在兽医临床实验教学中融入VR 沉浸体验式学习模式的探讨

徐玉薇，魏学良

（西南大学动物医学院，重庆 400715）

实验教学作为体现现代大学发展水平的标志，是教学水平的核心，是高层次人才培养的有效手段。从2014 年开始，在“互联网+”“大数据”“云课堂”和“教学策略”等背景下，虚拟仿真实验课程的建设进入多元发展阶段，技术赋能教育速度加快。5G、VR、AІ 等信息化技术与混合式教学的结合构建了全新的实验教学场景，大大降低了教师开展虚拟仿真实验教学的难度，对高校实施虚拟仿真实验教学、提升教学效果具有一定的理论与实践价值。新冠病毒疫情发生以来，线上线下教学结合的教育形态不可逆转，虚拟仿真实验教学课程成为在线教育新的增长点[1]。目前，实验空间平台汇集约2 000 多个虚拟仿真实验教学项目，涵盖41 个专业门类。以交互沉浸式为特点的VR 实时虚拟仿真实验也逐渐推出。VR 沉浸体验式学习模式是指体验人员采用第一人称方式，穿戴虚拟仿真实验设备，在设备制造的沉浸式虚拟环境中，运行实验脚本进行学习的方式，具有互动性强，立体感强的特点。“互联网+”时代，当代大学生获取信息的渠道更加丰富，对于学习方式的接受更加多元化。因此在传统教学中，如何重新构建适合新时代大学生的实验教学内容和形式，是每一位老师都在思考的问题。本文主要探讨针对兽医临床实验教学特点，尝试在实验教学中融入VR 沉浸式体验学习模式，增加其合理性、可行性和可操作性，从而达到其辅助临床教学提升教学效果的目的。

1 传统兽医临床实验教学的特点及其局限性

传统兽医临床实验教学具有理论与实践并重的特点。实验教学方法以启发式和引导式的课堂讲授为主，教师通常会配合使用多媒体手段来增进学生对抽象知识的了解，从而达到提升实验教学效果的目的。授课方式分为课堂讲授和学生实践两部分，先由教师在课中讲授，再指导学生开展实践操作。然而，兽医临床实验由于重复性差、实验动物购置成本高、实验场地设置困难、病例资源稀缺、人兽共患动物疫病传染风险和实验动物福利等问题，在人才培养过程中一直制约着教学发展。随着虚拟仿真实验平台的建设，多元化教学方式和传统教学模式有机结合是必然趋势。在已有的教学条件下，突出学生能力和素质培养，充分利用信息化教学手段创新教学模式，努力寻找改善的解决方法是最合适的方式[2]。

2 VR 沉浸体验式学习模式的开展方式及其探索

兽医临床实验教学涉及专业、实操、综合应用等多个方面，学科专业性特点突出。作为实践课程创新，要以学生为中心，既要有可实现性、可操作性，又要避免和克服在实际教学中过于理论和理想化的问题。

2.1 实验场所优化、促进虚实结合

兽医临床实验教学涉及各类动物疾病的诊断、手术、治疗等，需要建立在基础专业学科知识的构建上。没有完全颠覆现有的教学模式，而是在传统“预习—讲授—实践”的课程教学结构中，将VR 沉浸体验式学习模式作为一种新的学习方法串联到其中去，以虚促实，以虚补实。

在硬件设施方面，学院建有独立VR 教学实验室、临床实验室、手术室及大动物试验场所，并购置有全套VR 设备与大型影像投屏显示器等，创造了较完备的VR 课程开展条件。

2.2 用好VR 平台，创新教学设计

VR 沉浸体验式学习模式是一种提升课堂吸引力、增强学习互动性的有效手段。需要教师在综合考虑教学条件等影响因素的前提下，结合具体教学情境灵活应用[3]。

在实际操作过程中，以动物肠管部分切除和断端吻合术虚拟仿真实验为例，该实验使用Unity3D 游戏引擎和课程脚本高度还原了病例诊断、术前准备、手术治疗、术后护理等完整诊疗过程。

课前准备环节，教师指导学生利用配套虚拟仿真课程软件了解实验目的和实验内容，提前熟悉外科手术完整流程、关键步骤、强化无菌意识。

在课堂教学阶段，学生通过教师的讲授认识器械、学习器械使用方法。在讲解手术时，教师穿戴VR 设备进入第一人称视角，在屏幕上边操作边讲解，随时分析手术关键步骤，提醒学生留意难点和细节。学生在大屏幕上通过教师视角，进行学习、讨论和提问。教师讲解结束，安排学生进行VR 实景操作体验。这个环节可以规范学生外科手术步骤，熟悉手术操作要点，调动学生主动开展手术的积极性。

在以动物开展临床手术前，通过开放虚拟仿真试验课程平台，允许学生在线上对课程进行重复学习。线下VR 教学实验室则实行预约制度，开放供学生进行反复虚拟操作。

需要指出的是，VR 沉浸体验式学习模式在实际的教学过程中会占用大量的实验时间，实验开展存在一定的难度，因此不应也不能取代传统的课堂授课和实践教学，而是作为课堂教学的有效补充和扩展。另外，在后续的临床实验课程开展中，应考虑因时、因地、因人、因实验地加入以往难以实现的临床课程，如大动物的腹腔手术、小动物骨折以及高难度心脏、开颅手术等。

2.3 探索课程考核新模式，提升课程考核客观性

目前兽医临床实验实践课程考核的局限主要为：考核内容千篇一律，十年不变；考核指标表面化和形式化，唯考勤论或者唯报告论，不能体现学生实际动手情况；定量考核不考虑兽医临床课程特点，一刀切；教师关注度不一致导致定性考核主观性过强。

目前，对于学生能力、思维和综合素质的考核是国内外高等教育面临的难点。传统课堂考核的构成主要为：课堂考勤，平时表现，实验报告，随堂操作考核等。这些考核方式，能够一定程度反映学生对待课程的态度和学习效果。但是，对于实践操作较强的课程，如外科、产科、小动物临床手术等课程，教师较难掌握不同学生的学习情况。因此，在正式动物实验开展之前，使用VR 虚拟仿真系统开展补充测评，测评内容包括基础知识问答、器械的识记、虚拟手术流程操作等，作为传统课程考核的补充，评测结果记做学生平时成绩，在期末成绩中占20%比重。加入该环节后，适度提升了学生学习的紧张感，方便了教师摸清学生知识掌握情况，对学生能力、思维和素质有了更好的判断，为后续开展有针对性的指导提供了客观的依据。

3 VR 沉浸式体验学习模式在课程教学中应用的局限性

3.1 技术更迭快，设备运维成本高

学习模式的开展过于依赖虚拟仿真设备，虚拟仿真实验室的建设成本和设备维护更迭的费用较高。VR 设备的更新换代太快，而与之配套的交互技术、语音技术等还不够成熟。从长远来看，VR 技术的稳定和虚拟仿真实验室的建设会增加其在实验教学中使用的前景。

3.2 个体应对3D 实验环境的适应性存在差异

不同个体的感官对于构建的虚拟实验环境的适应和接受程度不同，部分学生在虚拟环境下移动会失去方向，产生眩晕感，无法正常的进行实验。这种问题一部分是由于硬件本身造成，一部分是由于个体差异导致，后续的技术发展期望可以解决这一问题。

3.3 课程资源和病例资源库构建数量有限

目前条件下，该授课模式缺乏充足的课程资源和病例资源支撑（包括课件，软件，教具，视频等）。已经开发的实验课程，缺乏有效的操作引导说明和配套的实验指导，课程开发教师和运行维护团队大多没有开展在线教学支持服务。未来对于虚拟仿真教学课程的构架，应是与对应学科实现高度融合和配合，以形态学教学为主的动物解剖学、组织胚胎学、病理学等专业基础实验课程；以机能实验教学为主的生理学、药理学等实验课程；以实践技能训练为主的临床诊断、外科学、产科学等专业实验课程均可以构建系统的课程资源库[4]。

3.4 人机交互方式单一，脚本设计专业性不强

VR 视角下，实验脚本复杂的虚拟仿真实验交互效果大打折扣。这也要求教师在脚本设计过程中加入到实验项目的研发中去。完整科学的脚本要经历反复的调试和推敲，使实验的流程更加具有科学性，适应教学需要，满足实验者的心理和行为。

4 VR 沉浸式体验学习模式的优势及展望

4.1 科技赋能提高了课堂教学的兴趣引导，改善了传统教学的实践和体验

VR 沉浸式体验学习模式下，构建的3D 全景动物模型可以提供动物器官形态结构的360 度的任意翻转，手术场景的沉浸式全景呈现，细节部位可以自由点击放大、缩小、旋转、透明、染色，操作自主。手术项目中学生可扮演医生角色，生动展现病例接诊、临床检查、手术等实践内容。在大动物临床诊断实验中，可进行交互体验式操作等。拓展了实验广度和深度，延伸了教学的时间和空间。

4.2 缩短教学时间和空间差异，消除教学的地区差异，实现资源的共享

VR 沉浸式体验学习模式可以满足线上线下的学习需要，无设备情况下可以使用手机电脑操作运用程序。目前虚拟仿真实验涵盖了不同实验门类，具有较为完整的学科设置和丰富的教学内容[5]。随着虚拟仿真实验平台的逐渐完善，该学习模式在实现资源合理配置，消除不同地区教学差异方面具有积极的作用。

4.3 保护动物福利，减少动物实验风险

近年来实验动物福利问题得到重视，采购动物开展实验的成本和风险都在提高，因此开展动物实验的机会尤为可贵。虽然VR 沉浸式体验学习模式不能替代实验动物教学，但是它的出现可以减少实验动物购置和饲养的成本，降低学生初次开展动物实验的风险。

5 结语

VR 沉浸体验式学习模式的推动和发展对于师生传统教与学模式的创新提供了新的思路。教师要有敢用新技术手段的教学意识。实验课程教学中为什么加入，用什么方式加入，加入后如何发挥作用，如何将新技术融入传统教学模式，关键在于具体的实施过程和对课程细节的把控。不同兽医临床课程的内容、特点和要求都有不同，主要突出VR 沉浸体验式学习模式的优势，如不受时空限制等，充分发挥其交互性强、重复性好的特点，从而解决教学中的具体问题，取得其他教学手段难以甚至无法达到的效果。这对于培养三农情怀深厚、专业技能扎实、综合素养高的新型兽医人才，是具有挑战性而又有创新价值、实际应用意义的。