虛擬仿真技術在寵物外科手術課程實訓教學中的應用

趙彬　劉國芳　周闖　劉慶新

[摘? ? ? ? ? ?要]? 結合學科特點，闡述寵物外科手術實訓課程教學中應用虛擬仿真技術的意義，同時論述虛擬仿真教學的現狀，進而分析寵物外科手術虛擬仿真實訓教學平臺建設的必要性，又詳細介紹了虛擬仿真在寵物外科手術實訓課程中的應用，最后對這一技術在寵物外科手術實訓課程中的應用進行總結，希望為同類課程虛擬教學資源的建設和運用提供一些參考。

[關? ? 鍵? ?詞]? 虛擬仿真;寵物外科手術;實訓教學

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）36-0070-02

虛擬仿真技術包括多媒體、網絡通信、虛擬現實、數據庫和人機交互等技術，虛擬仿真教學是指在教育領域中運用虛擬仿真技術，在仿真虛擬中進行實訓，完成虛擬實訓對象、實訓環境仿真的構建。傳統教學受到設備、場地等因素的限制，降低了實訓教學效果，影響學生的學習積極性，使現階段學生創新能力及創新意識的培養受到一定的制約。為貫徹落實《關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知》（教高司函〔2013〕94號），2013年8月開始分批開始建設虛擬仿真實訓教學中心，用于補充傳統教學模式的不足，并輔助完成人才培養方案和實踐教學要求，承擔起培養創新人才的重任。

一、寵物外科手術課程中應用虛擬仿真技術的意義

寵物外科手術課程的設置更多的是致力于培養寵物臨床技能型人才，就業方向主要有寵物醫院、寵物診所等。這類人才的工作崗位為寵物外科醫生?？梢?，這一專業的學生就業要求較高，學生專業技能的掌握程度要很高。

高職寵物相關專業將寵物外科手術設置為一門核心專業課程，同時，也是具有高度實訓性、專業技術性的課程。實訓教學在本課程的應用主要培養學生實踐動手能力和專業興趣，使學生能夠掌握寵物外科手術的基本操作技術;具備獨立開展崗位工作、解決實際問題的能力，為進行科學研究打好必要的基礎。傳統的實訓教學受環境、條件及動物福利等因素的影響，仍是教師課堂講授結合常規教學手段（PPT、視頻等）。教學方法改變不大、比較單一的課堂教學設計，課上主要為學生被動聽課，課堂缺少主動性及互動性，使寵物外科實訓課堂教學難以改變，導致本課程隨著實訓的進行，學生課堂參與度和主動學習興趣都出現了一定程度降低，學生的創造創新性、課堂參與度、個人主動性都受到抑制，影響了學生在本課程的技能學習及掌握、課上課下的融會貫通，使事件中動手操作得不到有效提升。

寵物外科手術課程當中應用虛擬仿真技術教學手段，把學生帶入實踐的具體情境當中，可以真實地體會到操作的感覺。虛擬仿真教學與其他教學方式的結合不僅提升了教學效果，同時也降低了成本，讓學生更好地理解寵物外科手術實訓課程及其具體應用，使學生學習本課程的探索精神和興趣得到有效培養。

二、虛擬仿真教學現狀

目前，我國在人醫外科課程中已經較為廣泛地運用了虛擬仿真教學，寵物外科相關虛擬仿真軟件的開發也開始取得了一定進展，但是相比于發達國家還存在一定的差距。國內外的虛擬仿真技術研究成果都十分顯著，一些教學儀器、軟件的開發和利用程度都很高。在教學課程與軟件開發的進程中，教師應充分引進、學習、借鑒國外的先進技術，積極地將虛擬仿真教學與課程開發相結合，優化課程內容和教學方法。虛擬仿真教學模式是未來教學發展的重要模式，所有高職高專教師都應該加強對虛擬仿真技術的開發、探索和實踐，使虛擬仿真技術能夠推動教學的發展。

三、虛擬仿真實訓在寵物外科手術實訓課程建設中的必要性

目前從事寵物臨床工作人員都應具備基本寵物外科基本操作技能。近年來，隨著學習寵物相關專業的學生增多，實驗動物或動物尸體、臟器等資源比較稀缺，可替代的寵物手術模型并沒有，在寵物外科手術實訓課堂教學中，學生缺少能夠用于實訓的外科教學用品，同時，能夠用于實訓教學用品，如動物內臟器官等，國內沒有相對應的教具。另外，服務于寵物外科手術的實訓實驗動物或動物臟器、尸體等難于保存（受到環境、環保、疫病防控和場地等因素限制），且重復使用性差，不能保證學生的課堂實訓需求。為了解決寵物外科手術實訓課程建設，我們需要加快虛擬仿真實訓建設。

為了解決傳統寵物外科手術實訓課堂中長期使用實驗動物或動物臟器、尸體等，我們開始運用虛擬仿真實訓平臺來代替傳統實訓課堂的教學方式，動物外科手術虛擬仿真實訓平臺通過空間視覺及三維搭建的寵物犬、貓機體的解剖結構，實現全面立體、瞬時互動操作實訓;通過寵物外科虛擬仿真實訓平臺的運用，大大減少了實訓課堂上動物的使用，而其可以重復使用，使實訓課堂教學成本降低;也開發了相應的手機、電腦版本，這為學生的課下學習提供了便利?，F階段，學生對軟件、虛擬的興趣更加濃厚，而虛擬仿真平臺充分利用虛擬場景和互動操作更具趣味和新穎性，增加了學生寵物外科實訓課堂學習的參與度;虛擬仿真可以變成設計，完成對手術過程、手術操作等技能實訓的任意組合，最大限度地滿足教學需要。

四、寵物外科手術實訓課程中虛擬仿真的應用

（一）設計實訓課堂

寵物外科手術教師基于手機APP、網絡課程教學平臺、虛擬仿真實訓系統等載體開發運用了VR交互系統、3D仿真動畫、微課、寵物教學資源庫等信息化資源，實現了線上線下相結合，把案例作為引導，把任務作為驅動，崗位角色扮演，學生全程參與寵物外科手術實訓教學。我院對寵物外科手術實訓項目進行了詳細設計。

“動物外科手術虛擬實訓平臺”是我院于2016年與南京萊伊特電子科技公司聯合開發并引進的寵物外科手術實訓系統，該系統通過寵物手術虛擬仿真實景的搭建和互動操作解決了外科課程中的實訓練習;同時該系統具備對虛擬模型的任意顯示、分離、剪切、縫合等，也可以多角度、多方位拖動和旋轉，能夠達到實現實時互動等操作效果，各操作步驟都有說明解釋和提示功能，并提供評價系統，可供寵物外科手術實訓教學使用。

（二）實訓課堂教學過程

利用課程平臺完成課前預習;課上先播放相關病例視頻，并通過物聯網系統與寵物臨床專家進行連線，提出問題，引出實訓內容;運用相關動畫，解決上述問題。實訓通過單人分組進行，利用動物外科手術虛擬實訓平臺，完成實訓操作。

寵物外科手術虛擬仿真操作包括動物術部消毒和主手術兩個項目。在術部消毒項目中要讓學生正確完成動物術部術前準備工作，學生通過此仿真項目的訓練，將掌握動物術部消毒過程，將動物首位除毛、術部消毒等完整的實訓內容作為操作和考核要點。該項目的訓練簡單，易于完成，為后續項目訓練奠定了基礎。主手術仿真實訓項目安排在術部消毒仿真實訓項目之后進行，該項目由不同手術構成，目前開發設計完成的主要有虛擬仿真胃切開、雄性動物去勢術、雌性動物絕育術、腸管端端吻合術和拔牙術5項寵物臨床常見手術，不同手術的主手術過程不一致，實訓教學安排在不同課時中進行。在該項目中，學生需完成虛擬仿真手術操作過程，涵蓋組織分離、止血和閉合等操作。

通過上述兩個實訓項目所體現的不同手術方法及實訓操作知識點、技能點的不同側重方向，實現了寵物外科手術由難到易的過程。同時，選取課程當中符合寵物臨床工作需要的實訓內容，滿足于實踐對接需要。為了減少學生對寵物外科手術實訓操作學習的忽略，更多依賴于虛擬仿真實訓操作，應堅持在實訓結束后進行實驗動物或動物尸體、臟器等考試，以考促學。

（三）實訓效果、條件

為完成寵物外科手術虛擬仿真實訓平臺的搭建，從而順利進行寵物外科手術虛擬實訓課程，首先需要建立相應動物虛擬仿真實訓中心，保證每個參與實訓的學生都能有一個獨立完整的工位，并配備相對應的VR設備。通過3年的寵物外科虛擬仿真實訓平臺的應用，改變了傳統的實訓教學方案，在我校寵保專業的寵物外科實訓教學中收到了很好的效果，并且顯著提升了教師的教學水平，增加了學生實訓課堂的參與度，改善了寵物外科實訓教學的條件和環境。

實踐表明，運用VR技術，學生可以置身于虛擬仿真手術場景中，體驗手術流程，掌握手術方法;通過模擬實操環節，掌握手術關鍵技術，具備一定寵物外科手術的實踐動手能力。而且能夠解決學生的操作錯誤，結果直接明了，也可以利用平臺對寵物外科手術中某一關鍵過程進行反復操作，提高了學習效率、降低寵物外科實訓教學成本，改善了教學環境，解決了寵物外科實訓教學關鍵環節的問題。

五、結語

近年來，我國為支持高校虛擬仿真實訓平臺的搭建，完善實訓教學系統，投入了大量的資金和科技研發人員，也鼓勵相關專業教師參與虛擬仿真實訓建設，在全國已建立了約200個虛擬仿真實訓中心，順應國家對虛擬仿真實訓平臺云的趨勢，利用寵物外科手術虛擬仿真實訓平臺作為高職寵保相關專業核心課程寵物外科手術實訓課堂的輔助教學手段，積極打造符合現代寵物臨床需求的寵物外科人才，平臺的實踐和建設原則本著“共享資源、實而不虛、虛實相結”的理念。為了滿足寵物外科手術虛擬仿真實訓平臺的搭建，需進一步進行資源整合，提高資源使用效率;減少虛擬仿真教學實訓中心的建設，盡可能實現不同專業、不同平臺在同一中心的搭建。同時，為維護和更新虛擬仿真實訓中心，需引進更多專職技術人才。

最終使寵物外科手術實訓課堂教學成為一種特殊的寵物臨床實戰和寵物臨床實訓，著力打造出“多資源、多方式、多途徑的實訓教學資源”，展示寵物外科實訓教學的新面貌，讓學生在互動、實作、游戲的學習方式中獲取知識，用于服務寵物外科教師實訓課堂教學，增強創新能力、實踐動手能力，教育觀念的不斷更新使教師的藝術涵養和教學水平得到更大提升。通過虛擬仿真實訓平臺在寵物外科實訓課程中的應用，構建能夠呈現多方位、多資源、多共享、多形式的現代信息化教學新模式。

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◎編輯 趙瑞峰