發(fā)布時(shí)間：2018-09-08所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作能力的專業(yè)教學(xué)活動(dòng)中的核心手段，采取新型教學(xué)方式與手段，合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，有助于激發(fā)學(xué)生的操作積極性，促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)的改革。基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的動(dòng)物仿真實(shí)驗(yàn)操作，能夠降低動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成本，提高安全性，
摘要：動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作能力的專業(yè)教學(xué)活動(dòng)中的核心手段，采取新型教學(xué)方式與手段，合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，有助于激發(fā)學(xué)生的操作積極性，促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)的改革。基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的動(dòng)物仿真實(shí)驗(yàn)操作，能夠降低動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成本，提高安全性，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性的沉浸式操作。同時(shí)極大提升學(xué)生的自主性和創(chuàng)新性，提高動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的教學(xué)成果，培養(yǎng)高素質(zhì)的實(shí)踐型畜牧獸醫(yī)專業(yè)人才。
關(guān)鍵詞：動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué);虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);虛擬仿真實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)論文發(fā)表
動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)是動(dòng)物醫(yī)學(xué)專業(yè)和畜牧獸醫(yī)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)物機(jī)體基本結(jié)構(gòu)，掌握外產(chǎn)科手術(shù)學(xué)基本知識(shí)，鍛煉學(xué)生實(shí)際操作技能及正確使用常用手術(shù)器械的必經(jīng)之路，對(duì)學(xué)生職業(yè)能力培訓(xùn)和職業(yè)素質(zhì)的養(yǎng)成，起到重要的支撐作用，培養(yǎng)畜牧產(chǎn)業(yè)高素質(zhì)技能型人才。通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)識(shí)別動(dòng)物體主要器官的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和位置，掌握各器官系統(tǒng)的生命活動(dòng)過程，為后續(xù)課程和從事本專業(yè)職業(yè)崗位奠定基礎(chǔ)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有很強(qiáng)的實(shí)踐操作性，是其他獸醫(yī)臨床課程互通的橋梁，在動(dòng)物醫(yī)學(xué)及畜牧獸醫(yī)專業(yè)課程學(xué)習(xí)中所發(fā)揮的作用尤為重要，是學(xué)生實(shí)現(xiàn)從理論向?qū)嵺`跨越的重要手段。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VirtualReality，簡稱VR)，自20世紀(jì)50年代誕生以來，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的快速發(fā)展，已經(jīng)由最初模糊的概念轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品而落實(shí)到各行各業(yè)中，并取得了卓有成效。電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，隨之興起的幫助人們多元化人機(jī)交互的輔助工具，虛擬仿真環(huán)境在教學(xué)過程中的應(yīng)用更是打開了一個(gè)廣闊的前景[1]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的投入能夠降低動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成本，提高實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性，保證動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的安全性，模擬操作場(chǎng)景逼真，步驟嚴(yán)謹(jǐn)，同時(shí)具有完善的考評(píng)制度等優(yōu)點(diǎn)而逐漸被引入高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)[2]。將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用到動(dòng)物解剖和動(dòng)物外產(chǎn)科手術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，能夠改善傳統(tǒng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂上的諸多局限，協(xié)助學(xué)生進(jìn)行理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)換，加深動(dòng)物機(jī)體的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的臨床思維及動(dòng)手能力，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的終極目標(biāo)。
1動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的局限性
動(dòng)物醫(yī)學(xué)專業(yè)和畜牧獸醫(yī)專業(yè)目標(biāo)在于培養(yǎng)具備較強(qiáng)實(shí)踐創(chuàng)新能力和臨床操作技能的專業(yè)應(yīng)用型人才，因此在動(dòng)物解剖及外產(chǎn)科手術(shù)等核心專業(yè)課程設(shè)置中亟需突出動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，增加實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，以提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)實(shí)踐能力上發(fā)揮著不可或缺的作用，實(shí)驗(yàn)設(shè)置的方式、內(nèi)容及涉及的操作直接影響著學(xué)生能力提升的質(zhì)量。目前，傳統(tǒng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在著諸多問題。
1.1教師對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物教學(xué)工作的經(jīng)驗(yàn)差異性
進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師都是經(jīng)過專業(yè)考核和遴選的優(yōu)秀教職工，基本教學(xué)能力和操作技能都不存在問題，但是因?yàn)閷I(yè)方向不同，所側(cè)重的臨床操作技巧也會(huì)迥然有別。如防疫剖檢與臨床外科手術(shù)操作對(duì)細(xì)節(jié)的要求不盡相同，不同教師在操作方法的示范中所展現(xiàn)的要領(lǐng)和動(dòng)作，操作手法和習(xí)慣都可能有所差異。這些差異在不同的環(huán)境下該作何改變和應(yīng)對(duì)，對(duì)于教師了然于心，然而對(duì)于初次在課堂上進(jìn)行解剖或手術(shù)操作的學(xué)生來講，可能困惑于這些差異而無所適從，導(dǎo)致不能熟練掌握技巧，甚至出現(xiàn)不規(guī)范的操作。
1.2實(shí)驗(yàn)開展受內(nèi)容設(shè)置和時(shí)空條件限制
動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的設(shè)置要遵守人道主義，考慮到動(dòng)物福利，以及從尊重生命的角度會(huì)避開一些需要造模或者難度大的實(shí)驗(yàn)操作，如骨折，腹腔內(nèi)臟手術(shù)[3]。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置上會(huì)相對(duì)減少這類操作而以相關(guān)的視頻影像資料進(jìn)行替代學(xué)習(xí)，或者選擇一些相對(duì)簡單、安全的操作作為授課內(nèi)容，并進(jìn)行多人次組隊(duì)以減少活體動(dòng)物使用的數(shù)量。因而，無法保證每個(gè)學(xué)生都能動(dòng)手操作，每一個(gè)相關(guān)手術(shù)都能開展。同時(shí)受課時(shí)限制，實(shí)驗(yàn)設(shè)置項(xiàng)目類別明顯不足，諸多臨床模擬無法體驗(yàn)，實(shí)際操作技能無法獲得而影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
1.3存在安全性隱患
動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)在實(shí)施過程中的安全性問題，是不可忽略的首要事項(xiàng)。外產(chǎn)科手術(shù)有些實(shí)驗(yàn)是在活體動(dòng)物身上進(jìn)行模擬臨床外科手術(shù)操作，所用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物涉及家犬、兔和羊等。在課程實(shí)施過程中一些動(dòng)物具有攻擊性，且有攜帶人獸共患病原體的不確定性，動(dòng)物的麻醉及保定過程中存在危及實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和操作者人身安全的問題，教師及實(shí)驗(yàn)管理人員再三防范仍會(huì)存在潛在風(fēng)險(xiǎn)[4]。在實(shí)驗(yàn)操作過程會(huì)使用手術(shù)刀、手術(shù)剪、縫針等銳利器械，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)M實(shí)施前學(xué)生缺乏實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，僅靠教師在實(shí)驗(yàn)操作前的理論教授及演示過程中的強(qiáng)調(diào)難以防范意外事件的發(fā)生。
1.4學(xué)生的認(rèn)知度不夠
受實(shí)驗(yàn)條件、課時(shí)、動(dòng)物使用量所限，并為防止意外發(fā)生，一些實(shí)驗(yàn)操作由教師操作演示，學(xué)生進(jìn)行觀看，這種實(shí)驗(yàn)所呈現(xiàn)的結(jié)果基本都是成功的操作，學(xué)生難以體會(huì)到在操作中如果操作不當(dāng)會(huì)引起什么樣的后果，遇到突發(fā)狀況該如何應(yīng)對(duì)解決。初次進(jìn)行解剖或手術(shù)操作，學(xué)生會(huì)有緊張，信心不足或者疏忽老師反復(fù)強(qiáng)調(diào)的注意事項(xiàng)，相互之間的配合不當(dāng)，可能導(dǎo)致一些操作失敗，因而一些學(xué)生只愿意協(xié)助完成簡單的部分任務(wù)，對(duì)由理論課過渡到實(shí)踐課的熱情逐漸淡化[5]。
1.5實(shí)驗(yàn)課程考核不完善
學(xué)生對(duì)一門課程的掌握程度應(yīng)當(dāng)有合適的考核方式進(jìn)行評(píng)定，而動(dòng)物實(shí)驗(yàn)操作具有團(tuán)隊(duì)性、過程的連續(xù)性、手術(shù)的不可預(yù)見性，以及操作的不可重復(fù)性，指導(dǎo)教師無法保證監(jiān)管多個(gè)團(tuán)隊(duì)同時(shí)操作，因此對(duì)學(xué)生的專業(yè)實(shí)操技能的掌握僅靠最終書寫的實(shí)驗(yàn)報(bào)告無法進(jìn)行更為合理的評(píng)判。
2虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)上的應(yīng)用
虛擬仿真技術(shù)的真實(shí)性、交互性、和沉浸性使得在信息傳遞方面有了重大突破，從傳統(tǒng)簡單的文本、圖片或者聲音轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗袑?shí)時(shí)呈現(xiàn)的擬真聲像信息，觸覺和運(yùn)動(dòng)感知[1]。基于虛擬仿真技術(shù)的模擬實(shí)驗(yàn)為新型的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)基地的建立和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)置提供了新的方式與思路[6]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在教育中的多個(gè)學(xué)科已經(jīng)得到應(yīng)用。如中國科技大學(xué)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，中南大學(xué)的礦業(yè)工程化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，第四軍醫(yī)大學(xué)的醫(yī)學(xué)機(jī)能虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，西北農(nóng)林科技大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)等[7]。這些虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心的建立，涵蓋了各類專業(yè)性實(shí)驗(yàn)的原理，操作模擬以及案例等內(nèi)容，并逐步完善相關(guān)知識(shí)題庫，拓展與同一專業(yè)的相關(guān)課程相互交錯(cuò)，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)上的應(yīng)用能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足，發(fā)揮更多的優(yōu)勢(shì)。
2.1提高動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的規(guī)范性、統(tǒng)一性
VR教學(xué)系統(tǒng)設(shè)置學(xué)科完善，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法都有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶哟涡浴⑦壿嬓院徒y(tǒng)一性，涉及的動(dòng)物外產(chǎn)科手術(shù)操作手法較為一致，彌補(bǔ)了各帶教老師之間的差異性，學(xué)生在對(duì)注意事項(xiàng)、操作過程和拓展知識(shí)能夠更全面的理解，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的一致性。
2.2提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)性、積極性和自主性
在實(shí)施虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)有了可重復(fù)性，學(xué)生可以通過虛擬擔(dān)當(dāng)不同的角色，可以是主刀者也可以是助手，角色的轉(zhuǎn)換能讓他們進(jìn)一步理解一個(gè)手術(shù)的完整性。麻醉師、器械護(hù)士、術(shù)者及助手的互相配合和更迭，使得學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)助精神得到了提升，并能夠更加全面的掌握手術(shù)過程中所涉及的操作技能。由于每個(gè)人都可以充當(dāng)主刀師角色，學(xué)生的積極性得到了很大提高。團(tuán)隊(duì)成員可以從VR虛擬系統(tǒng)探索術(shù)前準(zhǔn)備，深化對(duì)概念的理解，產(chǎn)生新想法，設(shè)定合理的手術(shù)方案，從而提高學(xué)生自主性和創(chuàng)新精神[8]。
2.3節(jié)約資源，降低風(fēng)險(xiǎn)
虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以不需要采購實(shí)驗(yàn)儀器、手術(shù)器械和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，降低實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備維護(hù)維修帶來的經(jīng)費(fèi)損耗，減少實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的購置成本和飼養(yǎng)場(chǎng)地占用。降低了學(xué)生初次使用手術(shù)刀、手術(shù)剪等銳利手術(shù)器械潛在的風(fēng)險(xiǎn)。學(xué)生操作不必使用實(shí)體動(dòng)物，避免了動(dòng)物保定(犬、貓等)過程中對(duì)人身造成傷害，也消除了人獸共患病的隱患。
2.4增加內(nèi)容設(shè)置，高效利用課堂
虛擬仿真動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以設(shè)置傳統(tǒng)課堂教學(xué)中較難實(shí)現(xiàn)的外科手術(shù)操作，如骨折、腹腔手術(shù)，以及高難度的心臟、開顱手術(shù)等[9]。增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置，可以提高學(xué)生對(duì)外科手術(shù)學(xué)習(xí)的熱情和積極性，也加強(qiáng)了各類外科手術(shù)操作過程的初步掌握，為真正走向臨床打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。虛擬仿真動(dòng)物實(shí)驗(yàn)操作打破了現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)操作對(duì)時(shí)間的要求和限制。在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)中動(dòng)物的保定麻醉需要一個(gè)過程，術(shù)后的恢復(fù)也較為緩慢，一些手術(shù)還要涉及術(shù)后護(hù)理。而在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作可以縮短手術(shù)完成時(shí)間，高效的利用了有限的課堂實(shí)驗(yàn)課時(shí)，為內(nèi)容的增設(shè)提供了機(jī)會(huì)。同時(shí)無需安排學(xué)生抽出其他時(shí)間進(jìn)行術(shù)后的輪流監(jiān)管護(hù)理。
2.5完善課堂實(shí)驗(yàn)的考核機(jī)制
學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的技能掌握程度可以通過操作一個(gè)完整的虛擬手術(shù)實(shí)驗(yàn)來考核，教師可以增置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施過程中的環(huán)節(jié)，如設(shè)置手術(shù)過程中的出血環(huán)節(jié)，設(shè)置多種備用手術(shù)器械，以考察學(xué)生的應(yīng)變能力和對(duì)操作技能的掌握。手術(shù)器械選用、操作程序、助手協(xié)助等環(huán)節(jié)都可以進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)判打分，改善了指導(dǎo)教師無法對(duì)多組團(tuán)隊(duì)同時(shí)進(jìn)行督查的問題，更能體現(xiàn)考核的嚴(yán)謹(jǐn)性與公正性。對(duì)學(xué)生進(jìn)行不同角色的選擇性考察，進(jìn)一步提高考察技能掌握的完善性。
3總結(jié)與展望
當(dāng)代學(xué)生教育已經(jīng)由傳統(tǒng)的教師以“教”為主轉(zhuǎn)變成學(xué)生以“學(xué)”為中心，融學(xué)于教。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)模式越來越多的應(yīng)用到教學(xué)當(dāng)中，尤其是實(shí)驗(yàn)課堂的應(yīng)用。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)操作掌握實(shí)驗(yàn)技能是非常重要的，盡管完全真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作仍有著不可替代性，但虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)通過仿真模擬場(chǎng)景操作，學(xué)生實(shí)現(xiàn)了3D沉浸式的操作體驗(yàn)，更加真實(shí)的模擬現(xiàn)實(shí)操作，提高了他們的學(xué)習(xí)積極性。同時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)置增添了不確定性、失敗性、陷阱性，提高了挑戰(zhàn)性，激發(fā)了他們的思維創(chuàng)新能力。虛擬仿真動(dòng)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)借助于虛擬仿真技術(shù)，為動(dòng)物醫(yī)學(xué)和畜牧獸醫(yī)專業(yè)教學(xué)內(nèi)容的匹配提供了更多的資源和便利。因此，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充和輔助，通過設(shè)置一定的課堂比例，兩者互相結(jié)合，增加理論知識(shí)的轉(zhuǎn)化，為實(shí)踐型專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)創(chuàng)建了新的方式，為傳統(tǒng)教育理念的改革和新時(shí)代混合課程的設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的支持，促進(jìn)動(dòng)物醫(yī)學(xué)專業(yè)和畜牧獸醫(yī)專業(yè)的發(fā)展上升到新的層次。
