1、教育与教学研究92基于虚拟现实的沉浸式教学在消化系统影像教学中的应用姚文君1 顾康琛1 尹纯林1 余皖婉2【中图分类号】R4【文献标识码】【文章编号】2097-0196（2023）01-0092-03【摘 要】目的：探讨基于虚拟现实技术的沉浸式教学在消化系统影像教学中的应用价值。方法：选取某校60名临床医学专业本科生（2个小班）为研究对象，按照小班随机分为两组，分别开展消化系统影像诊断的教学。对照组采用传统教学模式，实验组将虚拟现实技术加入教学过程中构建出沉浸式教学情境进行教学。教学结束后，以考核（包括理论知识、读片诊断能力和临床技能操作）以及问卷调查的形式对教学效果进行综合评价。结果：实验组
2、学生的理论知识、读片诊断能力和临床技能操作成绩均高于对照组，差异具有统计学意义（P0.05）；问卷调查从五个维度进行评估，结果显示实验组学生的“教学满意度”“知识点理解及接纳程度”“学习主动性”“课堂互动性”和“临床思维的建立”均高于对照组，差异具有统计学意义（P0.05）。结论：基于虚拟现实技术的沉浸式教学模式可显著提高消化系统影像诊断的教学效果。【关键词】医学影像学消化系统虚拟现实技术沉浸式教学doi：10.20072/ki.issn2097-0196.2023.01.032医学影像学（medicalimaging）是应用医学影像成像技术对人体疾病进行诊断的医学学科，是临床疾病诊疗的重要手
3、段。随着教学改革的不断推进，传统以教师授课为中心的课堂教学逐渐被各种方法取代。近年来，计算机和人工智能技术的兴起，使高校的教学模式发生了颠覆以往的改变。因此，本教研室通过文献调研和前期基础，将虚拟现实技术（virtualreality，VR）加入医学影像课程教学过程中，结合病例构建出沉浸式教学环境，以提升学生主观能动性、增加课堂交互为目的，探索新的教学模式在提高教学质量、培养学生临床思维中的作用。1 资料与方法1.1一般资料选取安徽医科大学2018级临床医学专业本科生A、B两个小班为研究对象，共60人，其中男生34人，女生26人，年龄2024岁。由班长随机抽签分组。教师应用不同教学模式教学。所
4、有学生均为第三学年本科生，两组学生入学及基础课（人体解剖学、生理、生化及病理学）考试成绩无明显差异，具有可比性。教材选用白人驹主编的 医学影像学（第8版，人民卫生出版社），教学内容为消化系统章节，共计9个学时。两组均由经过培训的同一名教师进行授课，且保持授课内容及进度的一致性。1.2 方法1.2.1 对照组 采用以教师讲授为主的传统教学法进行教学，通过多媒体课件，按照课本的顺序及内容依次进行讲解：包括疾病名称、临床表现、病理及影像学表现。1.2.2 实验组 采用基于虚拟现实技术的沉浸式教学模式。教学病例选择及流程设计：根据教学大纲，由课题组教师在 医学影像学 消化系统的主要病种中，筛选出典型病
5、例，梳理重要知识点，制作出该病的影像诊断流程图。诊断流程设计：从疾病的主诉入手，提出首选影像学检查手段，并通过其典型的影像学表现，推理演绎出可能的疾病，并提出进一步解决方案。以“吞咽困难”为例，引入了两个病例：一个是青年女性“间歇性吞咽困难”，一个是老年男性“进行性吞咽困难”，让学生对食管疾病的临床症状有所了解。然后提出思考“首选的检查方法”引入钡餐造影，通过对比两个病例的钡餐图像，总结食管癌的影像学表现，并与第一个病例贲门失迟缓症的“鸟嘴征”鉴别；进一步内镜确诊后提出CT横断面进行临床分期，评估淋巴结转移及其他脏器侵犯。沉浸式教学情境的设计与搭建：以上述诊断流程的内容搭建沉浸式教学情景，以问
6、题为导向设计多个不同的场景路径。如“食管癌”知识点教学，设定医患沟通、影像检查的选择、操作及结果等场景，所有素材均（包括场景流程图、文字/图片/影视素材）来源于实际真实病例，场景间跳转逻辑清楚；再将VR相关内容，如影像仪器操作、平面图像立体转化、解剖结 作者单位：1.安徽医科大学第二附属医院 安徽合肥 230601 2.安徽医科大学第二临床学院 安徽合肥 230601基金项目：安徽省高等学校省级质量工程项目(2021jyxm0698，2020jyxm0900，2020jyxm0888，2021jyxm0705)作者简介：姚文君，女，博士，副主任医师通信作者：余皖婉，女，副教授2022-12-0
7、2收稿，2023-01-11修回教育与教学研究93安徽医专学报 2023 年 22 卷第 1 期构3D描述、过程3D动画建模（如消化道钡餐检查时不同类型病变其钡剂的流向所致影像形成的机制、心房心室增大导致心脏旋转的机制和相应X线表现等），加入教学场景中，形成基于VR的沉浸式教学环境。教学过程的设计：在上述场景中设置实践任务，以学生为主体在虚拟的教学环境中进行任务选择并完成。仍以“食管癌”为例，教师活动为：首先以病例为基础创设教学情境，其次以问题为导向引导学生的临床思维，在此期间与学生进行不断交流、引导其探究正确诊断方向，最后评价学生整体表现、反思问题所在；学生活动为：进入教师提供的病例环境，通
8、过对问题的思考回答，选择下一步流程，过程中通过戴VR眼镜进行操作或观看诊疗过程，最后对整个病例的诊断流程进行总结，并与教师交流、反思问题所在。1.3教学效果评价两组教学效果评价均采用考核和问卷调查两种形式。考核包括：理论知识、读片诊断能力、临床技能操作（消化道钡餐检查等），各部分均为百分制。问卷调查内容包括5个维度：教学满意度、知识点理解及接纳程度、学习主动性、课堂互动性、临床思维的建立，各维度均为百分制。1.4统计学分析采用SPSS22.0统计学软件分析数据，理论知识、读片诊断能力、临床技能操作及问卷调查表分数均以xs表示，组间比较使用t检验，P0.05为差异具有统计学意义。2 结 果2.1
9、两组学生的考核成绩比较实验组学生的理论知识、读片诊断能力以及临床技能操作考核得分均高于对照组，差异具有统计学意义（P0.05），见表1。表1 两组学生考核成绩的比较（xs）项目对照组（n=30）实验组（n=30）tP理论知识（分）81.175.2791.63.69-3.673 0.001读片诊断能力（分）874.7691.973.63-4.345 0.001临床技能操作（分）88.75.7193.13.8-3.482 0.0022.2两组学生问卷调查结果的比较每组共发放问卷30份。有效回收率和应答率均为100。结果显示实验组学生对教学的满意度高于对照组，差异有统计学意义（P0.05），见表2。
10、表2 两组学生问卷调查结果的比较（xs）项目对照组（n=30）实验组（n=30）tP教学满意度88.4592.33.15-3.2270.005知识点理解及接纳程度88.175.7191.63.53-2.8180.020学习主动性88.95.5992.473.53-2.6450.018课堂互动性87.533.42 92.873.49-5.3130.001临床思维的建立87.233.63933.29-6.6050.0013 讨 论沉浸理论是指人们被活动所吸引从而过滤掉不相干的知觉投身情境中1，其带来的内在满足感可以提高人们的兴趣及专注力，无论在学习还是工作中，均能得到最佳体验。由此，教育领域开始尝
11、试各种手段，给学生一种“沉浸式”的学习体验，从而使其提高学习专注力并激发学习兴趣。随着IT技术的快速发展，沉浸式理论向人机交互方面扩展，通过高挑战、高技能和专注，使参与者产生“flow”2。随着计算机软硬件和传感器的发展，VR技术应运而生，它具有三个特征，Immersion（沉浸），Interaction（交互）和Imagination（构想）3。研究表明，利用VR构建的三维教学环境非常逼真，可以有效提升学生的学习兴趣和专注度，增强其自主分析解决问题的能力4-5。国内目前对于利用VR技术构建沉浸式教学模式的研究主要为理论研究和实践探索两方面。理论研究主要是VR在教学中的优势以及进行VR教学系统
12、设计与开发的原则和要求6-7；实践探索主要为基于VR的系统设计与开发以及基于VR教学实践探索，并有学者已尝试将其应用于医学中8-9，然而关于医学影像教学的相关研究则较少10。以往，医学影像学的教学内容只限于教学大纲或书本知识，重记忆而轻能力，然而在人工智能推动的时代，医学影像的教学目标应该重新定义，除了传授知识还应该重视学生的创造性、批判性11；在教学计划方面，不能以提升学生的基础理论笔试成绩为主，需重视学生在实际操作和诊断方面的能力。本教研室通过VR技术给学生提供了“身临其境”的感觉，使学生能够在课堂上化身“接诊医生”，对患者进行诊断或对影像机器进行相关操作，相较传统式教学，教学满意度高，且
13、实验组学生的理论知识考核、读片诊断能力和技能操作能力也均得到了显著提高。传统的影像教学模式用平面图像来诠释立体结构、单张横断面图像来讲解整个病灶的影像学特征，缺乏直观性和立体感，动态性检查如胃肠道钡餐检查、透视、超声及介入等用单张留存的图像无法连续性展示检查全过程，对学生来说难以理解，而VR技术可通过虚拟环境使学生“亲自”动手操作机器，检查过程中动态观察病变，同时立体化的呈现更有助于学生理解病灶与邻近的解剖关系和影像学特点，提升交互感。本研究结果显示，实验组的学习主动性、对知识点理解及接纳程度也较对照组有了明显提高，说明新的教学模式可以提升学习能动性，帮助学生理解、掌握和应用。前期，课题组在大
14、纲范围内，选取具教育与教学研究94体案例搭建沉浸式场景12，并在其中安排可供虚拟现实教学的体验内容，让学生在虚拟的教学环境中完成规定的实践任务，目的是增加课堂的互动性，以及帮助学生建立临床思维，使得本研究中实验组的课堂互动性和临床思维的建立也明显高于对照组。本次教学研究中，由于对照组采用了传统教学模式，课后理论知识、读片诊断能力和临床技能操作的考核成绩均低于实验组，故在研究结束后我们利用课余时间为对照组学生安排了实验组相同的课程，以弥补教学手段不同带来的教学效果差异。本研究尚存在一些不足：仅对消化系统章节进行了教学，在其他章节中此教学方法是否优于传统教学未能得到验证；设计和搭建沉浸式教学情境时
15、，是以典型案例为场景路径的，未再设立一组基于案例的教学进行对照，后期将单独进行比较。综上所述，本研究将VR加入医学影像课程教学过程中，结合病例构建出沉浸式教学环境，使学生能够在教室内体验逼真的临床诊疗过程，从而在课堂教学中提高学习能动性及课堂专注度，促进临床思维的建立。参考文献1 张娜娜.沉浸理论在慕课课程开发中的应用J.高等继续教育学报,2016,29(3):54-57.2 赵珊.心流理论视阈下沉浸式设计路径探析J.四川戏剧,2021(2):77-79.3 陈杰,王淼.美国职业教育虚拟现实技术的应用及启示J.成人教育,2021,41(6):90-93.4 刘清堂,马晶晶,余舒凡,等.虚拟实验
16、对学生学习效果的影响研究基于30项实验与准实验研究的元分析J.中国远程教育(综合版),2021(1):8-16.5 崔钰婷,赵志群.虚拟现实技术对学生学习绩效的影响基于59项实验或准实验研究的元分析J.中国远程教育(综合版),2020(11):59-67.6 罗恒,冯秦娜,李格格,等.虚拟现实技术应用于基础教育的研究综述(2000-2019年)J.电化教育研究,2021,42(5):77-85.7 华子荀,欧阳琪,郑凯方,等.虚拟现实技术教学效用模型建构与实效验证J.现代远程教育研究,2021,33(2):43-52.8 马腾,张梅静,韩雅蕾,等.虚拟现实技术在循环系统疾病教学中的应用J.中华医学教育杂志,2021,41(5):403-406.9 王萍,颜文贞,王芳,等.沉浸式虚拟现实技术在静脉注射法实验教学中的应用J.中国护理管理,2020,20(2):176-180.10 李奥,邓晶,彭晓静,等.基于网络的超声影像学虚拟学习平台在超声教学中的应用J.教育教学论坛,2017(50):265-266.11 高飞，韦树华.基于问题式教学模式在医学影像科实习带教中的应用J.安徽医专学报,2
