徐玉薇，魏學(xué)良

（西南大學(xué)動物醫(yī)學(xué)院，重慶 400715）

實驗教學(xué)作為體現(xiàn)現(xiàn)代大學(xué)發(fā)展水平的標(biāo)志，是教學(xué)水平的核心，是高層次人才培養(yǎng)的有效手段。從2014 年開始，在“互聯(lián)網(wǎng)+”“大數(shù)據(jù)”“云課堂”和“教學(xué)策略”等背景下，虛擬仿真實驗課程的建設(shè)進入多元發(fā)展階段，技術(shù)賦能教育速度加快。5G、VR、A? 等信息化技術(shù)與混合式教學(xué)的結(jié)合構(gòu)建了全新的實驗教學(xué)場景，大大降低了教師開展虛擬仿真實驗教學(xué)的難度，對高校實施虛擬仿真實驗教學(xué)、提升教學(xué)效果具有一定的理論與實踐價值。新冠病毒疫情發(fā)生以來，線上線下教學(xué)結(jié)合的教育形態(tài)不可逆轉(zhuǎn)，虛擬仿真實驗教學(xué)課程成為在線教育新的增長點[1]。目前，實驗空間平臺匯集約2 000 多個虛擬仿真實驗教學(xué)項目，涵蓋41 個專業(yè)門類。以交互沉浸式為特點的VR 實時虛擬仿真實驗也逐漸推出。VR 沉浸體驗式學(xué)習(xí)模式是指體驗人員采用第一人稱方式，穿戴虛擬仿真實驗設(shè)備，在設(shè)備制造的沉浸式虛擬環(huán)境中，運行實驗?zāi)_本進行學(xué)習(xí)的方式，具有互動性強，立體感強的特點?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時代，當(dāng)代大學(xué)生獲取信息的渠道更加豐富，對于學(xué)習(xí)方式的接受更加多元化。因此在傳統(tǒng)教學(xué)中，如何重新構(gòu)建適合新時代大學(xué)生的實驗教學(xué)內(nèi)容和形式，是每一位老師都在思考的問題。本文主要探討針對獸醫(yī)臨床實驗教學(xué)特點，嘗試在實驗教學(xué)中融入VR 沉浸式體驗學(xué)習(xí)模式，增加其合理性、可行性和可操作性，從而達到其輔助臨床教學(xué)提升教學(xué)效果的目的。

1 傳統(tǒng)獸醫(yī)臨床實驗教學(xué)的特點及其局限性

傳統(tǒng)獸醫(yī)臨床實驗教學(xué)具有理論與實踐并重的特點。實驗教學(xué)方法以啟發(fā)式和引導(dǎo)式的課堂講授為主，教師通常會配合使用多媒體手段來增進學(xué)生對抽象知識的了解，從而達到提升實驗教學(xué)效果的目的。授課方式分為課堂講授和學(xué)生實踐兩部分，先由教師在課中講授，再指導(dǎo)學(xué)生開展實踐操作。然而，獸醫(yī)臨床實驗由于重復(fù)性差、實驗動物購置成本高、實驗場地設(shè)置困難、病例資源稀缺、人獸共患動物疫病傳染風(fēng)險和實驗動物福利等問題，在人才培養(yǎng)過程中一直制約著教學(xué)發(fā)展。隨著虛擬仿真實驗平臺的建設(shè)，多元化教學(xué)方式和傳統(tǒng)教學(xué)模式有機結(jié)合是必然趨勢。在已有的教學(xué)條件下，突出學(xué)生能力和素質(zhì)培養(yǎng)，充分利用信息化教學(xué)手段創(chuàng)新教學(xué)模式，努力尋找改善的解決方法是最合適的方式[2]。

2 VR 沉浸體驗式學(xué)習(xí)模式的開展方式及其探索

獸醫(yī)臨床實驗教學(xué)涉及專業(yè)、實操、綜合應(yīng)用等多個方面，學(xué)科專業(yè)性特點突出。作為實踐課程創(chuàng)新，要以學(xué)生為中心，既要有可實現(xiàn)性、可操作性，又要避免和克服在實際教學(xué)中過于理論和理想化的問題。

2.1 實驗場所優(yōu)化、促進虛實結(jié)合

獸醫(yī)臨床實驗教學(xué)涉及各類動物疾病的診斷、手術(shù)、治療等，需要建立在基礎(chǔ)專業(yè)學(xué)科知識的構(gòu)建上。沒有完全顛覆現(xiàn)有的教學(xué)模式，而是在傳統(tǒng)“預(yù)習(xí)—講授—實踐”的課程教學(xué)結(jié)構(gòu)中，將VR 沉浸體驗式學(xué)習(xí)模式作為一種新的學(xué)習(xí)方法串聯(lián)到其中去，以虛促實，以虛補實。

在硬件設(shè)施方面，學(xué)院建有獨立VR 教學(xué)實驗室、臨床實驗室、手術(shù)室及大動物試驗場所，并購置有全套VR 設(shè)備與大型影像投屏顯示器等，創(chuàng)造了較完備的VR 課程開展條件。

2.2 用好VR 平臺，創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計

VR 沉浸體驗式學(xué)習(xí)模式是一種提升課堂吸引力、增強學(xué)習(xí)互動性的有效手段。需要教師在綜合考慮教學(xué)條件等影響因素的前提下，結(jié)合具體教學(xué)情境靈活應(yīng)用[3]。

在實際操作過程中，以動物腸管部分切除和斷端吻合術(shù)虛擬仿真實驗為例，該實驗使用Unity3D 游戲引擎和課程腳本高度還原了病例診斷、術(shù)前準(zhǔn)備、手術(shù)治療、術(shù)后護理等完整診療過程。

課前準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，教師指導(dǎo)學(xué)生利用配套虛擬仿真課程軟件了解實驗?zāi)康暮蛯嶒瀮?nèi)容，提前熟悉外科手術(shù)完整流程、關(guān)鍵步驟、強化無菌意識。

在課堂教學(xué)階段，學(xué)生通過教師的講授認識器械、學(xué)習(xí)器械使用方法。在講解手術(shù)時，教師穿戴VR 設(shè)備進入第一人稱視角，在屏幕上邊操作邊講解，隨時分析手術(shù)關(guān)鍵步驟，提醒學(xué)生留意難點和細節(jié)。學(xué)生在大屏幕上通過教師視角，進行學(xué)習(xí)、討論和提問。教師講解結(jié)束，安排學(xué)生進行VR 實景操作體驗。這個環(huán)節(jié)可以規(guī)范學(xué)生外科手術(shù)步驟，熟悉手術(shù)操作要點，調(diào)動學(xué)生主動開展手術(shù)的積極性。

在以動物開展臨床手術(shù)前，通過開放虛擬仿真試驗課程平臺，允許學(xué)生在線上對課程進行重復(fù)學(xué)習(xí)。線下VR 教學(xué)實驗室則實行預(yù)約制度，開放供學(xué)生進行反復(fù)虛擬操作。

需要指出的是，VR 沉浸體驗式學(xué)習(xí)模式在實際的教學(xué)過程中會占用大量的實驗時間，實驗開展存在一定的難度，因此不應(yīng)也不能取代傳統(tǒng)的課堂授課和實踐教學(xué)，而是作為課堂教學(xué)的有效補充和擴展。另外，在后續(xù)的臨床實驗課程開展中，應(yīng)考慮因時、因地、因人、因?qū)嶒灥丶尤胍酝y以實現(xiàn)的臨床課程，如大動物的腹腔手術(shù)、小動物骨折以及高難度心臟、開顱手術(shù)等。

2.3 探索課程考核新模式，提升課程考核客觀性

目前獸醫(yī)臨床實驗實踐課程考核的局限主要為：考核內(nèi)容千篇一律，十年不變；考核指標(biāo)表面化和形式化，唯考勤論或者唯報告論，不能體現(xiàn)學(xué)生實際動手情況；定量考核不考慮獸醫(yī)臨床課程特點，一刀切；教師關(guān)注度不一致導(dǎo)致定性考核主觀性過強。

目前，對于學(xué)生能力、思維和綜合素質(zhì)的考核是國內(nèi)外高等教育面臨的難點。傳統(tǒng)課堂考核的構(gòu)成主要為：課堂考勤，平時表現(xiàn)，實驗報告，隨堂操作考核等。這些考核方式，能夠一定程度反映學(xué)生對待課程的態(tài)度和學(xué)習(xí)效果。但是，對于實踐操作較強的課程，如外科、產(chǎn)科、小動物臨床手術(shù)等課程，教師較難掌握不同學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。因此，在正式動物實驗開展之前，使用VR 虛擬仿真系統(tǒng)開展補充測評，測評內(nèi)容包括基礎(chǔ)知識問答、器械的識記、虛擬手術(shù)流程操作等，作為傳統(tǒng)課程考核的補充，評測結(jié)果記做學(xué)生平時成績，在期末成績中占20%比重。加入該環(huán)節(jié)后，適度提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的緊張感，方便了教師摸清學(xué)生知識掌握情況，對學(xué)生能力、思維和素質(zhì)有了更好的判斷，為后續(xù)開展有針對性的指導(dǎo)提供了客觀的依據(jù)。

3 VR 沉浸式體驗學(xué)習(xí)模式在課程教學(xué)中應(yīng)用的局限性

3.1 技術(shù)更迭快，設(shè)備運維成本高

學(xué)習(xí)模式的開展過于依賴虛擬仿真設(shè)備，虛擬仿真實驗室的建設(shè)成本和設(shè)備維護更迭的費用較高。VR 設(shè)備的更新?lián)Q代太快，而與之配套的交互技術(shù)、語音技術(shù)等還不夠成熟。從長遠來看，VR 技術(shù)的穩(wěn)定和虛擬仿真實驗室的建設(shè)會增加其在實驗教學(xué)中使用的前景。

3.2 個體應(yīng)對3D 實驗環(huán)境的適應(yīng)性存在差異

不同個體的感官對于構(gòu)建的虛擬實驗環(huán)境的適應(yīng)和接受程度不同，部分學(xué)生在虛擬環(huán)境下移動會失去方向，產(chǎn)生眩暈感，無法正常的進行實驗。這種問題一部分是由于硬件本身造成，一部分是由于個體差異導(dǎo)致，后續(xù)的技術(shù)發(fā)展期望可以解決這一問題。

3.3 課程資源和病例資源庫構(gòu)建數(shù)量有限

目前條件下，該授課模式缺乏充足的課程資源和病例資源支撐（包括課件，軟件，教具，視頻等）。已經(jīng)開發(fā)的實驗課程，缺乏有效的操作引導(dǎo)說明和配套的實驗指導(dǎo)，課程開發(fā)教師和運行維護團隊大多沒有開展在線教學(xué)支持服務(wù)。未來對于虛擬仿真教學(xué)課程的構(gòu)架，應(yīng)是與對應(yīng)學(xué)科實現(xiàn)高度融合和配合，以形態(tài)學(xué)教學(xué)為主的動物解剖學(xué)、組織胚胎學(xué)、病理學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)實驗課程；以機能實驗教學(xué)為主的生理學(xué)、藥理學(xué)等實驗課程；以實踐技能訓(xùn)練為主的臨床診斷、外科學(xué)、產(chǎn)科學(xué)等專業(yè)實驗課程均可以構(gòu)建系統(tǒng)的課程資源庫[4]。

3.4 人機交互方式單一，腳本設(shè)計專業(yè)性不強

VR 視角下，實驗?zāi)_本復(fù)雜的虛擬仿真實驗交互效果大打折扣。這也要求教師在腳本設(shè)計過程中加入到實驗項目的研發(fā)中去。完整科學(xué)的腳本要經(jīng)歷反復(fù)的調(diào)試和推敲，使實驗的流程更加具有科學(xué)性，適應(yīng)教學(xué)需要，滿足實驗者的心理和行為。

4 VR 沉浸式體驗學(xué)習(xí)模式的優(yōu)勢及展望

4.1 科技賦能提高了課堂教學(xué)的興趣引導(dǎo)，改善了傳統(tǒng)教學(xué)的實踐和體驗

VR 沉浸式體驗學(xué)習(xí)模式下，構(gòu)建的3D 全景動物模型可以提供動物器官形態(tài)結(jié)構(gòu)的360 度的任意翻轉(zhuǎn)，手術(shù)場景的沉浸式全景呈現(xiàn)，細節(jié)部位可以自由點擊放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、透明、染色，操作自主。手術(shù)項目中學(xué)生可扮演醫(yī)生角色，生動展現(xiàn)病例接診、臨床檢查、手術(shù)等實踐內(nèi)容。在大動物臨床診斷實驗中，可進行交互體驗式操作等。拓展了實驗廣度和深度，延伸了教學(xué)的時間和空間。

4.2 縮短教學(xué)時間和空間差異，消除教學(xué)的地區(qū)差異，實現(xiàn)資源的共享

VR 沉浸式體驗學(xué)習(xí)模式可以滿足線上線下的學(xué)習(xí)需要，無設(shè)備情況下可以使用手機電腦操作運用程序。目前虛擬仿真實驗涵蓋了不同實驗門類，具有較為完整的學(xué)科設(shè)置和豐富的教學(xué)內(nèi)容[5]。隨著虛擬仿真實驗平臺的逐漸完善，該學(xué)習(xí)模式在實現(xiàn)資源合理配置，消除不同地區(qū)教學(xué)差異方面具有積極的作用。

4.3 保護動物福利，減少動物實驗風(fēng)險

近年來實驗動物福利問題得到重視，采購動物開展實驗的成本和風(fēng)險都在提高，因此開展動物實驗的機會尤為可貴。雖然VR 沉浸式體驗學(xué)習(xí)模式不能替代實驗動物教學(xué)，但是它的出現(xiàn)可以減少實驗動物購置和飼養(yǎng)的成本，降低學(xué)生初次開展動物實驗的風(fēng)險。

5 結(jié)語

VR 沉浸體驗式學(xué)習(xí)模式的推動和發(fā)展對于師生傳統(tǒng)教與學(xué)模式的創(chuàng)新提供了新的思路。教師要有敢用新技術(shù)手段的教學(xué)意識。實驗課程教學(xué)中為什么加入，用什么方式加入，加入后如何發(fā)揮作用，如何將新技術(shù)融入傳統(tǒng)教學(xué)模式，關(guān)鍵在于具體的實施過程和對課程細節(jié)的把控。不同獸醫(yī)臨床課程的內(nèi)容、特點和要求都有不同，主要突出VR 沉浸體驗式學(xué)習(xí)模式的優(yōu)勢，如不受時空限制等，充分發(fā)揮其交互性強、重復(fù)性好的特點，從而解決教學(xué)中的具體問題，取得其他教學(xué)手段難以甚至無法達到的效果。這對于培養(yǎng)三農(nóng)情懷深厚、專業(yè)技能扎實、綜合素養(yǎng)高的新型獸醫(yī)人才，是具有挑戰(zhàn)性而又有創(chuàng)新價值、實際應(yīng)用意義的。