VR技术在高职动物外科手术教学中的应用

李思琪,程嘉奇，袁 听，王晓艳，郝永峰

(1.重庆三峡职业学院 动物科技系，重庆 万州 404155；2.重庆幼儿师范高等专科学校 初等教育，重庆 万州 404155)

动物外科手术是高职畜牧兽医、动物防疫与检疫等专业核心课程《畜禽普通病防治技术》中的重要组成部分，具有很强的实用性和可操作性[1]。可以说动物外科手术水平的高低是执业兽医师职业能力的重要体现。由于动物外科手术作为一门实践技能课的特殊性，其授课方式与一般的临床理论课存在很大差别，实践技能的学习很难在短时间内完成，如何在有限的时间内使学生迅速把握该课程的要点并转化为自身技能，一直是医学教育工作者的问题[2-3]。

1 动物外科手术教学现状

动物外科手术的教学往往围绕一个具体的手术进行开展，如剖腹产、绝育术、膀胱切开术等，手术过程中涉及到打开手术通路、进行主手术和手术通路闭合3个主要内容。这需要学生在前期的学习中掌握极其扎实的解剖学基础，同时要在脑海里形成该系统的三维立体图像，才能完全吸收老师传授的内容，而大多数学生并不能达到要求。所以在外科手术教学中，常会借助图片、视频等模式辅助教学，但这类教学形式呈现在多媒体上均为二维模式，立体感不强，无法真正让学生了解到该器官所在位置和附近的神经血管等，无法跟上老师的思路，常常出现上课初期积极性高，而中期迷茫、分心状态。

此外，动物外科手术教学中涉及非常多的操作环节，如手术通路切开的方式、血管的结扎、缝合的方式等，传统的教师主导式教学中学生难以有足够的时间领悟技能要领，课后会逐渐遗忘。但由于动物福利、实验安全和教学经费等问题的困扰，实践教学又较难开展，常出现学生多、实验动物少的情况，不能满足每个学生都能实践每个手术，也达不到反复实践、熟练手术技能、巩固知识的目的。

因此，如何在有限的教学条件下提高学生的学习效率，培养学生更好地掌握理论知识和操作技能显得尤为重要。

2 VR技术的特点

VR技术即虚拟现实技术，是在计算机技术基础上，利用传感器技术、图像技术以及多媒体技术，通过人机接口和仿真技术发展起来的新技术，这3种技术相互结合，生成一种“真实”的模拟环境，通过传感设备，使用户能体验到这种虚拟环境的真实性，用户在该环境中能和系统进行有效的沟通和交流,如Ashley等[4]通过虚拟的美好自然环境使得肿瘤患者在化疗同时减轻了痛苦值。VR技术具有以下3方面的特点。

2.1 沉浸性

沉浸性是VR的核心特征。沉浸性是指用户可投身入计算机所生成的虚拟环境中，而其中的虚拟对象可以自主活动，用户可感觉身临其境，而不是停留在计算机外部的视听上或者直接观看计算机处理的结果[5]。

2.2 交互性

交互性是指用户在虚拟环境中可通过诸如传感器数据手套、力反馈手套等设备与虚拟对象交互，而不再局限于单纯地用鼠标、键盘来处理信息。

2.3 思维构想性

构想性是指VR具有十分广阔的想象空间，可拓宽人类的认知范围，让体验者插上想象的翅膀。

基于以上特点，在《动物外科手术》这门课程中投入VR技术，能够使教学内容更形象生动、教学过程互动性更强，学生学习兴趣更高，创造性更强，并且提高了实验效率和资源共享率等优点。

3 VR实践教学改革研究

3.1 对象与方法

调查对象分别为重庆三峡职业学院2016级畜牧兽医专业正在开设《动物外科手术》课程的6个班共256名学生。

对2016级1、2、3班共131名学生使用VR技术进行了胃切开术、膀胱切开术等手术的操作，然后进行动物外科手术实践教学。而4、5、6班125名学生只进行传统的外科手术实践教学。

3.2 教学效果评估

教学效果采用客观指标测评和问卷调查评估。客观指标主要通过在实践教学开设后，从手术的应用范围、术前准备、手术通路、缝合方法的使用、术后护理等方面，即时对两组进行随堂测试，并在实践教学后两周进行复测，通过测试成绩了解不同教学模式下学生掌握程度。

调查问卷就VR教学模式内容的丰富程度、吸引性、教学方法、学习效率等方面进行评估，问卷调查结果采用t检验对均数和构成比进行比较。回收问卷后，对问卷中数据进行逻辑查错及归纳整理，统计问卷每一选项人数百分比[6]。

3.3 教学效果评价结果

3.3.1 客观指标评价结果 将测试结果进行对比，在教学后即时测试成绩，VR教学组平均成绩为89.28±4.63分，显著高于传统教学组的65.74±3.14分(P<0.01)；以60分为通过线，测试通过率VR组为90.07%(118/131)，显著高于传统教学组的59.2%(74/125)(P<0.05)；2周后复测，VR组平均成绩为86.76±5.91分，而传统组为52.67±2.45分，两组差异极显著(P<0.01)。

3.3.2 问卷调查评价结果 自制问卷256份，回收有效问卷238份，问卷回收率92.9%。对新教学效果的认知接受态度涉及7方面。通过调查结果分析，VR教学模式组的肯定回答比例更高。具体结果见表1。

表1 传统教学组与VR教学组问卷比较Table 1 Comparison of questionnaire survey

由此可见，在动物外科手术教学运用中VR技术能够获得更好的教学关注度，并且有助于学生掌握该课程的知识和技能，提高学生的学习兴趣和积极性，为培养技术技能型人才奠定良好基础。

4 讨 论

手术训练是动物外科临床教学不可缺少的组成部分，目前重庆三峡职业学院及国内大多数院校仍然采取课件讲解、视频观摩、老师动手操作观摩为主的教学方法进行手术训练。这种教学方式使得学生在参与手术操作中受到了很多限制。如师生人数不对称的问题，在临床操作手术讲解时，通常是1个老师、1个实验动物对应几十名学生，在手术过程中，常常出现离手术台近的学生能观摩到手术操作，而后排的学生“一抹黑”，只能盲听老师的讲解，出现无法获得知识、课堂不集中现象，无法获得良好的教学效果。由于教学经费、动物福利等问题，又无法让学生都进行手术操作。而VR技术的投入，学生可以自主沉浸在虚拟环境中去模拟手术操作的步骤，并通过三维的虚拟环境清楚地观察到手术器官的位置及附近的组织，提高了学生的自主性和兴趣。同时教师可以专心组织课堂纪律，并对学生在VR教学中不懂的地方进行答疑。此外，VR的重复使用率非常高，学生可以反复加强学习。这种新教学模式的投入，不仅在培养学生中让其传承了已有的知识，并且培养了学生一定的创新能力和操作能力，调动其积极性和创造性，为日后工作中的科研探索奠定基础。

本研究还发现，传统教学模式中的学生在进行初次外科手术前胆量不足、畏手畏脚，主要还是由于对手术操作缺乏深入完整的认知，特别是对手术步骤及动物的解剖知识不足，在操作中仍更多地依赖老师或主刀手的演示，主动的手术操作变味成了再一次的手术观摩，或仅是简单的缝合、打结、剪线操作，显得较为被动。而VR教学组的学生在进行VR操作后，对手术要点有了更直观形象的认知，每个手术操作时间比传统组平均缩短10～15 min，并且学生在初次手术中便能发挥主观能动性，跃跃欲试，愿意尝试手术操作的每一环节，而不仅仅只依赖于主刀手或老师，老师介入操作的频率及总体时间均明显缩短。在手术操作后进行总结和讨论，传统教学组的学生由于在手术操作中大多数仍然充当的是“观摩者”角色，缺乏深入的领悟和体会，不知道手术中存在的不足和问题，总结不到位，课后的讨论不活跃；而VR教学组，由于每人在手术操作之前通过VR学习，已将手术步骤铭记于心，总结很到位，讨论非常活跃，能指出自己和小组成员以及团队协作中存在的问题，对手术操作得以再次巩固训练，并且培养了团队协作及沟通能力，提高了学习积极性，达到事半功倍的效果。

但VR技术作为一项科技含量较高的高端技术，投入到教学中只有短短几年时光，由于技术水平的限制，仍然存在许多不足。如前期经费投入较大，需要在学校内建立多个虚拟环境接收点，建立现代教学实验室，购买多个虚拟手术课件包等，因此在教学中施展较困难。此外，VR教学中的仿真软件呆板、不太真实，和真实实验动物差距较大，VR教学画面不流畅、颜色不太鲜艳清晰、套路比较单一等，导致学生前期兴趣较高，但多学习两个手术后，后期感觉枯燥。不过随着相关研究的投入加大，笔者相信在未来数年VR技术会更上一层楼，在动物外科教学中产生深远影响，有更好的应用前景。