虚拟现实在《病原生物学与免疫学》教学中的应用实践

张伟 李帆

摘 要：《病原生物学与免疫学》是一门实践性很强的医学基础学科，知识相对枯燥，实践性不足。以VR技术设备为基础，充分利用VR的“沉浸性”、“交互性”和“构想性”在临床和护理专业进行《病原生物学与免疫学》的理论和实验教学，构建一个学习者与教学者之间的交互平台，同时从学习态度、考核成绩和实践操作能力等方面对比VR教学班级的优势。学期总结表明，应用VR教學的班级无论理论成绩还是实验考核成绩都优于同专业未应用VR教学班级的学生;从问卷调查结果看，学生对VR教学的兴趣、易接受度和知识理解度都非常高，占比均超过90%，说明VR教学能够一定程度地提高学生的学习积极性和掌握知识的能力。

关键词：VR;病原生物学与免疫学;教学

虚拟现实（Virtual Reality，VR）的概念是在上世纪80年代提出来的，具体是指综合利用计算机图形系统和各种现实及控制等接口设备，在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术。它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的交互式三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户深度沉浸到该环境中。VR技术会模拟出逼真的三维虚拟世界，并通过视觉、听觉、触觉、力觉等，让使用者感受到身临其境的效果[1]。虽然VR技术提出已有三十几年，但发展却一直不温不火，直到2016年，随着软硬件技术的突破，VR技术迎来了井喷，世界各大科技企业纷纷推出各种VR产品，各种为VR技术应用的软件和媒体大量涌现，在一些世界级科技巨头的带领下，VR技术正在飞速地发展着，VR普及的时代即将来临。目前，虚拟现实技术已广泛应用于航空航天、医学、建筑设计、教育、娱乐等许多领域。在国外，虚拟现实技术已经应用于课堂教学，国内目前也有多家教育机构和科技企业在积极推动VR教学技术，如：新东方、百度、微视酷（VRschool）、巧克互动等等[2]。虚拟现实技术作为新的教学媒体，它的出现无疑将对现代教学产生深远的影响[3]。

1 VR技术应用于《病原生物学与免疫学》教学的优势

众所周知，医学是一门系统性、实践性很强的学科，在漫长的医学学习过程中，基础医学的学习占了很大比重，《病原生物学与免疫学》是一门重要的医学基础学科，是联系临床的桥梁课程，对于临床疾病的诊断、预防和治疗发挥着重要作用，与其他医学基础学科有着密切的联系。但在实际学习中，由于基础医学知识相对枯燥、内容并不直接面对临床具体疾病，学生学习往往会出现重临床、轻基础的现象，造成很多学生医学基础知识掌握不够扎实，也限制了自身在临床医学工作的发展与进步。而VR技术的出现就能很好的改变这一现象，VR技术有三大特性：（1）沉浸性——虚拟现实技术是根据人类的视觉、听觉、触觉等生理心理特点，借助计算机、传感器和图像生成系统来虚拟真实环境，让参与者有身临其境的感觉，即“沉浸”于虚拟的环境中。（2）交互性——主要是指实现人与虚拟环境中的对象发生交互操作的作用，使参与者以自然的手段、行为与计算机相互交流和操作，达到人机和谐。（3）构想性——虚拟现实可使用户沉浸于此环境中获取新的知识，提高感性和理性认识，从而产生新的构思[4]。而这些特性正是现代医学教育最需要的，利用虚拟现实技术在教育领域中的这些优势，可以激发学生的学习动机、增强学习体验、创设心理沉浸感、实现情境学习和知识迁移等方面的巨大进步。另外，VR技术与互联网技术又是密不可分的，通过VR设备与互联网的连接，可以快速调取互联网中的相关知识，呈现在学生眼前;或通过互联网使学生坐在家里就能直接接受教学，并能投入地参与教学活动中，高效快速地获取所需知识[5]。说不定，利用VR技术替代课堂就会在不远的将来成为现实。

2 VR技术应用于《病原生物学与免疫学》教学的目标

《病原生物学与免疫学》是一门实践性很强的医学基础学科，利用VR技术，可以实现虚拟实验教学[6]，让学生以第一视角观察示教老师的实验操作，从中直观地了解整个实验的具体操作过程，相当于自己亲自操作过一次实验，这样既可以提高学生对实验操作的掌握能力，又能实现很多实际开展困难的实验教学[7]，如具有传染危险性的微生物试验、需大型动物的病理、生理实验等;在《病原生物学与免疫学》的理论教学中，通过VR设备加载教学影像资料，在老师的指导下，使学生身临其境地自主观察医学相关模型及其动态表现，如：，病原生物形态、结构，病原生物与人体组织相互作用等。加深学习印象、刺激学生的探索欲望。

以VR技术设备为基础，构建一个学习者与教学者之间的交互平台。充分利用VR的“沉浸性”“交互性”和“构想性”进行基础医学课程的理论和实验教学。教师在整个过程中只承担引导者、帮助者和刺激者，学生在虚拟场景中探索、实践，获得所需知识，课堂教学中会出现传授、参与、发现、交互、评价、反馈、强化等学习活动，以获得更好地教学效果。具体教学模式构成如图1所示。

3 实施方法

由于基础医学课程都集中在一年级开设，故从我校临床医学专业和护理专业的一年级班级中各选2个班，选取《病原生物学和免疫学》课程中的一些重点和难点章节，如：医学微生物学中各种病原生物的形态、结构及免疫学中的免疫应答过程等等，通过网络下载或自己拍摄相关VR教学视频，应用VR编辑软件进行剪辑、编辑，学生通过手机下载教学视频，再利用VR头盔显示技术进行理论和实验教学，然后通过课堂提问、布置开放性课后作业、单元测验和实验考核，分别对比他们的完成效果与本专业未应用VR教学的2个班级其他同学的差别，从中了解其对章节知识点的掌握情况和应用知识解决问题的能力;同时，对4个班的全体同学进行问卷调查，了解他们在VR教学与传统教学过程中的接受程度、兴趣度以及主要问题。综合以上结果，评估教学效果。

4 结果分析

通过学期总结（图2、图3、表1）分析，应用VR教学班级的学生学期理论平均成绩：临床专业70.14，护理专业71.69，未应用VR教学的学期理论平均成绩：临床专业67.56，护理专业6947;应用VR教学班级的学生学期实验考核平均成绩（满分10分）：临床专业9.7，护理专业9.6，未应用VR教学的学期实验考核平均成绩：临床专业9，护理专业9.1。无论理论成绩还是实验考核成绩都优于同专业未应用VR教学班级的学生;从问卷调查结果看，学生对VR教学的兴趣、易接受度和知识理解度都非常高，占比均超过90%，说明VR教学能够一定程度地提高学生的学习积极性和掌握知识的能力。

VR通过此次研究，我们积累了VR教学中的一些经验，掌握了VR教学的一般规律和VR制作的相关技术;从教学过程中了解了VR教学在基础医学教学中所存在的优势;也认识了一些不足，如：不是所有理论知识都适合VR教学;医学VR资源比较匮乏，难获得;VR视频制作难度比较大等。但这都为本课程以及其他医学基础课程的VR教学研究奠定了基础。

参考文献：

[1]范秀敏.深度沉浸：VR技术的发展[J].互联网经济，2016，11：32-35.

[2]刘园.VR技术在教育领域的研究与应用[J].电脑知识与技术，2016，12（16）：207-208.

[3]朱斌，曹漫祥.VR技术及其在现代教学中的应用[J].中国教育信息化，2007.05：62-64.

[4]何明雄，李兆延.VR技术在教学中的应用[J].中国科教创新导刊，2007，472：205.

[5]朱福军，郑萌，顾倩颐.VR技术视角下课堂学习环境革新与重构[J].中国教育技术装备，2017.01（2）：43-48.

[6]Z Pan，W Chen，M Zhang，et al.Virtual Reality in the Digital Olympic Museum[J].IEEE Computer Graphics & Applications，2009（5）.

[7]杨秀云.谈VR技术及其在高等教育领域的应用[J].长春师范大学学报（自然科学版），2014，33（2）：147-148.