虚拟现实技术在医学影像学本科生教学模式中的应用研究

2023-09-01范海燕王睿君赵盛杨云

中国继续医学教育 2023年16期

范海燕王睿君赵盛杨云

医学影像学是一门需要具备夯实的医学基础专业知识，又同时掌握临床各学科特点的综合性专业学科。其中，医学影像学在注重临床专业知识的基础上，对基础解剖学知识的要求非常高。目前而言，临床上对医学影像医师需求量不断增加，同时对影像医师的要求也越来越高。在传统影像学教学实践过程中，医学影像本科生很难有操作机会，理论学习枯燥，进而导致学生学习的积极性和主动性差，缺乏对学生学习兴趣的引导和培养。尤其在需要精确掌握的解剖学教学过程中，常常由于教学上供给的尸源有限，导致学生学习过程中对解剖结构缺乏直观感受，传统教学多数是灌输大量书本专业知识，学生难以建立相关联系，因此学生对解剖和相关疾病难以理解，只能靠死记硬背。尤其是在学习临床典型疾病的自身特点、病理生理的发生发展过程与解剖结构的关系上，学生们无法辨别出疾病发生部位解剖结构相互间的毗邻、相互的复杂关系，无法理解影像图片给予的信息，导致缺乏阅片的基础能力。随着信息化时代的到来，给传统教学模式带来新的机遇[1]。虚拟现实技术（visual reality，VR）是信息化的一项先进技术，可以虚拟实境，它结合了计算机技术、仿真技术等多种实用技术，可以模拟人的感官认知，相互交换三维动态信息，将人类自身的行为特征相结合，实现人与机器的互补[2]。虚拟现实技术能够使人在轻松氛围下体验虚拟情景，沉浸在某个特定的虚拟环境中。虚拟现实技术应用于教学过程中，可以有效地帮助学生构建学习环境，使教学更加轻松、生动逼真，促进学生对教学内容的消化和吸收，使教学质量迅速提升[3]。因此，内蒙古医科大学附属医院影像诊断科对将虚拟现实技术应用于教学模式中进行探索，拟探讨虚拟现实技术在医学影像学本科生中的应用研究效果及前景，进而改善教学效果。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2022 年9—12 月内蒙古医科大学2020 级影像学专业第一学期1 班50 名学生作为试验组，平均年龄（21.02±0.12）岁，其中男生20 名，女生30 名，采用虚拟现实技术教学模式；2020 级影像学专业第一学期2班50 名学生作为对照组，平均年龄（20.52±0.38）岁，其中男生15 名，女生35 名，采用传统教学模式。两个班的授课教师均相同。两组的一般资料比较差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。

1.2 方法

授课教师由1 名长期从事放射线的高年资老师负责，在授课前通过充分备课，熟知传统教学方式以及应用虚拟现实技术的教学模式，对教学模式的教学方案和分组情况等都已经了解。教学时长为每周2 次课，每次2 学时，连续2 周，共计8 学时。根据教学组前期制定的教学方案，以创伤性骨折为例，试验组同学采用虚拟现实技术课堂演示和小组讨论进行医学影像学授课。虚拟现实技术+小组讨论教学内容包括：（1）理论学习，将放射线科PASS 系统上的创伤性骨折的原始数据导入到3D 软件中，构建虚拟模型；利用构建的模型讲授骨折部位的结构特点、类型。（2）运用360°全景摄像技术录制创伤性骨折的现场、急救处理、搬运；将录制的视频导出后，使用Adobe Premier CC 和 Kolor Autopano Video 软件进行全景视频的处理（包括3 个部分，剪辑突发创伤性骨折的场景，约10 min；骨折部位的固定、搬运技术，约10 min；放射线科PASS 系统上的三维骨折部位的重建，约10 min；然后拼接等）。（3）课堂授课结束后，发放VR 眼镜+预装 UtoVR 全景视频播放器软件观看所处理的全景视频课件，设备VR 视频学习，即刻进入角色，深入场景。学生在虚拟场景中转化为现场急救医师，现场施救。对照组学生采用传统理论教学模型方式，进行同试验组相同的教学病例、课时和内容。

1.3 观察指标

在教学任务完成后，调查两组学生的客观测评，并对主观能动性、互动性、知识点的掌握程度、教学质量的新颖性和教学满意度主观评价进行分析。客观测评包括技能操作能力和理论知识的考试，技能操作主要是创伤性骨折场景、急救相应的措施以及放射线PASS 系统上的阅片的综合性考核；理论考试是指课堂测试和期末考试，均由授课教师统计出卷。技能操作考试、课堂测试以及期末考试的考核最终成绩均是采用百分制，闭卷形式呈现。主观评价采用问卷调查的形式，量化评分，包括学生的主观能动性、互动性、知识点的掌握程度、教学质量的新颖性和满意度5 个部分，每部分20 分。

1.4 统计学方法

采用SPSS 26.0 统计学软件进行分析处理。计量资料以（）表示，采用t检验。计数资料以n（%）表示，采用χ2检验。以P＜0.05 表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两种教学模式客观测评比较

试验组学生的技能操作能力、课堂测试和期末考试成绩均明显高于对照组学生，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 两种教学模式下影像学本科生技能操作能力、课堂测试和期末考试平均成绩比较（分，）

2.2 两种教学模式主观测评比较

试验组学生的主观能动性、互动性、知识点的掌握程度、教学质量的新颖性和教学满意度方面明显高于对照组学生，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表2 两种教学模式下影像学本科生主观能动性、互动性、知识点的掌握程度、教学质量的新颖性和教学满意度比较（分，）

3 讨论

当前，我国教学方式随着科技的进步而日新月异，科技信息技术与教学相结合的教学模式成为一种新型模式。近年来，国家陆续下发开展示范性虚拟仿真实验教学项目的文件，与虚拟现实技术结合的沉浸式教学模式已在医学行业中逐步展开，且部分医学院校已取得一定成果[4-6]。多数医学院校以传统教学模式为主，临床教学质量比较低，很难满足二级学科的发展要求，缺乏开放式的临床实践，枯燥的理论教学很难达到满意的教学效果，调动不起学生们的主观能动性和积极性，从而限制了教学质量向高层次发展[7-9]。医学影像学是介于基础医学与临床医学的一门综合性桥梁学科，涉及系统解剖学、局部解剖学、病理生理学以及其他各临床专业学科。医学影像学对专业知识要求高、针对性强，重点难点内容多，但知识点比较分散，缺乏完整的体系[10-11]。这些特点导致医学影像学专业知识不易掌握和理解，学生思维不一样，想象力不同，造成在学习上对解剖结构、立体空间感的理解力不同，加上教育方式传统滞后，导致学生在课堂教学中容易感觉内容枯燥无味，知识杂而无法联系。传统理论教学模式未能有效地结合互联网时代的发展，造成很多影像学本科生接触医学影像教学后产生抵触心理。而医学影像学专业知识是临床实践操作的前提和基础[12]，医学影像医师要求充分掌握理论知识，同时需要具备敏锐的思维及认知能力。目前，如何让学生们更容易掌握理论知识，培养主观能动性，乐于主动学习影像学知识，在实践中提高阅片能力，能够独立胜任一个影像医师的工作，解决这一教学难点成为医学影像学教学关注问题。

医学教育不同于其他的教育行业，医学教育是对医学知识的讲述，需要关注医学最新前沿领域的发展情况，更重要的是培养医学学生的实际操作能力。医学院校的本科学生在实验资源和临床医学实践机会比较少，医学理论内容抽象，再加上传统的教学方式较为死板，注重理论灌输教育，往往很难达到满意的教学效果和质量。现代的医学发展需要改进教学方式，打造高层次、高素质的医学人才，是目前医学高校教育的发展目标[13-15]。虚拟现实技术是利用计算机特殊技术生成一个接近现实世界的虚拟世界，逼真的现实世界视觉可以使感受者沉浸在其中，与其交互联动。虚拟现实技术的出现，不仅仅具备虚拟性、沉浸性、互动性、兴趣性、新颖性等特点，而且应用到教学过程中，可以更形象、更直观地把教学内容展示出来。现在高校提倡压缩课堂时间，让学生自主学习，时间更加充分，充分发挥学生的自主学习能力，促进学生的积极性并参与教学进程中，提高想象力和感知力，从而提高教学效果和质量。本研究中通过与传统教学模式地比较，虚拟现实技术使学生们沉浸式学习，全面了解骨折发生环境，参与急救，掌握急救操作要领和知识点，并可以提升心理素质。本研究通过客观测评比较发现经过虚拟现实技术的特训，学生能够更好地掌握知识，在实践中表现更好，而且期末考试成绩更为优秀；试验组学生的技能操作能力和理论考试均明显高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。这与国外的研究结论相一致[16]。虚拟现实技术能够具有沉浸式教学体验，在感受视觉冲击的同时，该虚拟世界将骨折的部位、周围结构毗邻呈现在眼前，方便学生们的理解和记忆，大大提升了教学质量。本研究中的主观测评结果证实试验组学生的主观能动性、互动性、知识点的掌握程度、教学质量的新颖性和教学满意度方面明显高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。通过剪接视频建立的虚拟课堂充分调动学生的主观能动性、互动性，增强了学生对骨折环境的认识、急救、搬运等实战技巧的掌握程度，有效地弥补了临床实践能力不足的问题。

信息化教育文件的颁发促进了新型的教学模式的发展，多种信息化技术和传统教学的结合被广泛提倡。虚拟现实技术实现了沉浸式教学模式，给学生们带来了视觉盛宴，把临床常见病转化成可视化的视频，并成为可以反复观看的教学手段，帮助学生们尽情实践体验，并结合实践对理论知识尽心总结和概括[17]。虚拟现实技术教学模式可充分展示学生们的团队精神，促进学生相互交流合作，提高学生融入教学过程的积极性。在医学影像学的教学中，与传统的教学模式相比，VR 技术联合沉浸式教学模式不仅可以提高教学质量，也可以提高学生临床实践能力。