以清楚看到要穿刺的血管的位置，随后开始反复训练，熟练操作，进而提高学生的掌握程度。（2）培养非技术技能时，例如培养临床思维能力、情景意识、领导能力以及团队合作能力时，通过虚拟现实技术模拟各类急诊室的抢救场景，学生们依据病情变化进行临床操作，还可以多人互动合作。（3）进行急诊创伤的手术培训。虚拟现实技术可以展现可视化的人体解剖模型，让学生可以更加清晰地看到手术部位，操作时，还可以允许学生犯错误。总结：（1）在培养急诊医学技能技术中，虚拟现实技术可以保证学生熟练进行各项急诊有创技能操作，真正达到及时救治患者的目的。（2）在培养急诊医学非技能技术中，可以克服传统的急诊医学培训的缺点，提高学生们的兴趣和教学效果。（3）在训练急诊创伤手术时，最大的好处在于可以让学生反复训练，真正掌握手术知识和方法。

5.4 VR技术在神经外科学临床教学中的应用

神经外科是临床医学中较为复杂的基础课程之一。来自空军军医大学的林伟等学者在《医学教育研究与实践》杂志发表论文（2021）[9]，详细总结VR技术在神经外科学临床教学中的应用和优势：在培训手术技术时，虚拟现实技术可以将包括计算机断层扫描、计算机断层扫描血管成像等影像学数据重建，建成三维（3D）影像，然后学员可以利用这些影像进行模拟，更清楚地了解手术过程中会涉及的神经、动脉、皮质结构，充分做好术前准备。例如，在学习开颅动脉瘤夹闭术时，虚拟现实技术可以模拟手术过程中的各种动脉瘤夹的大小、曲度和形状，最终达到指导夹取真实手术中的动脉瘤夹。因此，采用VR技术模式授课后，不仅可以使得学生更好地掌握神经外科技术，与传统授课模式相比，还能快速提高手术技能，缩短学习时间。

5.5 VR技术在产科学教学中的应用

谭琳（2021）[10]通过研究国内外文献，总结出相关方法和研究结论。方法：（1）仿真教学中，虚拟现实技术可以模拟各种产科急症处理情况，例如早产，系统设定一个妊娠35周的患者突发腹痛到产科急诊就诊，设计好患者与学员之间的模拟对话。学员便可以根据病情，选择适当的检查，然后会从系统中获得相应的数据，进行临床处理。（2）产程教学中，例如在产程中出现紧急的情况，需要及时做出相应的处理。此时，虚拟现实技术可以呈现以上情景，包括产妇的基本情况，医学生或年轻的医生可以通过虚拟现实技术反复操作训练，进行实际操作。（3）产科其他方面，例如利用虚拟现实技术的模拟器学习超声检查胎儿生物测量的技能，将胎儿血管解剖变得可视化，还可以对人类胚胎进行体积测量，识别早期胎儿的异常发育等。结果：（1）通过虚拟场景学习，可以充分提高学员的兴趣，更好地增加学员的参与度，增强学习的效果。（2）在产程教学中的各种虚拟场景操作，有助于提高年轻医生将知识和临床相结合，为今后的独立操作打下坚实的基础。（3）针对产科其他方面的应用，研究表明，VR技术具有一种成本效益的培训练习。

6 小结

本文选取了虚拟现实技术在骨科学、口腔学、急诊医学、神经外科学以及产科学等临床医学课程教学改革中成功应用的案例。随着科技的发展和技术的革新，采用VR沉浸式技术的医学课堂可能可以克服传统医学课堂的种种的弊端，将传统医学课堂中的知识点以动态方式呈现，提高学生对于学习医学知识的积极性，从而提高课上和课后学生对于医学知识的兴趣，还能够活跃医学课堂的学习气氛，显著提高医学课堂的教学效果和质量，并降低了授课老师的备课时间。当然，目前使用VR沉浸式临床教学还存在着成本较高、缺乏统一的评判标准等不足。但从长远发展的视角来看，随着时代的不断发展，科技的不断进步，我们有理由相信，虚拟现实技术会不断地更新完善，基于虚拟现实技术的 VR沉浸式教学模式将被越来越多地运用于临床医学教学改革的各个领域中，进一步促进我国临床医疗质量的提升。