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VR/AR 技术在妇产科教学中的应用效果评价

 2022-11-22 15:28:01  来源:晋职期刊网 

  摘要  目的 对 VR/AR 技术辅助教学方法在妇产科教学中的应用效果进行评价,推动妇产科教学模式 的发展与完善。方法 选用某大学医学院 2016 年本科五年制的 80 名大学生为研究对象。随机分为实验 组(VR/AR 技术辅助教学)35名,和对照组(传统教学)45名,实验组采用 VR/AR 技术辅助教学模式,对照 组采用传统的灌输式教学方式,  以章节课后练习成绩(理论成绩) 、期末考试成绩(理论成绩、临床技能考 核)和问卷调查综合评价 VR/AR 技术辅助教学模式的教学效果,  以探讨其具有的推广价值。结果 在 6 次 章节课后测验中 VR/AR 技术辅助妇产科教学实验组,共有 4 次成绩比对照组成绩高;1 次 2 组学生成绩无 统计学差异;1 次对照组学生成绩比实验组学生成绩高。实验组期末理论考试成绩高于对照组,差异有统 计学意义。在妇产科临床技能考核对比中,实验组妇产科检查、阴道手术消毒铺巾、后穹窿穿刺、骨盆外 测量考核项目成绩均高于对照组,差异均有统计学意义。问卷调查结果显示大多数学生认为 VR/AR 技术 辅助妇产科教学方法对其学习妇产科有很大的帮助,且认为将 VR/AR 技术应用于妇产科教学中有推广价 值。结论 VR/AR 技术辅助妇产科教学方法将新兴的影像技术的趣味性、立体性与复杂难懂的妇产科学很 好的结合,在妇产科教学中能够提高妇产科学的趣味性,降低妇产科学习理解难度,具有推广的意义。

  

  传统的妇产科理论教学更多的以教师语言描述 和多媒体 PPT 图片展示为主,对学生来讲学习难度较 大。在临床技能教学中如经阴道后穹窿穿刺等妇产科 特殊操作,学生不能够在患者身上进行,仅在一些模型上练习,与实际操作难度相差较大,学生无法感受 到真实临床工作的难度[1]。近年来,以虚拟现实(Virtual Reality,VR)、增强现实(Augmented Reality,AR)为 代表的新兴影像技术在医学教育和临床手术中频繁 出现它们的身影[2-5]。VR 技术定义为用计算机硬件和 软件创建的交互式模拟虚实融合三维空间,具有沉浸 性、交互性及构想性等特点[6]。AR 技术则是通过复杂 的配准过程将虚拟现实应用到真实环境,将虚拟场景 与真实场景相结合,增强多重感官的体验[7]。

  

  1  研究对象与方法

  

  1.1 教学对象  选择某大学医学院 2016 级临床医 学专业本科生共 80 名,  以抽签法随机将其分为 AR/AR 技术辅助教学的实验组 35 名和传统的灌输 式教学的对照组 45名,2 组学生在学习妇产科学前 的成绩无明显差异,且不存在学习和理解障碍,都 有着较好的学习能力。选择优秀的有着丰富教学经 验的妇产科老师为 2 组学生上课,教材均使用第九 版妇产科学,教学大纲和课时均一样。

  

  1.2 教学方法  妇产科教学大体分为理论教学、临 床技能教学。实验组理论教学教师在传统的多媒体 基础上使用 VR 技术,将盆底正常解剖结构以及妇 产科临床医师收集的 CT、MRI 等临床数据,使用 工作站完成重建,经过云端存储和编辑后,将 3D 影像呈现给学生,帮助学生更好的理解女性盆腔复 杂的解剖结构。在临床技能教学方面,实验组老师 利用 VR 模型立体地呈现理论教学内容,模拟医学 技能操作过程,进行技能的操作演示,并达到可视 化互动立体场景。学生通过虚拟操作仪器,进行技 能操作,锻炼实际动手操作能力,通过多次操作学 习掌握技能实际操作中应注意的问题。此外在学生 进行临床实践前,用 VR 虚拟患者结合 AR 手术操 作系统,为学生提供更多动手的机会,以强化学生 的妇产科疾病诊断思维和临床操作技能。对照组理 论教学则仅应用传统的多媒体教学模式,临床技能 教学使用传统的标本和模型进行教学。

  

  1.3 教学效果评估  (1)理论成绩:分为章节课后 测验成绩和期末考试成绩 2 部分,从妇产科重点疑 难章节有选择性的挑选出 6 个学生理解上可能存在 困难的章节如女性生殖系统解剖、妊娠生理、正常 分娩、妇科病史及检查、盆底功能障碍性及生殖器 损伤疾病、妇产科常用特殊检查进行课后的小测 验 ,满分 20 分。课程全部结束后进行期末考试, 考试内容紧紧围绕妇产科的重点疑难章节,由能够 考察出学生对妇产科这门学科的综合掌握情况的 题目组成,满分 100 分。2 组章节课后测验和期末 考试内容相同,非授课老师公平公正盲批卷。⑵技 能成绩:2 组学生打乱分组同时进行妇科检查(双合 诊或三合诊) 、盆骨外测量、后穹窿穿刺、阴道手 术消毒铺巾技能操作考核,满分 100 分,考核评分 标准一致且均有非授课老师进行评分。⑶问卷调查 课程及考试结束后对实验组同学进行自制问卷调 查,问题主要围绕 VR/AR 技术引入妇产科学对学生 的学习积极性、理论知识的理解与记忆、妇产科临 床技能操作熟悉程度等影响效果,  以及对 VR/AR 技术辅助教学的满意程度。

  

  1.4 统计学方法  使用 SPSS22.0 统计软件进行数 据分析,实验组和对照组章节课后测验成绩、期末 考试成绩和技能操作考试成绩用均值±标准差表 示,采用两独立样本 t检验进行比较,P<0.05 认 为差异具有统计学意义。问卷调查统计结果用百分 比(%)表示。

  

  2  结果

  

  2.1 章节课后测验成绩比较  章节课后测验共计 6 次,满分 20 分,试卷回收率 100%。在 6 次学生章 节课后测验中,共有 5 次实验组成绩比对照组成绩 高,差异具有统计学意义,P<0.05。其中第 6 次 章节课后测验成绩对照组学生得分比实验组学生 得分高,差异有统计学意义,P<0.05。第 4 次成绩实验组和对照组 2 组学生成绩无统计学差异, P>0.05,见表 1。

  

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  2.2 期末理论和技能考试成绩  妇产科教学结束后 期末理论和 4 项妇产科临床技能操作成绩见表 2, 结果显示实验组期末理论考试成绩为 80.09 ±5.95 分,对照组为 76.57 ±5.46 分。临床技能成绩中妇 科检查(双合诊或三合诊)实验组成绩为 73.83 ± 2.83 分,对照组 71.40 ±3.51 分;阴道手术消铺巾 实验组成绩为 82.43 ±5.82分,对照组78.69 ±5.69 分;后穹窿穿刺实验组成绩为 85.94 ±6.22 分,对 照组 81.87 ± 6.69 分 ;骨盆外测量实验组成绩 为 87.74 ±3.44 分,对照组为 85.62 ±2.61 分。可 以看出 VR/AR 技术辅助妇产科教学实验组期末考 试成绩无论是理论成绩还是妇产科临床技能考核 成绩均明显高于传统教学对照组,差异有统计学意 义,P<0.05,见表 2。

  

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  2.3 问卷调查 VR/AR 技术教学模式满意度  课程 结束后实验组的 35 名学生均完成匿名问卷调查, 问卷回收率 100%,VR/AR 技术辅助实验组的学生 大部分认可 VR/AR 辅助的模式,有 80%左右的同 学认为微助教能在一定程度上有助于妇产科的学 习,对推广 VR/AR 技术于妇产科教学是非常有意义 的。但仍有小部分学生持中立或反对意见。课程结 束后有详细询问这部分学生的意见以便后续 VR/AR 技术辅助妇产科教学方法的改善,见表 3。

  

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  3  讨论

  

  3.1 传统妇产科教学模式的弊端  妇产科学是理 论知识和实践操作紧密联系的医学课程,具有较强 的专业性、实践性及操作性。当前妇产科学教学中 普遍采用 LBL(Lecture-based Learning)教学法,  以 老师为主体,以讲课内容为中心,采取大班全程灌 输式教学,教学模式十分枯燥,缺乏创新性[8] 。传 统的课堂气氛沉闷,无法唤起学生对妇产科学习的积极性。妇产科教学理论知识综合性强,涉及范围 广,且内容丰富,学生很难在有限的课时内完全掌 握全部知识点。此外妇产科教学难点多,例如医学 生首次接触枕先露的分娩机制时,理解上会存在极 大的困惑,无法从空间上去想象胎儿一系列的适应 性转动。此外学生无法将学习到的妇产科理论知识 转化运用到妇产科临床操作中,以致很难建立起自 己的临床思维体系。因此非常有必要对传统的妇产 科教学模式进行改革创新,让更多的学生发现妇产 科学的魅力。

  

  3.2 VR/AR技术辅助妇产科教学模式的优势 将VR 技术引入妇产科理论难点教学,构建 VR 三维解剖数 据库,相较于传统的 PPT 平面授课,既能降低老师 的讲解难度,又有助于学生熟练掌握输尿管隧道、 宫旁血管分布、盆腔淋巴结各引流区等女性盆腔复 杂的解剖结构,培养大脑构建 3D 画面的能力。根据 VR/AR 技术辅助妇产科教学实验组的问卷调查结果 显示 85.7%的学生认为VR/AR 技术辅助妇产科教学 方法可以增加妇产科学学习趣味性。同时借助 VR 技术构建的妇产科实验仿真教学系统,可减少老师 反复教学演示中实验试剂、耗材、标本的使用量, 为学生提供无危险性、低成本的练习方式。学生得 到了反复操作练习的机会,老师也能通过计算机系 统,更直观地掌握学生的学习情况。由于妇产科病 种的特殊性,很多操作如妇科检查无法直接让学生 在患者身上进行。在学生走进临床实战前,用 VR 虚拟患者结合 AR 手术操作系统,为学生提供更多动 手的机会,  以强化学生的疾病诊断思维和临床操作 技能。有 82.9%的学生认为 VR/AR 技术辅助妇产科 教学能够帮助他们熟练掌握妇产科临床技能操作。

  

  VR/AR 技术辅助妇产科教学方法打破了传统 教学限制,实现多元立体可视化教学,既减轻了教 师单一的平面课件讲解负担,又能激发学生学习的 兴趣,教学效率明显提高。有 88.6%的学生认为该 教学方法提高学习的积极性和主动性,有 80%的学 生认为该技术的应用降低妇产科学习理解难度。

  

  妇产科教学结束后对 2 组学生的期末理论考试 和临床技能考核成绩进行分析,结果显示 VR/AR 技术辅助妇产科教学实验组展现出明显的优势,无 论是理论成绩还是妇产科临床技能考核成绩均能 有效帮助学生,  提高妇产科教学质量和效果。有 80% 的学生认为具有推广价值 ,  这表 明学生对 VR/AR 技术在妇产科教学中的作用具有较高的认可,该教学方案在妇产科教学中能有效帮助学生锻 炼临床能力,掌握临床知识,达到教学的目的,缓 解临床教师的教学压力。

  

  3.3 展望与发展  信息化时代推动着教学改革创 新,以适应新时期社会的人才需求。医学是一门理 论性和实践性十分突出的课程,因传统医学教育的 诸多限制和问题,虚拟现实等新兴影像技术的应用 在当前医学教学活动中备受关注。将 VR/AR 技术 应用于妇产科教学是一种大胆的创新,研究结果显 示 VR/AR 技术辅助妇产科教学确实能增强妇产科 学的趣味性,极大提高学生的积极性和主动性,帮 助学生很好的建立起盆底组织的复杂空间结构,以 及熟练掌握妇产科临床技能操作,真正的做到学以 致用。尽管 VR/AR 技术带来了许多益处,其仍存 在不足之处,首先 VR/AR 技术和特殊装备的高昂 价格使得大规模向全国各大医学医学院校推广受 到限制。其次对授课的妇产科老师也有着更高的要 求,老师需要了解 VR/AR 技术且能够熟练使用。 但是随着信息化技术时代的到来,VR/AR 等影像 学技术应用于医学教育是一种大趋势,相信在未来 的教育体系中,VR/AR 等影像技术能够更好的为 医学教育服务。


程建红       刘剑锋         


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