涉农高校模拟仿真课程在小动物疾病教学中的应用

王 琪，张 勇，赵兴绪

(甘肃农业大学 动物医学院，甘肃 兰州 730070)

1 小动物疾病学的教学现状

小动物疾病学是一门综合性极强的临床课程，包括理论和实践两部分，理论课的内容主要侧重于一些传染性疾病（犬瘟热、犬细小病毒病、犬传染性肝炎、猫瘟及猫传染性腹膜炎等）、寄生虫疾病、内科疾病及外产科疾病的预防、诊断和治疗。课程教学内容囊括的知识面广，包括小动物内、外、产科、中兽医、临床诊断、传染病学、微生物学和寄生虫学等。传统的兽医专业很少有单独的小动物疾病学教学课程，而且与小动物疾病有关的内容及元素主要与大动物（马、牛、羊和猪）相结合。并且小动物疾病学理论课学时少（以甘肃农业大学动物医学专业为例，理论学时为24学时），涵盖的疾病多，内容广，存在满堂灌的现象（图1）。此外，小动物疾病学内容实践性极强，仅凭在课堂上进行的理论讲解，显得枯燥乏味，不容易引起学生的兴趣，从而难以达到学以致用的目的，单纯的课堂讲授也难反映小动物疾病学科的最新研究进展，而且，小动物疾病学临实验课时短（8学时），实验人数多，实践机会少，理论几乎与实践脱节；同时，还受到教学条件的影响，许多病例“可遇不可求”。传统的板书、PPT讲解及视频观摩，很难使学生在有限的理论学习期间掌握和理解疾病的症状及临床特征。一般而言，小动物疾病中除了传染病多之外，产科和外科疾病大多数是需要进行手术治疗，而且外科手术讲究严格的无菌操作，因此理论课或实践课时少的学生不能完全理解无菌的含义，同时，兽医也与人医一样，存在相应的专科，如骨科，神经外科，放射科，生化检验科，影像（B超），泌尿，内窥镜等。小动物疾病学的普及为高校小动物疾病学教学和科研，为临床教师和医生开展临床教学实践、为培养合格的兽医专业人才起到了举足轻重的作用，因此，使用虚拟仿真技术受到了广大学生、老师及宠物养殖爱好者的青睐，让教和学更加便捷和自由。

图1 传统教学老师、学生和课本之间的关系

2 虚拟仿真在小动物疾病教学中的应用

虚拟仿真（手术）主要以借助计算机、利用多媒体、网络通信、虚拟现实、数据库、人机交互、计算机视觉及数学建模分析等技术结合现代医学手段，是一种新型的现代化的教学模式，也是远程信息化教学的一种展现，人们利用虚拟仿真技术和现代化信息技术，借助教育或学校等机构对学生进行现代虚拟教育的一种新型教学理念，因此，引入虚拟仿真手术模式对提高教学效果十分有必要[1]。虚拟仿真手术教学能将小动物疾病学的教学内容在制成多媒体课件、网络视频和电子教案等的基础上[2,3]，通过上传到网络平台进行远程学习，也可以通过VR技术、SSD技术等将那些比较晦涩、难懂的内容以听觉、视觉、感觉和实践的形式直观的通过对各种组织进行切割和组合，完整的实现手术过程的展示，同时会对模拟手术给出精准的手术数据，以利于现实手术顺利的完成。

目前，常见的介于传统和虚拟教学方式之间的教学模式或教学手段（混合式教学）有：视频广播（如腾讯视频和网易云视频等）、WEB教材、线上视频会议（钉钉和腾讯视频会议等，它们利用网络的及时性和普遍性完成授课，在疫情肆虐的今天，视频教学让同学和老师在无法面对面授课的情况下完成了教与学的过程，大大降低了疫情对教育教学带来的损失）、MOOC平台（如，中国农大，浙江大学等，MOOC平台实现了资源最大化的利用）、多媒体素材、论坛（BBS论坛、小木虫论坛、丁香园和生物谷等）、聊天室（QQ和微信通信等，可以发送一些与教学相关的教材或授课内容等）、e-mail等。目前，最流行的是清华大学研发的微信“雨课堂”，它可以通过知识点的添加、重难点划分、课堂题目检测、课堂互动设计和课后作业布置[4]。此外，同学们在上课前可以进行签到，同时老师在该系统中可以添加习题集，讨论区和分组互动等，并且在操作页面可添加课堂栏、各类试卷和公告等[5]，并且还可以在课程教学中还添加了限时答题、弹幕互动、课堂回答等环节，实时检验学生的学习效果，在答题结束之后还有红包福利。虽然，这种教学方式激发了学生的学习兴趣，有趣的弹幕环节更能使学生融入到课堂中，使学生们能积极的参与到教和学的过程，也增加了学时和老师、学生和学生之间的互动性。老师们可以通过学生的反馈信息来掌握学生知识点的掌握情况，让老师及时对教学方法和内容进行调整[6]。

小动物疾病学教学中虚拟仿真手术有着不可替代的作用，我们可以通过网络多媒体平台不断收集临床手术病例的视频和图片资料，同时利用影像数据资料，重新构建三维模型，通过计算机模拟手术，准确计算手术的时间，预测手术的恢复效果[7]，预测最佳的手术方案与手术通路，同时可以准确判断病灶的空间位置、病灶的大小、病灶的几何形状及与周围健康组织的空间关系等。而计算机系统可以提供老师与学生们之间的在线探讨、提问和讨论等方式，加强与学生的交互性，同时后台可以将实时数据反馈给老师，让老师更加了解学生对该手术及该疾病的掌握就熟练程度等，同时还可以提高学生的学习兴趣。通过各种手段，加强小动物外科手术基本功的训练。临床上常见的手术，一般由术前准备，术中（主手术）及术后护理三部分构成，而虚拟仿真手术系统可以自动设定上述三个部分，一个部分违规操作或不合格将无法进行下一步操作，这样有利于学生们熟练掌握手术的正常流程等。例如，常见的犬的绝育手术等，在手术之前，学生们可以先观看典型手术录像过程，然后，通过VR技术参与到术前的准备（犬的保定、麻醉、术部消毒及铺设创巾）、主手术（皮肤的切开、肌肉的逐层分离（腹内斜肌、腹横肌和腹外斜肌）、腹膜的钝性分离、卵巢、输卵管、子宫和血管就阔韧带的结扎，及术后的护理等。目前，部分高等院校借助动物医院开发完成的虚拟仿真手术有犬、猫的胃切开术、犬猫的去势术、犬猫的绝育术、犬猫等肠管端端吻合术和拔牙术等临床常见的宠物手术，不同手术的主手术过程不一致，在真正的实训教学安排之前，根据不同手术需求进行该项目的术前准备训练。在该项目中，学生需完成虚拟仿真手术操作过程，涵盖组织分离、止血和闭合等操作。然后，老师再通过实体手术演练示教，让同学们掌握关键环节及注意事项。此外，我们还可以举一反三，利用犬、猫和兔子等中小动物，开展膀胱切开术、犬声带切除术、胃肠人工修补术等手术，切实提高了学生动手操作和自主完成能力[8]。而对于一些专科疾病，如骨科，神经外科等我们可以构建相应的三维虚拟实验进行模拟（图2）[7]。

图2 虚拟手术实验网络教学系统结构图（引自邱峰，2009，现代教育技术）

3 虚拟仿真教学的优缺点及意义

3.1 优化教学方法，激发学生主动学习的兴趣

在传统教学的基础上，借助虚拟仿真教学更加优化了教学方法，调动学生学习的主观动机和学习兴趣，可以使学生由以往的被动接受知识到自己主动学习新知识，激发了学生的学习动力，提高了学生的兴趣和学习效果[9]，同时也拓宽了学生学习的知识面。

3.2 提高了课堂的利用率，增加了学习成效

小动物疾病学包含大量的外科手术和临床诊断学内容，需要理论和实践紧密结合[10]。在某个病例存在的情况下，老师可通过网络多媒体及虚拟仿真技术进行多种形式（视频、图片和动画等）的教学。同学们可以通过模拟疾病的发展历程，拟定手术计划和方案，使得该病更加形象的展现在学生的面前，让学生亲眼目睹该病的特征病变、诊断方法及手术治疗过程，进而丰富了教学内容，促进了学习效果[11]。

3.3 弥补传统教学的不足，有利于疾病的学习和诊断

对于实践性较强的小动物疾病学课程来说，示范教学、视频观摩及虚拟模拟教学均有助于加强理论和实践的融合。虚拟仿真教学可以通过直观的视觉方式，加深对疾病的诊断、治疗及预防的体验。如脱臼和骨折等疾病，很难通过语言讲授使学生理解和掌握，老师们可以通过自己的临床经验、宠物医院的病例借助虚拟仿真（虚拟脱臼、骨折及手术过程）既节省了时间，也对病例进行了全面的分析，而且容易引起学生的学习兴趣，使小动物疾病学教学手段、教学方式和教学效果有了一个质的飞跃，它与传统教学模式相比，更能培养学生综合分析能力、获取知识的能力及动手操作能力[12]。

当然，任何一种教学方式都有两面性，虚拟仿真教学也不例外，如缺少传统教学中，学生和老师面对面的情感交流，使同学们容易形成一种机械性的思维；而且，虚拟仿真教学中网络信息量大，存在大量的暴力、黄色和不安全信息，如果学生自律性差，且不合理和规范的使用网络，会导致学生身心健康受到危害，也会导致学生财产损失、更严重的可能危害国家安定等。其次，虚拟教学是信息化的教学过程和方法，注重的是信息化和现代化，而对于一些偏远地区或实验条件落后的学生来说无疑是雪上加霜。而且，虚拟仿真教学也可能使学生产生视觉疲劳，容易出现头晕、恶心和其它身体不适等情况。故而我们应该合理的利用虚拟仿真教学。

4 展望

虚拟仿真教学与传统教学构成了完整的实验教学体系，虚拟仿真教学在传统教学的基础上改变了的课堂教学环境，提高了教学信息的获取途径，增强了教学内容的丰富度，提高了教学成效，为小动物疾病学的教学和实践注入了新的活力和生机，同时也成为了兽医教学过程中重要的评价体系。同时，在很大程度上减少了实验设备和教学空间的浪费，节约了教育成本，改善了教育教学环境。但虚拟网络教学仍要和传统教学方法结合，在保留传统教学优点的基础上，把握好老师为主导，学生为主体的原则，不断地提高教学效果，吸取传统的教学模式中的精华，总结经验，进而更好地使用虚拟仿真技术进行教学。然而，教学改革或方法的转变，是一个长期而艰巨的任务，需要我们兽医教育工作者不断地探索，在探索和实践中我们需要慢慢寻找适合学生自己的教学模式和方法。