VR技術(shù)在藥學(xué)教學(xué)的應(yīng)用

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1、VR技術(shù)在藥學(xué)教學(xué)的應(yīng)用 【摘要】人類科技的飛速發(fā)展下，帶動各類科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與研發(fā)。作為新興的虛擬現(xiàn)實交互技術(shù)，VirtualReality（以下簡稱VR）已在各行各業(yè)得到廣泛重視與發(fā)展。該技術(shù)將虛擬拉進(jìn)現(xiàn)實，可在軟件協(xié)助下實現(xiàn)任意虛擬場景的高度還原展現(xiàn)。使用者不必拘泥于各外界干擾因素的限制，進(jìn)而得以較好地體驗到虛擬現(xiàn)實下的場景、物品還原。VR技術(shù)目前在教育領(lǐng)域、科研實踐活動中應(yīng)用較廣泛，并極大程度地提升了教學(xué)、科研進(jìn)展。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，VR的主要應(yīng)用場景在于人體機能學(xué)實踐教學(xué)以及藥學(xué)教學(xué)。通過虛擬現(xiàn)實，以最直觀的圖像視頻展示，幫助教學(xué)更加高效具象化的展開。良好的學(xué)習(xí)沉浸感下，不僅

2、降低了使用者的學(xué)習(xí)與研究成本，更可滿足使用者因現(xiàn)實多方因素干擾，而無法較好涉及的內(nèi)容領(lǐng)域，實現(xiàn)教學(xué)中真正的多元化?？梢灶A(yù)見，在不久遠(yuǎn)的未來，當(dāng)VR技術(shù)成熟到一定階段，其將會在人類文明的各個領(lǐng)域中大放異彩。 【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實技術(shù)；VR；藥學(xué)教學(xué)；實驗；應(yīng)用；虛擬仿真 如何實現(xiàn)當(dāng)代藥學(xué)發(fā)展下的醫(yī)藥經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化建設(shè)人才的培養(yǎng)，一直是現(xiàn)代藥學(xué)教學(xué)的一項重要思考?，F(xiàn)如今，隨著疾病類型的漸增，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)需要源源不斷的藥學(xué)人才補給。各類高尖端藥品的研發(fā)與理念的思考，要求藥學(xué)人才必需具備極高的職業(yè)素養(yǎng)。作為培養(yǎng)此領(lǐng)域內(nèi)高尖端人才的基床，如何實現(xiàn)高質(zhì)量的教學(xué)模式，是現(xiàn)代藥學(xué)教育必須不斷突破

3、的問題所在?，F(xiàn)代藥學(xué)教育在基本的實驗課程外，需要以充分的實習(xí)、見習(xí)機會，以打開學(xué)生的視野，實現(xiàn)書本理論知識與實踐內(nèi)容的完美融合，如此方可實現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的最大化。但實際教學(xué)過程中往往受外界因素干擾，導(dǎo)致實踐內(nèi)容無法較好地展開，一定程度制約了藥學(xué)教育的展開。目前，我國藥學(xué)教育領(lǐng)域仍有多方還處于傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，即以教師為主導(dǎo)下的課本理論知識授予，而在實習(xí)環(huán)節(jié)有所欠缺。該傳統(tǒng)教學(xué)模式下的學(xué)生往往只拘泥于書本知識，實際動手能力差，無法滿足高速發(fā)展的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)需要。VR技術(shù)的研發(fā)，則較好地彌補了實際教學(xué)過程中的實踐缺失問題，只需保持設(shè)備通暢，即可實現(xiàn)較為廣泛且直觀的實踐教學(xué)[1-2]。本文以VR技術(shù)為討論中

4、心，與各位探討其在藥學(xué)教學(xué)領(lǐng)域中的研究與展望，詳情見下。 1何為虛擬現(xiàn)實技術(shù) 虛擬現(xiàn)實技術(shù)是當(dāng)下較熱門的一類綜合信息技術(shù)。該技術(shù)起源于上世紀(jì)八十年代，是一門融合了人機交互、人工智能、傳感技術(shù)、數(shù)字圖像處理及計算機圖形學(xué)等多元化的綜合性信息技術(shù)。2000年，VR技術(shù)在飛速發(fā)展的3D計算與交互技術(shù)推動下，正式實現(xiàn)其發(fā)展史下的一次較大飛躍。截至今日，VR技術(shù)已跨過數(shù)十個年頭，該技術(shù)也逐漸趨于成熟。利用計算機技術(shù)，進(jìn)行虛擬意義下的三維空間構(gòu)建，通過觸覺、聽覺、視覺的相應(yīng)感觀模擬，實現(xiàn)多源整合下的三維交互式視景。使用者置身于該虛擬場景下，將會得到一種較為沉浸的感官體驗，在人機交互

5、中實現(xiàn)場景還原。在VR技術(shù)的幫助下，不論教學(xué)抑或科研，都將變得簡單、直觀、易懂，是科技發(fā)展大環(huán)境下的大勢所趨[3-4]。 2虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng) 虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)，所指是將虛擬現(xiàn)實技術(shù)融入日常傳統(tǒng)實驗教學(xué)當(dāng)中。整合計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)及加工處理傳播技術(shù)，將試驗時中各類資源進(jìn)行有效整合，并構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)下的實驗?zāi)K，從而反饋至實驗教學(xué)當(dāng)中[5]。 3虛擬現(xiàn)實技術(shù)的優(yōu)勢 VR技術(shù)在藥學(xué)教育領(lǐng)域的主要應(yīng)用場景為實驗教學(xué)。因藥學(xué)本就是一門研究藥物與人體相互作用的科學(xué)。既往的傳統(tǒng)教學(xué)模式下，多以文字、圖片、聲音這些傳統(tǒng)信息傳輸媒介作載體，表達(dá)較為

6、深刻抽象，理解起來較為復(fù)雜。同時，一味地圍繞書本進(jìn)行教學(xué)，而忽略實踐操作的教育重要性，學(xué)生缺乏實踐操作經(jīng)驗，拘泥于書本，不僅對教學(xué)內(nèi)容的攝取較為困難，易感枯燥無趣，更不利于其實際動手的培養(yǎng)。這樣的教學(xué)模式效果較難令人滿意，故而對傳統(tǒng)教學(xué)的相應(yīng)改革創(chuàng)新至關(guān)重要。隨著2013年教育部成立國家級虛擬仿真實驗室教學(xué)中心，也代表著VR技術(shù)正式融入我國教育領(lǐng)域。而憑借著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的種種優(yōu)勢，在其良性帶動下，藥學(xué)教育領(lǐng)域得以實現(xiàn)更好的發(fā)展。以下是VR技術(shù)應(yīng)用于藥學(xué)教育的優(yōu)勢。 3.1人體機能學(xué)教學(xué)優(yōu)勢 人體機能學(xué)包含有藥理學(xué)及人體解刨生理學(xué)相關(guān)實驗內(nèi)容?，F(xiàn)實中受諸如資金、設(shè)備等外界

7、因素限制，往往此類實踐教學(xué)無法得到廣泛的展開。而經(jīng)由VR技術(shù)參與教學(xué)，學(xué)生只需要連接設(shè)備，在其眼前即可呈現(xiàn)相關(guān)實驗內(nèi)容。這些內(nèi)容物均為三維構(gòu)造還原，并且可隨使用者意志進(jìn)行任意翻轉(zhuǎn)移動，在不考慮觸感的情況下，可實現(xiàn)現(xiàn)實生活中較大程度的模型還原，彌補了現(xiàn)實中相關(guān)教學(xué)無法或較少展開的缺陷。此類新穎的教學(xué)模式在帶給學(xué)生耳目一新的感官體驗同時，亦利于其學(xué)習(xí)愉悅感的培養(yǎng)。沉浸式體驗下，便于學(xué)生更好地接受學(xué)習(xí)內(nèi)容，利于其對知識的理解，提升學(xué)習(xí)高效性。同時在諸如人體解剖學(xué)的"拆分";中，可實現(xiàn)現(xiàn)實中無法實現(xiàn)的"重復(fù)性";操作，這將便于學(xué)生對知識點的理解與把握，是現(xiàn)實實踐中所無法實現(xiàn)的[6]。 3.

8、2藥學(xué)教學(xué)優(yōu)勢 藥學(xué)教學(xué)內(nèi)容主要包括有制藥技術(shù)與設(shè)備、藥物分析實驗、生藥學(xué)實驗、生產(chǎn)車間設(shè)計（GMP）。VR技術(shù)能夠較好地呈現(xiàn)制藥技術(shù)與設(shè)備課程中的大型設(shè)備還原，學(xué)生可較直觀地了解設(shè)備構(gòu)成及相關(guān)操作流程。而藥物分析實驗課程中所提及的高效液相色譜法，是較為經(jīng)典的一種藥物含量測定法，但現(xiàn)實教學(xué)中由于檢測設(shè)備的昂貴，使之普及藥學(xué)教學(xué)領(lǐng)域的實驗階段充滿困難，而VR技術(shù)則可較好地實現(xiàn)設(shè)備還原，彌補藥物分析實驗中的不足，使教學(xué)更加全面地展開。又如病理學(xué)實驗中部分病理切片及大體標(biāo)本獲之不易，均可借由VR技術(shù)實現(xiàn)教學(xué)補充。VR技術(shù)具備可重復(fù)性實驗，及隨使用者心意而為的旋轉(zhuǎn)、縮放，甚至是動畫演示，完

9、美實現(xiàn)學(xué)科融合，促進(jìn)學(xué)習(xí)效率提升[7-8]。 3.3醫(yī)學(xué)研究與醫(yī)療診斷優(yōu)勢 VR技術(shù)的建模，可有效還原人體各組織器官，甚至模擬出疾病演替史與微觀下的分子作用，在臨床診斷中可提供生動且直觀的形態(tài)學(xué)參考價值。同時，VR技術(shù)能夠?qū)⒎肿娱g相互作用以建模動畫形式無限放大，使藥物研發(fā)人員能夠進(jìn)行直觀觀察，從而更好地了解藥物機制，促進(jìn)臨床新藥的研發(fā)周期[9]。 4虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不足 VR技術(shù)在彌補與延伸一線藥學(xué)教育的同時，亦存在一定不足，我們需要引以重視。 4.1較高的技術(shù)開發(fā)難度 在VR技術(shù)輔助教學(xué)真正落實到一線藥學(xué)教育的每節(jié)實驗課程

10、之前，實際需要面對大量技術(shù)難題及教學(xué)資源的整合。整合過程需要虛擬現(xiàn)實設(shè)備研發(fā)公司與一線實踐教師進(jìn)行密切合作，這需要前期的大量溝通及后期的互相配合，單靠某一方很難完成[10]。 4.2設(shè)備局限性 VR技術(shù)輔助教學(xué)的根本在于VR設(shè)備本身。目前較廣泛應(yīng)用的VR設(shè)備屬頭戴式設(shè)備，在其使用過程中需要連接電腦與電源，這就涉及到場地及線材的問題。同時受技術(shù)限制，目前VR設(shè)備還無法做到令人滿意的清晰度呈現(xiàn)，長時間使用下難免會伴有一定程度的暈眩。加之VR技術(shù)所提供的場景構(gòu)建中無法實現(xiàn)較好的包容性，教師與同學(xué)們無法融入VR所構(gòu)建的場景中，虛擬與現(xiàn)實仍存有較大割裂感[11]。 4

11、.3新教學(xué)模式下的教師角色思考 教師在前期教學(xué)資源整合過程中，需轉(zhuǎn)化固有的教學(xué)理念。傳統(tǒng)書本知識畢竟較抽象，而現(xiàn)代化下的VR技術(shù)已經(jīng)將虛擬帶入現(xiàn)實。虛擬環(huán)境下任何構(gòu)思都可得以較好地呈現(xiàn)。教師大膽參與設(shè)計，妥善利用VR技術(shù)，向著教學(xué)內(nèi)容設(shè)計者方向轉(zhuǎn)化。同時，教師在教學(xué)過程中，應(yīng)合理引導(dǎo)學(xué)生對VR技術(shù)的認(rèn)知，學(xué)會利用先進(jìn)技術(shù)反哺自身，而不是將其視作娛樂工具[12-13]。 5小結(jié) 伴隨科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，VR技術(shù)正逐漸趨于成熟。其在藥學(xué)教育中的合理運用，能夠幫助學(xué)生在虛擬環(huán)境下得到親自操作的樂趣。虛擬實驗環(huán)境下，有效避免了資源消耗，同時具備可重復(fù)性及修改性，利于

12、學(xué)生的實踐展開。如虛擬下的核酸瓊脂糖凝膠電泳實驗，可有效避免EB直接觸及皮膚所致的致癌風(fēng)險；虛擬下的SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳實驗，可有效避免操作失誤下所致的灌膠液泄漏風(fēng)險；虛擬下的動物組織RNA提取實驗中，可有效避免操作不當(dāng)所致的細(xì)胞裂解液濺出造成的傷害等。對于實驗室中經(jīng)常涉及的各類精密儀器、高分辨質(zhì)譜儀、可分選的流式細(xì)胞儀、熒光定量PCR、倒置熒光顯微鏡、酶標(biāo)儀等，甚至大到肉眼可見的各種細(xì)胞、細(xì)菌菌落，小到核酸、蛋白質(zhì)大分子，學(xué)生都可在虛擬實驗室中直觀觀察到。VR技術(shù)打破了傳統(tǒng)實驗下的抽象、微觀性技術(shù)壁壘，是當(dāng)下教育領(lǐng)域的一次重大突破。我們有理由相信，伴隨未來VR技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，在其輔助下，藥學(xué)教育領(lǐng)域必將實現(xiàn)更大的飛躍，以更好地為祖國輸送更多優(yōu)秀藥學(xué)人才，造福人民。