虚拟仿真技术应用于兽医产科学实验教学改革的探讨

吴殿君，周晓菲，杨德才，贺文琦，曹永国

(吉林大学动物医学学院，吉林 长春 130062)

兽医产科学实验教学的目的在于加强学生对动物医学专业理论知识的理解，提高学生兽医产科临床的操作技能。目前，教学形式单一和教学资源短缺是传统兽医产科实验教学的难于解决的主要问题[1]。虚拟仿真兽医产科实验教学系统综合了数码仿真与虚拟现实技术，最大化模仿实际操作技能，改变产科教学的展现形式，丰富了实验教学的内容，能够激发师生教与学的主动性，有助于对学生专业兴趣的培养。本文总结兽医产科实验教学现状，展示虚拟仿真软件在兽医产科实验教学中的应用，分析和探讨虚拟仿真技术应用于兽医产科学实验教学的教学效果。

1 兽医产科学实验教学的现状

兽医产科实验教学的教学形式单一和教学资源短缺是不可回避的问题。目前，兽医产科学实验教学普遍采用任课老师讲授理论基础知识和阐述实验过程，而后学生在实验教师的指导下完成实验操作的形式进行。此种教学形式单一，忽略了学生在实验课程中发现问题、解决问题的科学思维，难以培养兽医本科学生的学习主动性。随着全国范围兽医学专业的招生人数大幅增加，课程的开展存在高校教学动物医院的病例资源远远不能满足兽医产科学实验课程的情况。另外，对大型仪器采购与维护经费的投入有限，又伴随着重要设备的老化或损坏，这些都会影响实验教学的正常进行[1]。

2 虚拟仿真技术在本校教学中的应用及其效果

虚拟仿真教学技术具有高度还原性、高度安全性，能够促进教师对学生创新能力的培养等诸多优点[2-3]。笔者以吉林大学动物医学学院动物医学专业的兽医产科学“牛难产助产术和剖腹产术虚拟仿真教学软件”的“剖腹产手术”部分的应用实例来展示虚拟仿真教学系统在实验教学应用中的优势所在。

2.1 实验项目特点 剖腹产手术实验项目特点主要包括两大方面：其一，牛剖腹产手术的适应症涉及到的母体和胎儿的异常体位有很多种，而且无法直接观察到这些异常体位的状态。授课教师对这部分知识的讲解难度较大，加之没有即时的临床病例作为示例，导致学生难于掌握牛难产助产术和剖腹产术的适应症；其二，该实验是兽医产科实验教学中的综合性实验，对场地、仪器设备和实验动物的要求很高，包括大动物手术室、麻醉药品、体征监护仪、难产母牛的购买及其生物安全性问题等，同时需要术者有扎实的基本功和团队成员的密切配合。因此，在传统教学中，该实验项目的开展会因上述诸多因素的限制而难以开展或开展效果不佳。

2.2 虚拟仿真软件模块设置 这套“牛难产助产术和剖腹术虚拟仿真软件”的“剖腹产手术”部分的主页面共有10个模块，分别是课前预习、术前准备、确认切口、术部麻醉、剃毛消毒、切开通路、切开子宫、胎儿取出、子宫消毒与缝合关腹。该软件页面符合大众审美要求，做到了界面友好，3D场景的设置符合现代化大动物手术室规范的要求，设备完备，药品与耗材齐全。软件的每个操作模块都设置了不同操作选项供学生进行选择，并对操作相关的说明文字进行展现。学生通过逐一操作完成模拟实操。操作结束后，根据学生的操作表现，软件会完成计时评分和改进建议。

2.3 教师授课体验 本学院实验教学中心的虚拟仿真多媒体教学实验室为开放性实验室。在吉林大学产科教研室授课教师和实验师共同参与下，该实验室完成了2018年5月和2019年5月2个时段，总计10个实验分组的实验教学改革，将“牛难产助产术和剖腹术虚拟仿真软件”的“剖腹产手术”项目应用于教学实践。授课过程如下：首先，在实验课准备上，实验教师根据授课教师的要求将“剖腹产手术”模块准备好，只需要检查学生用电脑运行情况即可，课前学生自主完成预习部分。相比传统实验教学，备品准备免去了品种繁多的术前备品的采购和放置环节，取而代之的是软件中一应俱全的供学生根据需要进行选择的虚拟备品。实验教学中，授课教师通过主机完成软件操作演示和掌握学生分组与操作情况，实时地督促学生进行团队内部的各种角色的互换，包括术者、第一助手、第二助手和巡回护士[4]。相比传统授课，该软件的应用使得授课教师可以根据学生掌握情况完成角色转换，教师授课更具灵活性，便于教师对学生进行个性化实验指导。

2.4 学生实操体验 在软件模块标准操作流程的指导下，学生进行选项判断，自主完成实操演练。在进行角色互换的前提下，学生对操作流程进行反复思考作答和操作，软件根据学生作答时长和准确率进行评分，并对错误操作予以语音讲解。由此，学生的反映是他们能更快速地掌握实验流程，深入而细致地理解了实验环节间的内在联系。

2.5 综合优势体现 在虚拟仿真软件的帮助下，授课教师顺利开展 “难产剖腹手术”的实操课程，学生都能做到参与其中并且完成全部实操环节，掌握了操作流程，强化了关键点，达到了预期的教学目的。与此同时，相比传统实操中的不可逆性的环节，学生们可在虚拟仿真实验教学中进行反复练习，而不会产生因为操作错误或耗材有限而终止实验的问题。因此，可通过该套软件来提高学生操作的熟练程度，加深了学生对基础理论知识的理解，从而有助于教师对学生创新能力的培养。

3 讨论

3.1 高度还原性 虚拟仿真实验运用计算机虚拟现实和数码仿真技术，可以逼真地还原实验环境，并且随着技术发展日趋精细化[5]。传统的产科实验教学通过以 PPT 为主的文字、图表等帮助学生了解实验原理和实验过程，这些均可以实时地在虚拟仿真实教学中得到充分而又生动地展现出来。

3.2 高度安全性 在兽医产科学实验中，经常需要使用兔子、犬、猫、牛、羊等实验动物。参与实操的学生须严格履行实验操作步骤和规程。否则就有被实验动物咬伤或抓伤，也有师生等与实验动物接触的人员感染人兽共患病的风险，兽医产科学所涉及的生殖系统传染病尤其值得我们关注。虚拟仿真技术应用于兽医产科学实验教学能够保证学生和教师在安全的实验环境中完成教学任务。

3.3 促进对学生创新能力的培养 实验教学是以理论教学为先导，以实践为中心的。将虚拟仿真技术引入到兽医产科的教学中的可贵之处在于学生的学习状态由被动变为主动，提高学生实践能力，更加有利于教师对学生创新能力的培养[6]。