基于5G技术的医护专业VR教学与应用模式初探

肖桂霞 明文

摘要：近年来，虚拟现实技术在医护专业领域得到了广泛的关注，随着5G技术的商用与持续发展，使得远程手术、超高清远程互动教学、高速沉浸式教学等得以实现，现有的“真人真做”“模型人实验”等教学和实训模式将面临重大变革。利用5G、VR/AR、4K/8K 超高清视频等技术，改善现有医护专业实践操作条件，获得真实又便捷的操作体验，将成为未来医护专业领域实训室建设的重要方向。研究基于5G技术的医护专业VR教学与应用，探索新技术背景下此类专业教育教学创新变革，具有非常重要的意义。

关键词： 5G;VR;医护学;沉浸式教学

中图分类号：G642      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）14-0097-02

随着信息技术的不断发展，教育行业也不斷深入变革。各种信息技术的场景化教学应用，致力于让教学环境可感知，让教学过程海量数据可分析，教学评价、决策及时有效。个性化的师生服务受到教育行业的广泛关注。2020年3月，国家发改委办公厅及工业和信息化部办公厅发布了《关于组织实施2020年新型基础设施建设工程（宽带网络和5G领域）的通知》，提出要打造基于5G的智慧教育应用，重点开展5G+超高清远程互动教学、AR/VR沉浸式教学、全息影像课堂、远程教学督导等业务。

目前VR技术在医学教育领域的研究仍处在初级阶段，很多学者都致力于虚拟教学环境的搭建、虚拟仿真教学应用等[1]。如罗伟等研制了一种虚拟现实的腹腔镜培训系统，采用分组对照的方法进行应用和分析[2]。谢晖等讨论了如何建立基于虚拟技术的医学实验室， 研究了基于虚拟技术进行医学实验教学的情况[3]。刘尚辉通过构建开发和渲染平台、三维沉浸式显示系统、三维交互系统和集中控制系统等组件，建设了一套医学的VR实验系统，让学生能够通过佩戴各种虚拟现实穿戴式设备进行沉浸式的体验学习和交互，有助于加深理解、攻克难点，促进学习兴趣，提高学习质量[4]。王海燕、田继红、罗溪等积极探讨VR技术在高等医学教育中的应用，以及在5G等新技术背景下医学教育的未来趋势等[5-6]。张新萍，李威等在VR护理教学中应用也做了不少大胆尝试[7-8]。

尽管基于VR技术的医学类课程教学应用已经比较广泛，但仍存在应用不深入、实践创新性不足等问题。部分高校在项目操作上引入了VR技术，但推广到教学第一战线，还存在很大阻力，究其原因，主要有以下几点：

1）设备笨重，精度不高，有眩晕感，体验感差。设备笨重，现有VR操作手柄和操作杆未能摆脱有线的束缚，立体显示和传感器技术有待进一步发展，跟踪精度和跟踪范围有待提高，使用眩晕，无法长时间佩戴;

2）网络要求高，延时大。VR动态场景构建和实时三维图形数据传输量非常大，现有网络连接仍以有线和801.11b/g/n无线为主，网络带宽不够，延时较高;

3）成本难以控制。资源库的建设耗时长，成本高，现阶段VR设备尚未占据教学一线，未能量产，成本难以控制;

4）VR教学评价体系尚未形成。现有的VR教学模式无法沉淀大量的医学教学数据，实验过程和结果数据很难监控和采集，教学评价无法量化和追溯。

本文利用5G网络，将VR教学实训云平台与沉浸式学习体验示范区进行适配联动，并进一步完善医护类专业虚拟仿真课程资源库建设、大数据诊断与改进体系建设，在学院医护专业建设模式和教育教学改革上进行创新试点，最终让师生拥有高度的沉浸感，使学生获得自然而真实的学习体验，同时根据整个实验过程的数据采集与分析，诊断与改进，建立可量化和追溯的评价体系，及时感知专业建设瓶颈与需求，逐步完成传统教育的变革。

1基于5G技术的医护专业VR教学与应用模式

5G技术的发展给VR技术的应用带来了新的曙光，为VR赋能，云VR应运而生，VR将不再需要庞大的VR主机，解决了设备应用和管理的痛点。本文利用5G网络，采用云VR部署，集运营商、VR厂商和院方三方优势，合作共建医护类专业虚拟仿真教学资源库，共创医护类专业VR教学模式，建立可量化和追溯的虚拟仿真教学评价体系，探索传统教育的革新。

1.1 与运营商合作，全面铺开学院5G网络基础建设

随着5G基站入网正式开闸获批，5G网络建设将呈井喷式增长趋势，各级政府印发关于加快推进第五代移动通信网络建设发展的若干政策和措施，其中明确指出，要增强全社会对网络基础设施建设的认识，提升对5G网络基础设施的理解和支持，推动形成5G建设良好氛围。对校方来说，配合运营商积极推进园区5G网络基础设施建设是我们的责任，也是我们的机遇。乘着这股建设东风，为学院教育信息化铺上更快更宽的网络轨道，全面提升学院无线网络质量，校园内上课时间段网络课程和视频这种井喷式流量增长的难题将迎刃而解，另一方面，使视频直播和互动更为流畅，为远程教学，沉浸式和混合式虚拟现实教学等创新教育奠定了良好的基础。

1.2 与VR厂商合作，开发医护专业课程资源库，打造典型应用

教育是社会进步永恒的主题，智能教育是教育现代化发展的重要战略方向。目前，远程互动教学、虚拟现实沉浸式教学、AI（人工智能）教育教学评测和校园智能化管理是‘5G+智能教育’的四大重点应用，其中，VR应用占到一半以上。校企合作，打造典型应用并推而广之是在教育行业能快速发展最有效的模式。

与VR厂商的合作共建，分批次建立医护类专业虚拟仿真课程资源库，构建医护类专业虚拟仿真实训云平台，建设沉浸式学习体验示范区。第一批先对护理基本技术的各项技能操作及操作实体进行3D建模和虚拟仿真，对整个操作过程进行技能点分解，核定操作顺序与要点，用于实训云平台的线上教学与考核，再做VR设备的资源包适配，并进行定标、原高清画质还原、全景渲染、评价体系搭建等，用于VR沉浸式体验学习，进而逐渐拓展到医护类其他基础课程，最后将课程资源库投放云端，制定标准接入规范，其他VR经过授权后可接入使用云端课程资源。

虚拟仿真实训云平台与沉浸式学习体验共用一个课程资源库，并进行适配联动，云平台用于大规模日常教学与实训、自主学习、课程考核等，结合预约制，将掌握了基本操作步骤和技巧的学生们逐步引流至沉浸式学习体验示范区，巩固操作要点，加深实操感受，记录和反馈学生们的实操情况，闭环理论学习-技能学习-实操体验-评价反馈整个学习过程。

1.3 开发VR云端服务，打造轻量化可配置的VR学习终端

5G技术的推动，为VR赋能，云VR应运而生。利用5G高速度、大容量、低延时等特征，深度挖掘沉浸式体验教学，建设逼真的学习环境，打造不受空间限制的轻量化VR学习终端，发挥远程教育的作用，实现对个性化学习的有效指导。

首先通过分离VR服务器，将课程资源库投放云端，借助云端弹性资源，保障VR数据存储和处理效率;其次通过5G网络实现高速资源下载和数据上传;再次逐步改造笨重庞大的VR设备，摒弃操作台和操作手柄，将所有实操需要的工具进行VR化，打造轻量化可配置的VR眼镜和VR手套，并建立预约使用和设备借用归还管理体系，学生学习不再受时间和空间的限制，极大方便学生的自主学习。不仅能量化操作成绩，VR操作还能同步进行视频录制和回看，利于进行个性化指导。

1.4 采集VR教学全过程数据，推动教学诊断与改进体系

将VR引入日常教学，让师生拥有高度的沉浸感，使学生获得自然而真实的学习体验，同时建设大数据诊断与改进平台，对接职教云和学院教务管理系统，采集实训云平台和VR学习体验的过程和结果数据，建立可量化和追溯的评价体系，闭环理论学习-技能学习-实操体验-评价反馈整个学习过程，及时感知学习需求和专业建设瓶颈，调整教学与专业建设方向，同时推动教学方式的创新，提高学生培养质量，逐步完成传统教育的变革。

2 结束语

本文以学院健康服务专业群（湖南省一流特色专业群建设项目）为试点对象，首先选取护理基本技术为试点课程开展研究。建设护理基本技术云端课程资源库，并重点针对皮内注射、肌肉注射、静脉输液、静脉留置针技术、洗胃技术、灌肠技术、鼻饲技术、导尿技术及护理、经气管插管/气管切开吸痰法、经鼻/口腔吸痰法等这十项操作进行VR联动适配，进行VR教学试点，为学院教育教学改革创新提供新思路。

到目前为止，虚拟仿真实训云平台和教学诊断与改进平台已经建设完成，用于日常常规教学与实训，对于促进学生快速掌握操作技能要点和顺序以及常见问题纠正等方面很有帮助，师生反应良好。VR适配工作正在进行，VR设备的轻量化和体验感还有待提升，VR头显画面及光学调节能力仍是难点。

参考文献：

[1] 沈阳，郝爱民，孙尚宇，等.虚拟现实技术在医学教育中的场景应用研究——基于79篇实验研究论文的系统分析与元分析[J].中国电化教育，2020（8）：107-118.

[2] 罗伟，吴明灿.基于虚拟现实技术的腹腔镜操作培训系统的研制[J].中国医疗设备，2013，28（11）：117-119.

[3] 谢晖，周彬，毛靖，等.基于虚拟技术的医学实验室研究[J].医学教育探索，2005，4（5）：323-324.

[4] 刘尚辉，娄岩，刘佳，等.基于医学教学的虚拟实验室建设与应用[J].中国医学教育技术，2015，29（6）：639-641.

[5] 田继红，蒋岱.从虚拟现实（VR）发展看未来医学教育的变革[J].中国管理信息化，2017，20（6）：209-210.

[6] 王海燕.5G時代临床医学专业教育教学改革应用研究[J].科技经济导刊，2020，28（15）：117，126.

[7] 张新萍. 构建互联网5G时代PICC置管及维护培训体系的全新技术（VR和AR环境）[A]. 上海市护理学会.第四届上海国际护理大会论文汇编[C].上海市护理学会：上海市护理学会，2019：2.

[8] 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.

收稿日期：2021-05-28

基金项目：常德职业技术学院项目（ZY2104）;湖南省教育厅科学研究项目（20C0252）

作者简介：肖桂霞（1983—），女，湖南常德人，副教授，硕士，主要研究方向为教育信息化、网络安全;明文（1988—），女，湖南常德人，副教授，硕士，主要研究方向为教育信息化。