VR技术在药学教学的应用

VR技术在药学教学的应用 【摘要】人类科技的飞速发展下，带动各类科学技术的不断创新与研发。作为新兴的虚拟现实交互技术，VirtualReality（以下简称VR）已在各行各业得到广泛重视与发展。该技术将虚拟拉进现实，可在软件协助下实现任意虚拟场景的高度还原展现。使用者不必拘泥于各外界干扰因素的限制，进而得以较好地体验到虚拟现实下的场景、物品还原。VR技术目前在教育领域、科研实践活动中应用较广泛，并极大程度地提升了教学、科研进展。在医学领域，VR的主要应用场景在于人体机能学实践教学以及药学教学。通过虚拟现实，以最直观的图像视频展示，帮助教学更加高效具象化的展开。良好的学习沉浸感下，不仅降低了使用者的学习与研究成本，更可满足使用者因现实多方因素干扰，而无法较好涉及的内容领域，实现教学中真正的多元化。可以预见，在不久远的未来，当VR技术成熟到一定阶段，其将会在人类文明的各个领域中大放异彩。【关键词】虚拟现实技术；VR；药学教学；实验；应用；虚拟仿真如何实现当代药学发展下的医药经济现代化建设人才的培养，一直是现代药学教学的一项重要思考。现如今，随着疾病类型的渐增，现代医学需要源源不断的药学人才补给。各类高尖端药品的研发与理念的思考，要求药学人才必需具备极高的职业素养。作为培养此领域内高尖端人才的基床，如何实现高质量的教学模式，是现代药学教育必须不断突破的问题所在。现代药学教育在基本的实验课程外，需要以充分的实习、见习机会，以打开学生的视野，实现书本理论知识与实践内容的完美融合，如此方可实现教学质量的最大化。但实际教学过程中往往受外界因素干扰，导致实践内容无法较好地展开，一定程度制约了药学教育的展开。目前，我国药学教育领域仍有多方还处于传统的教学模式下，即以教师为主导下的课本理论知识授予，而在实习环节有所欠缺。该传统教学模式下的学生往往只拘泥于书本知识，实际动手能力差，无法满足高速发展的现代医学需要。VR技术的研发，则较好地弥补了实际教学过程中的实践缺失问题，只需保持设备通畅，即可实现较为广泛且直观的实践教学1-2。本文以VR技术为讨论中心，与各位探讨其在药学教学领域中的研究与展望，详情见下。1何为虚拟现实技术虚拟现实技术是当下较热门的一类综合信息技术。该技术起源于上世纪八十年代，是一门融合了人机交互、人工智能、传感技术、数字图像处理及计算机图形学等多元化的综合性信息技术。2000年，VR技术在飞速发展的3D计算与交互技术推动下，正式实现其发展史下的一次较大飞跃。截至今日，VR技术已跨过数十个年头，该技术也逐渐趋于成熟。利用计算机技术，进行虚拟意义下的三维空间构建，通过触觉、听觉、视觉的相应感观模拟，实现多源整合下的三维交互式视景。使用者置身于该虚拟场景下，将会得到一种较为沉浸的感官体验，在人机交互中实现场景还原。在VR技术的帮助下，不论教学抑或科研，都将变得简单、直观、易懂，是科技发展大环境下的大势所趋3-4。2虚拟实验教学系统虚拟实验教学系统，所指是将虚拟现实技术融入日常传统实验教学当中。整合计算机技术、多媒体技术、网络通讯技术及加工处理传播技术，将试验时中各类资源进行有效整合，并构建虚拟网络下的实验模块，从而反馈至实验教学当中5。3虚拟现实技术的优势VR技术在药学教育领域的主要应用场景为实验教学。因药学本就是一门研究药物与人体相互作用的科学。既往的传统教学模式下，多以文字、图片、声音这些传统信息传输媒介作载体，表达较为深刻抽象，理解起来较为复杂。同时，一味地围绕书本进行教学，而忽略实践操作的教育重要性，学生缺乏实践操作经验，拘泥于书本，不仅对教学内容的摄取较为困难，易感枯燥无趣，更不利于其实际动手的培养。这样的教学模式效果较难令人满意，故而对传统教学的相应改革创新至关重要。随着2013年教育部成立国家级虚拟仿真实验室教学中心，也代表着VR技术正式融入我国教育领域。而凭借着虚拟现实技术的种种优势，在其良性带动下，药学教育领域得以实现更好的发展。以下是VR技术应用于药学教育的优势。3.1人体机能学教学优势人体机能学包含有药理学及人体解刨生理学相关实验内容。现实中受诸如资金、设备等外界因素限制，往往此类实践教学无法得到广泛的展开。而经由VR技术参与教学，学生只需要连接设备，在其眼前即可呈现相关实验内容。这些内容物均为三维构造还原，并且可随使用者意志进行任意翻转移动，在不考虑触感的情况下，可实现现实生活中较大程度的模型还原，弥补了现实中相关教学无法或较少展开的缺陷。此类新颖的教学模式在带给学生耳目一新的感官体验同时，亦利于其学习愉悦感的培养。沉浸式体验下，便于学生更好地接受学习内容，利于其对知识的理解，提升学习高效性。同时在诸如人体解剖学的拆分;中，可实现现实中无法实现的重复性;操作，这将便于学生对知识点的理解与把握，是现实实践中所无法实现的6。3.2药学教学优势药学教学内容主要包括有制药技术与设备、药物分析实验、生药学实验、生产车间设计（GMP）。VR技术能够较好地呈现制药技术与设备课程中的大型设备还原，学生可较直观地了解设备构成及相关操作流程。而药物分析实验课程中所提及的高效液相色谱法，是较为经典的一种药物含量测定法，但现实教学中由于检测设备的昂贵，使之普及药学教学领域的实验阶段充满困难，而VR技术则可较好地实现设备还原，弥补药物分析实验中的不足，使教学更加全面地展开。又如病理学实验中部分病理切片及大体标本获之不易，均可借由VR技术实现教学补充。VR技术具备可重复性实验，及随使用者心意而为的旋转、缩放，甚至是动画演示，完美实现学科融合，促进学习效率提升7-8。3.3医学研究与医疗诊断优势VR技术的建模，可有效还原人体各组织器官，甚至模拟出疾病演替史与微观下的分子作用，在临床诊断中可提供生动且直观的形态学参考价值。同时，VR技术能够将分子间相互作用以建模动画形式无限放大，使药物研发人员能够进行直观观察，从而更好地了解药物机制，促进临床新药的研发周期9。4虚拟现实技术的不足VR技术在弥补与延伸一线药学教育的同时，亦存在一定不足，我们需要引以重视。4.1较高的技术开发难度在VR技术辅助教学真正落实到一线药学教育的每节实验课程之前，实际需要面对大量技术难题及教学资源的整合。整合过程需要虚拟现实设备研发公司与一线实践教师进行密切合作，这需要前期的大量沟通及后期的互相配合，单靠某一方很难完成10。4.2设备局限性VR技术辅助教学的根本在于VR设备本身。目前较广泛应用的VR设备属头戴式设备，在其使用过程中需要连接电脑与电源，这就涉及到场地及线材的问题。同时受技术限制，目前VR设备还无法做到令人满意的清晰度呈现，长时间使用下难免会伴有一定程度的晕眩。加之VR技术所提供的场景构建中无法实现较好的包容性，教师与同学们无法融入VR所构建的场景中，虚拟与现实仍存有较大割裂感11。4.3新教学模式下的教师角色思考教师在前期教学资源整合过程中，需转化固有的教学理念。传统书本知识毕竟较抽象，而现代化下的VR技术已经将虚拟带入现实。虚拟环境下任何构思都可得以较好地呈现。教师大胆参与设计，妥善利用VR技术，向着教学内容设计者方向转化。同时，教师在教学过程中，应合理引导学生对VR技术的认知，学会利用先进技术反哺自身，而不是将其视作娱乐工具12-13。5小结伴随科学技术的不断进步，VR技术正逐渐趋于成熟。其在药学教育中的合理运用，能够帮助学生在虚拟环境下得到亲自操作的乐趣。虚拟实验环境下，有效避免了资源消耗，同时具备可重复性及修改性，利于学生的实践展开。如虚拟下的核酸琼脂糖凝胶电泳实验，可有效避免EB直接触及皮肤所致的致癌风险；虚拟下的SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳实验，可有效避免操作失误下所致的灌胶液泄漏风险；虚拟下的动物组织RNA提取实验中，可有效避免操作不当所致的细胞裂解液溅出造成的伤害等。对于实验室中经常涉及的各类精密仪器、高分辨质谱仪、可分选的流式细胞仪、荧光定量PCR、倒置荧光显微镜、酶标仪等，甚至大到肉眼可见的各种细胞、细菌菌落，小到核酸、蛋白质大分子，学生都可在虚拟实验室中直观观察到。VR技术打破了传统实验下的抽象、微观性技术壁垒，是当下教育领域的一次重大突破。我们有理由相信，伴随未来VR技术的持续发展，在其辅助下，药学教育领域必将实现更大的飞跃，以更好地为祖国输送更多优秀药学人才，造福人民。