VR技术在小动物外科手术学教学中的应用前景_董俊升.pdf

小动物外科手术学是动物医学专业课程中的重要组成部分,是学生学习手术技能的核心课程,具有操作性和实践性强的特点。近年来宠物行业迅速发展,宠物已成为许多家庭中的一员,宠物主人们希望在宠物生病时能够得到有效的治疗,这就要求动物医学专业的学生必须具备更专业、更精湛的外科手术技能。对于小动物外科手术学这门课程而言,学生需要牢牢记住各种手术术前准备、麻醉、保定、术式与术后护理的要点,涉及的内容多且复杂。学生在实验课上对动物进行手术操作,结合理论课程所学的知识点了解不同手术的基本操作,理解并验证理论学习中的内容。但是实验课程存在许多限制,如实验动物不足、课时数有限、动物伦理制约等,使得学生在学习理论知识时枯燥乏味,缺乏乐趣。VR 技术（虚拟现实技术）基于计算机技术结合多种科学技VR 技术在小动物外科手术学教学中的应用前景董俊升1,2,崔璐莹1,2,王亨1,2,蒋永帅3,李建基1,2*（1.扬州大学 兽医学院,江苏 扬州 225009；2.江苏高校动物重要疫病与人兽共患病防控协同创新中心,江苏 扬州 225009；3.扬州大学 医学院,江苏 扬州 225009）术研发,使人处于身临其境的虚拟环境中1。近年来 VR 技术在医疗教学方面逐渐展现出其独特的优势,广泛用于各种教学环节,如临床实习、规模带教,并取得良好的效益2。它可以有效避免传统实践教学中由于成本高、资源少而引起学生学习效果不佳的情况发生,为动物医学专业学生手术操作提供了一个崭新的平台。本文通过对比 VR 教学与传统教学的优缺点,分析总结了小动物外科手术学教学中引入 VR 技术的必要性、面临的问题及解决办法。1 小动物外科手术学教学的现状小动物外科手术学是学生将理论知识熟练灵活的应用到兽医作者简介：第一作者：董俊升,讲师，博士研究生，从事兽医外科及外科手术学教学与研究。通信作者：李建基，教授，博士研究生，从事兽医外科及外科手术学教学与研究。基金项目：江苏高校优势学科建设工程资助项目（PAPD）；江苏高校品牌专业建设工程资助项目（TAPP）；扬州大学专业学位研究生教学案例库建设项目；扬州大学卓越本科课程建设工程项目资助（2022ZYKCC-33）。随着我国兽医领域科学研究和临床实践的发展,特别是近年来宠物养殖业的不断兴起,兽医专业的学生掌握一定程度的外科手术技能变得尤为重要。小动物外科手术学主要讲授基本的手术方法,使学生熟练掌握犬、猫等小动物的外科手术技术。小动物外科手术学是一门实践性很强的课程,因此在理论学习过程中需融合实验教学环节,但传统的实验课程存在许多限制因素。VR 技术以三维、交互、动态的方式将课堂知识展现给学生,突破了时空及实操设备的束缚,丰富了教学方式,将手术操作直观、形象地展现出来,极大提高学生的学习兴趣。本文重点讨论 VR 技术在小动物外科手术学教学中的优点和不足,为今后引入 VR 技术改进该课程的教学质量提供参考依据。40科技视界Science&Technology Vision APPLICATION OF NEW TECHNOLOGY 新技术应用1.4 实践教学存在一定的风险实验动物可能会出现狂躁挣扎的反抗行为,咬伤学生,尤其是头部手术。另外,实验课中用到的手术刀、手术剪、骨钻、摆锯、缝针等器械可能对周围人或操作者造成伤害。这些隐患都会威胁师生的人身安全。1.5 教师临床经验存在差异在传统的教学过程中教师担任这指导者和组织者的角色,但部分教师尤其是青年教师经验不足,以致在课程讲授时不能深入开展3。此外,教师的手术操作技巧也存在一定的差异,这就导致学生在学习过程中没有统一的规范标准。1.6 动物福利小动物外科手术学实验课中的实验犬均严格按照动物伦理管理委员会关于实验动物处理有关规定进行管理及利用4。但在外科手术过程中可能出现一些使普通民众不理解和难以接受的画面,一旦拍照上传到网络,可能会引起不必要的误会。2 VR 技术在小动物外科手术学中的巨大潜力将 VR 技术用于小动物外科手术操作教学,虚拟的逼真画面有助于学生充分理解各种小动物手术操作细节。学生在虚拟环境中开展手术训练,能够快速掌握手术要点,是现在已得到认可的虚拟教学系统5。它具有沉浸感、交互性和构想性的特点,通过3D 动画将手术内容直观、生动地展现在学生眼前,为小动物外科手术学开辟了一个全新的教学模式。2.1 规范外科手术操作方法VR 技术可实现教学内容和教学方法的规范统一,有效避免的了不同教师由于临床经验和手术方法不同等原因造成的知识讲临床实践中的一门重要课程,也是动物医学专业课程中的难点,如何提升学生的手术操作技术,提高教学质量一直是研究的热点。兽医临床学生通过该课程的学习,不仅能够灵活的掌握各项外科手术操作技巧,还能增加临床经验,为以后临床应用做好准备。传统的小动物外科手术学教学大多采用理论结合实践的模式,以教师为中心开展教学,属于全程灌输式教学。这种模式在之前已取得了较好的效果,培养了许多优秀兽医人才。但随着兽医技术的发展,培养更高素质的兽医人才已成为当今农林院校的重点任务,传统的教学模式表现出以下几方面问题。1.1 师生互动效果差小动物外科手术学包含理论课和实验课两部分。理论课堂上只有老师的灌输性讲解,师生交流少,学生在课堂上提不起兴趣,内容学习起来枯燥乏味。实验课时是理论课时的一半,每个手术平均需要 23 个课时,总的实验课时相对较少,这就导致学生在实验课中练习的手术仅是理论课中讲授的一小部分,且每个手术只有一次训练的机会。学生的参与度低,明显降低该课的教学效果。1.2 实验动物成本高本课程采用比格犬作为实验动物,每只比格犬的价格均在2 000 元以上。小动物外科手术学实验课根据学生分组情况,需要订购与之匹配数量的比格犬。且每学期需淘汰已经练习过手术的犬,更新实验犬。加上饲养管理费,每年的实验动物花销就是一笔不小的开支。1.3 手术设施数量有限小动物外科手术学实验课受手术设施影响明显。一般的兽医外科教学手术室有 46 个手术台,这就要求手术课中学生分为46 组,每组几人甚至十几人,共同参与一个手术。这样严重限制了动手操作学生的数量,不能保证每个学生都有手术训练的机会,降低了学生的积极性和参与度。4 1科技视界Science&Technology Vision APPLICATION OF NEW TECHNOLOGY 新技术应用解不全面和操作方法的差异。2.2 提高学生的参与度VR 技术可实现对某一外科手术的反复练习。通过多次重复练习,提高学生手术操作的熟练度,使学生对手术的理解更加深入。并且,对于团队合作的外科手术而言,每个学生都可以成为术者或助手,可以感受不同角色对整个手术的作用。这种虚拟教学模式不受时间、场地、器材的影响,学生可利用课余时间或假期期间,进行主动学习,也可与教师进行探讨学习6。2.3 节约资源，降低潜在风险将 VR 技术投入外科手术教学中,可节省大量教学经费,如购买实验犬及饲养管理的费用、手术器材及设备维护与更新的费用等。许多显微手术需要用专业的手术设备和耗材,且价格高昂,比如“犬白内障超声乳化手术”7。但我们可以模拟动物医院真实治疗犬白内障病例开发“犬白内障超声乳化手术”虚拟仿真技术,实现每个学生都可以“动手操作”的目的,极大提高学生学习兴趣。此外,使用 VR 技术进行手术教学还可以避免被动物咬伤或挠伤、动物携带的病原感染人、手术器械导致的误伤等安全隐患。2.4 不存在动物福利问题通过 VR 技术学生能够在虚拟环境中练习各种手术,如骨折内固定、结膜瓣遮盖术,不用受动物伦理规章的限制。并且在训练手术后无需对实验动物进行护理,可以节约大量时间,减轻学生的负担。3 VR 技术在小动物外科手术学教学中的不足 虽然 VR 技术在小动物外科手术学教学中有众多优势,但也有不足之处。VR 技术是在理想的前提条件下实施的,反应不了真实实验过程的复杂性8。利用 VR 技术进行手术教学,学生接触的是虚拟动物,与真实的实验动物存在很大差距。学生在手术操作期间的紧张程度差异很明显,比如真实的实验动物在术中出现大出血情况,术者会以高度紧张的状态进行止血等操作。但在虚拟环境中,学生体会不到这种紧张感,这样会导致学生在今后接触真实临床病例时手足无措,解决不了突发情况。传统实验教学中教师可以直观地观看检查学生的手术操作,有问题可以直接点出来,但是通过 VR 技术练习手术操作时,学生仅靠自己按照虚拟程序设定的步骤依次进行操作,缺少了教师的实时检查指导,师生之间缺乏交流沟通。VR 教学作为近几年新发展起来的一种新的教学模式,尚有许多小动物手术未开发,仍需各动物医学专业院校投入资金开发及利用。前期的花费成本高昂,后期仍需专业人士对系统进行更新维护。42科技视界Science&Technology Vision图源网络 APPLICATION OF NEW TECHNOLOGY 新技术应用参考文献：1 张帆,鹿楠,孙璟川,等.VR 技术在外科手术基本操作教学中的效果分析J.中国继续医学教育,2022,14(06):120-123.2 李威.虚拟现实技术背景下情景模拟教学法在护理学教学中的应用与改良 J.护理研究,2018,32(16):2649-2652.3 谢浩铭,王惠茹,梁锈梅,等.小动物外科手术课程教学案例库的意义及应用研究J.今日畜牧兽医,2022,38(01):109-110.4 李锋,胡杰.探析高校动物学实验过程中如何保证动物福利问题 J.畜牧兽医科学(电子版),2017(07):23-24.5 李思琪,程嘉奇,袁听,等.VR 技术在高职动物外科手术教学中的应用 J.家畜生态学报,2021,42(10):94-96.6 冯旭飞,刘爵.浅析 VR 技术在实验动物解剖教学中的应用前景 J.高教学刊,2021(09):88-91.7 杨笃宝,闫振贵,杨萍萍,等.临床兽医学科实践教学的改革与探索 J.实验室科学,2021,24(05):102-105.8 韩利红,刘潮,吴丽芳,等.虚拟仿真技术在高校生物学实验教学中的应用 J.当代畜牧,2019(13):26-27.关键词：小动物外科手术；VR 技术；实验教学；教学质量43科技视界Science&Technology Vision4 总结随着科技的不断进步和教育方法的不断创新,将 VR 技术引入高校教学中已成为一种趋势。VR 技术在小动物外科手术学教学中解决了传统教学中资源缺乏的问题,根据临床病例模型构建相关三维模型,既能给学生提供足够的“实验动物”,又能反复练习增加手术经验,明显改善学生的外科手术操作能力。但 VR 技术不可能完全取代传统真实的小动物外科手术实验,它缺失手术过程中切开、止血、缝合等真实感觉。因此,外科手术必须应用到真实的动物上。VR 技术在教学中可加深学生对理论知识点的理解与掌握,实体动物实验可进一步加深学生对临床手术技能的了解,并为早期进入临床实践做好准备。综上所述,VR 技术在小动物外科手术学教学中发挥的作用毋庸置疑,但应与传统实验教学结合起来,相辅相成,做到“以虚补实,以虚促实,虚实结合”。以学生为主体,逐渐优化小动物外科手术学教学方式,提高教学质量,为培养优秀的兽医人才奠定基础。APPLICATION OF NEW TECHNOLOGY 新技术应用