元宇宙在临床专业型硕士研究生培养中的应用探索

冉海涛,李朝旭,王胜涛,隋玉涵

1.桂林医学院研究生学院, 广西 桂林 541000;2.广西壮族自治区南溪山医院, 广西 桂林 541002;3.广西中医药大学研究生学院, 南宁 530000

2021年“元宇宙”一词火遍全球,元宇宙也作为互联网的最新形态进入大众视野,其通过各种新兴技术将虚拟世界与现实世界连接起来,并涉及各个领域。随着对元宇宙技术的深度开发,元宇宙技术在教育、医疗行业的应用也逐渐成熟起来,其通过创造沉浸式的感官体验,给予教育、医疗等行业巨大的变革。文章旨在通过元宇宙在教育和医疗行业的发展应用,了解元宇宙在临床教育中的现状,探索元宇宙对临床专业型硕士研究生培养的意义。

1 元宇宙的概念与特征

1.1 元宇宙概念

元宇宙起源的说法很多,最为人熟知且接受的是Neal Stephenson小说《雪崩》中所提出的概念,佩戴数字设备即能以虚拟化身进入元宇宙的世界,体验与现实不一样的感受。近年来,有关元宇宙的解释呈现指数性的增长,并且对元宇宙的关注领域也逐渐趋向多元化。元宇宙概念第一股罗布乐思(Roblox)在美国纽约证券交易所正式上市。马克·扎克伯格宣布FaceBook从社交媒体公司转化为元宇宙公司。而电影《头号玩家》向人们更直观地展示了元宇宙的实现形式,戴上VR眼镜或头盔即可进入一个游戏世界,在里面可完成各种现实难以完成的事情,而在未来甚至人们不需要头盔就能进入虚拟世界。王运武等[1]认为,元宇宙集数字理念、数字技术、数字空间于一身,并非真实宇宙,而是借用宇宙的隐喻表达虚拟的数字世界,并且具有变革人类社会的巨大潜能。柳亮等[2]认为元宇宙是一个集VR、AR、MR、5G、云计算、人工智能、数字孪生等多种前沿技术、虚实交互的空间,元宇宙的出现是为了弥合虚拟与现实的鸿沟和界限。Lee等[3]认为元宇宙是指虚拟与现实相互作用、共同进化的世界,在其中进行社会、经济、文化活动以创造价值。这不是世界与虚拟现实的简单结合,而是一种互动。可以说,元宇宙相当于另一个世界,通过数字技术进入,以数字身份参与的虚实融合“三元数字世界”,完成在现实世界难以完成的任务。作为虚拟现实的高阶发展产物,元宇宙将成为下一代互联网的最新形态,届时人类社会将进入一个崭新的网络时代。

1.2 元宇宙特征

①虚拟与现实的深度融合元宇宙通过数字技术构建了一个可沉浸式体验,虚实交互的模拟现实世界,一个既包含现实世界虚化物又包含虚拟世界自我创造物的“数字孪生”世界。用户通过数字设备进入由数字孪生技术搭建的虚实交融场景,沉浸式体验元宇宙带来的真实感,以此推动虚拟与现实世界的深度融合,让个体在元宇宙中产生既源于现实又超越现实的沉浸式具象化感受。

②智能数字化技术的集合元宇宙从数字技术层面上看,其基本架构依托于AR(增强现实)、VR(虚拟现实)、MR(混合现实)、 XR(扩展现实)、DT(数字孪生技术)、通信技术、5G、人工智能、云计算与物联网等数字技术的集合。例如:通过AR、VR、XR、MR等提供视觉、听觉、触觉等交互技术进入元宇宙;通过人工智能和通信技术来维持元宇宙的运转体系;通过5G、云计算技术来支撑大规模的用户的在线交互[4]。

③线上和线下一体化关系基于元宇宙虚拟与现实深度融合的关系,打破了虚拟与现实的界限,用户可在元宇宙创造一个身份标识,根据自身需求在虚拟与现实世界自由转换,无论在哪儿都可以进行学习、工作、生活等社会活动。

2 元宇宙在教育中的探索与应用

2.1 元宇宙在教育中的探索

关于教育元宇宙的定义,目前仍没有明确的阐述,大多数学者将其理解为元宇宙在教育方面的应用,是传统教育与AI、XR、MR、AR、VR、DT、云计算及大数据等多种新兴技术复合的产物。教师、学生等相关人员创建数字人物,在虚拟世界进行互动与学习,完成预期的教学活动与教学目标。通过元宇宙多样化的功能,塑造可沉浸式体验的在线教育立体空间场域,让传统教育进入体验化学习和沉浸式交互的创新发展阶段,使得教师和学生可以在物理和虚拟世界里同时获得现实和虚拟教学需求的满足[5]。

疫情防控期间,传统的课堂教学不能满足中国教育需求,因此线上教育得到了极大的发展。相对于传统课堂教育,在线教育不受场地限制,并且教学方式多样化,甚至可以录制成视频供学生复习[6]。然而,在线教育的不足也是明显的。学习界面枯燥单调,缺乏积极性[7];无法有效地进行交互式操作,学生参与感不强[8];网络系统不完善,学习数据记录不全,难以评价学习成效[9];缺乏技能培养环境,实践环节欠缺[10];学习氛围缺失,难以带动学习。究其原因不难发现,支撑当前在线教育的网络技术已步入发展瓶颈期,难以维持学生对沉浸式教学环境、自然人机交互方式和“面对面”社交性互动的需求,因此发现下一个创新突变奇点,以此推动在线教育转型升级成为占领未来教育制高点的关键。

元宇宙的出现恰好能解决这些问题。教师与学生可以通过元宇宙在同一时间,不同地点进行交互式教学。通过佩戴数字设备,进入搭建好的教学场景,这个场景可以是凭空创造的,想象出现实难以存在的场景,给人以新奇的学习环境,促进沉浸式学习;也可以通过对现实环境进行三维全景采集,融入相关教学背景,真实呈现现实场景,既能再现现实,又能超越虚拟现实。元宇宙满足学习者的认知需求,塑造学习对象,构建出相应的技能培训环境,实现对目标在宏观上与微观上的认知。而且元宇宙能提供丰富的资源,将学习者的历史数据与动态的行为进行整合后反馈给系统,以动态优化教学过程。教师与学生可以通过元宇宙,针对教学重点和难点开展多次体验式学习,扫清学习障碍。以往,学生只能在学校与教师交互,教育元宇宙则打破了时空的隔绝,学生可以随时、随地与虚拟教师或现实中的线上教师进行沟通交流。教育元宇宙能够改变以往“被动式教育”中消极的课堂表现,进一步激发学生的创造力、想象力和求知欲,培养学生发现问题、思考问题、解决问题的能力[11]。因此,元宇宙教育能解决以往在线教育的枯燥感、资源不足、缺乏实践环节,以及教与学沉浸感缺失等问题。

2.2 元宇宙在临床中的应用

元宇宙应用所涉及的技术在医学领域其实早有体现,如三维模型重建、3D打印技术及达芬奇机器人等[12-13]。因此,元宇宙与医学的融合也是理所当然的。2022年2月19日,全球首个“元宇宙医学协会暨联盟” (IAMM)在上海成立,而元宇宙医学是由白春学在《元宇宙医学专家共识》中定义的“通过AR技术实施的物联网医学”,通过虚实融合、人机融合和虚实联动技术结合物联网全面感知、可靠传输和智能处理技术的策略,全时空地指导经验不足的医师解决医学问题,以便联动、高效、精准、同质化地提高医疗服务和大健康水平[14]。基于医学和教育在元宇宙中的应用,越来越多的临床教学开始探索利用元宇宙的虚拟现实技术进行临床教学培训,为临床医学生的培养带来了极大的便利。

3 元宇宙在临床专硕培养中的探索

3.1 临床专硕培养现状

传统的临床专业型硕士培养模式是以学术为依托,主要注重临床实践能力培养,同时具备一定的临床科研能力[15]。目前的“双轨合一”培养模式规定临床专硕研究生需要临床轮转33个月,随着时间的推移,这种培养方式为中国医疗卫生事业输送了大量医学人才,但也暴露出这种培养模式中的不足之处,如培养周期短、课程多、时间严重不足。除应对学习外,还有繁重的临床工作需要完成,更要在有限的时间里保证科研的培养,这对一名临床专硕来说是一个极大的挑战。现在的临床教学环境已经不足以满足研究生培养的要求,需要一个更灵活且更全面的教学方式。

3.2 元宇宙在临床教学中的应用

3.2.1 改善资源不足

元宇宙所提供的技术资源极大地改善了信息共享资源不足的情况。在临床工作的学习过程中,会出现临床轮转时间不合理和病例种类不足等情况。按照相关规定,在轮转的每个科室中要求掌握的病例都有明确规定。然而,有的科室轮转时间较短,学生对该科室的专科知识还未形成系统的理解便轮转到下一个科室了,容易导致对该科室的疾病认识不到位,而且在轮转期间所要求掌握的病例不一定会全部接触到,部分病例病种陈旧,且存在地域性差异[16]。

元宇宙可以通过大数据工具汇聚收集各类数字学习资源,有效地解决知识生产到传播再到运用的时空距离[17]。例如,用户可以上传自己的经历,设置情景再现,细化场景布置,把自己在工作中所遇到的疑难杂症病例上传分享,讨论如何解决该问题,供别人学习模拟,并且下次再遇见时可以从容不迫。元宇宙收集各种由用户分享的病例资源或者其他学习资源,储存在一个服务器中,由元宇宙自身提供的AI工具分类整理,5G技术实时更新其数据,云计算向不同的用户提供个性化服务,形成一个类似于图书馆的功能。当其他用户需要的时候,通过该图书馆进行检索学习,解决病例资源不足的问题,还可运用VR等数字化网络技术控制超时空模拟还原病例场景,达到沉浸式学习的目的。

3.2.2 提供实践场地

对于临床技能实践机会不足这一老生常谈的问题,元宇宙提供了极好的解决方法。一般情况下刚进入硕士研究生阶段的学生,尚未形成完整的临床思维,临床技能操作也不熟练。而临床医学是一门非常严谨的专业,不允许出错。带教教师为保证医疗安全,不敢放任学生放手施为,也不可能让学生所有技能训练都用患者练手。除此之外,教学场景不够灵活也让研究生阶段的学习枯燥乏味。在传统的教学中,一般是由教师讲解,学生相互练习或者在模拟人身上练习,病例以及技能的类型都是大同小异,整个过程比较死板,现实当中患者也不会按照模板来生病[18]。

元宇宙通过VR、AR、XR、MR等技术,在虚拟空间构建出与现实相似的场景,塑造学习对象及相应的技能培训环境,其提供了一个培训平台,特别是在有操作风险的学习中,全真模拟环境为学习者提供了可重复实践、高性价比的试错机会,不仅可以从错误中学习,还可以从教师那里获得反馈,反思这些错误,然后重新实践,解决了临床教学的医疗安全问题。例如,在元宇宙中所进行的心肺复苏、儿科感染性休克模拟、产科产钳分娩及体外除颤等培训在传统培训中是无法实现的,且传统培训缺乏真实感和沉浸感,而元宇宙能提供真实的场景模拟,给予近乎真实的触感及紧张的氛围感,还能模拟出不同性格的患者,给学生创造练习沟通的机会[19-20]。元宇宙可通过实时在线全方位手术模拟培训。2021年5月,韩国首尔国立大学在盆唐医院举行了一场通过元宇宙进行肺癌手术培训的示例,其他国家的外科医生无需到达现场,仅仅只需佩戴进入元宇宙的设备,便能从各个角度观察整个手术过程,甚至能细致地观察到缝合伤口时的汗水[21]。因此,通过元宇宙观看学习手术方式,甚至模拟手术来提升临床专硕研究生的专业素养也是可行的。

3.2.3 提高学习乐趣

为了解决学习的枯燥感,医学生可通过进入元宇宙玩游戏的方式提升学习能力。Piromchai P等[22]发现,医学生在虚拟现实期间比在传统训练期间能更好地获得解剖学知识。胡明等[23]将游戏方法应用于人体解剖学的教学中,相对于传统教学方法,取得不错的成效,并且趣味性更强,记忆更深刻。与此类似的,元宇宙早已应用于各种游戏当中[24],开发各种有关临床知识的游戏,能够帮助从事临床医学的学生更好地学习。同时也能促进临床研究生的培养,通过解锁不同的游戏关卡,逐步加强临床工作中的学习。Jean Dit Gautier E等[25]设计出了一款旨在通过各种虚拟场景教授常见的妇科病理学,实现在虚拟世界完成产科急诊训练的游戏,成效令人满意,接下来将在学生样本上对其进行测试,以验证其教学潜力,证明将其纳入产科学习计划的合理性。

3.3 元宇宙对临床科研的应用前景分析

临床专硕除了应对忙碌的临床工作之外,还得保证对科研的学习进度。一方面,临床专硕不同于学硕,尽管对毕业论文的要求相对较低,但仍需要大量时间学习。然而,繁重的临床工作导致专硕从事科学研究的时间十分有限,科研能力的培养相对薄弱[26]。另一方面,传统的临床专硕的科研思维常局限于医学学科本身,甚至局限于自己的专业,不擅长利用其他专业的新兴技术与医学相融合,如利用AI、大数据及5G技术等进行交叉学习研究,提高自身临床创新科研能力[27]。临床专硕大部分时间都处于临床工作中,因此科研应该以解决临床问题为出发点,提高疾病的诊疗效果,主要的研究对象是患者。有的学者提出利用“大数据”进行临床科研并指导临床诊疗[28]。元宇宙通过收集患者信息,对其身体状况进行数字化定义和建模,形成虚拟人体模型,再由数字孪生技术对患者各类数据流校准,对疾病过程进行仿真,进行多维数据叠加、索引、学习,从而分析疾病发生、发展及趋势,推演出该疾病可能出现的各类结果,再由学者分析评估其可能性,最终改善其诊疗结果。例如,谷歌的FluTrend模型帮助医师有效阻止流感疫情的蔓延[29]。而临床专硕在科研中也需要用到各种各样的模型进行分析,因此专硕可通过元宇宙建立专病数据库、样本库,利用其数字化技术集合的特性完成各种研究模型建立,设计临床研究课题,开展临床数据挖掘分析。除此之外,临床专硕仅三年的硕士生涯所接触的病例数量不足以支持其开展一些创新的研究项目,因此有必要通过元宇宙建立相关的病案数据库。以元宇宙连接各地医院的病案管理中心,各地医院上传病例,元宇宙解析病种类型及其各种数据,并分门别类妥善保管。临床专硕可以在数据库申请使用该病例,以此减少大量的收集时间。

4 结束语

作为一个新兴的概念,元宇宙对教育的变革影响是巨大的,其在临床教育方面的应用对传统临床研究生培养模式将会产生重要的影响,填补传统医学教学模式的缺陷,解决因时间和空间受限的教学问题,改善因缺乏沉浸式教学而导致的学习积极性不足的问题,提供培训各种实践技能的教学场所。但由于目前对元宇宙的探索仍处于初级阶段,对未来的设想过于超前,现在元宇宙所能提供的技术无法完全支撑其未来图景,目前研究所得到的相关结论都有一定的局限性。基于此,相关工作者及导师应对其教学模式和策略进行完善及探讨:第一,当前对于元宇宙在医学教育领域的运用并没有系统的规划,因此需要先推出元宇宙在临床研究生培养中的具体方案,选取试点院校,收集不同专业之间学生与导师的需求,不断完善其机制,打造多元的元宇宙临床研究生培养方案,进而推广至全国各地医学院校[30];第二,处于初步发展的元宇宙的隐私保护系统尚未完善,而医学又是一个掌握无数患者个人信息的学科,因此相关人员需要在完善元宇宙临床教育数据库之前,做好隐私保护机制,不让患者隐私泄露;第三,需要导师加深对元宇宙的了解,研究基于不同临床学科合适的环境与可利用的学习资源,对元宇宙的学习活动模式进行创新设计,引导临床研究生激发创造性思维产生新的构想与创意。