摘要：動物解剖學是研究動物體形態(tài)組成、結(jié)構(gòu)分布和功能闡釋的一門非常重要的獸醫(yī)專業(yè)基礎(chǔ)課程。傳統(tǒng)的教學模式以理論學習和實驗教學為主，然而理論教學枯燥乏味，實驗教學需要較強的臨床經(jīng)驗儲備，制約了該課程教學質(zhì)量的進一步提升。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展讓從事臨床動物實驗教學的教師看到了希望。將虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)引入動物解剖教學，可以使學生對畜禽形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能進行更加直觀、形象的認識，加強了相關(guān)理論知識的理解和掌握程度，有效了提高動物解剖實驗的教學成果，有利于培養(yǎng)高素質(zhì)的實踐型獸醫(yī)專業(yè)人才。但高額的經(jīng)費投入限制了該技術(shù)在動物解剖教學中的大量推廣和應(yīng)用，因此，是否應(yīng)該將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入實驗動物解剖課程教學中，有待于進一步的評估和分析。該研究立足于近年來日益突出的傳統(tǒng)實驗動物解剖教學中的一些問題，從多方面全面分析了VR技術(shù)引入實驗動物解剖教學中的優(yōu)勢和缺點，可為擬考慮將VR技術(shù)引入實驗動物解剖教學的高校提供參考信息。
關(guān)鍵詞：動物解剖;虛擬現(xiàn)實;教學成果;動物實驗;標本模型;應(yīng)用前景
動物解剖學是農(nóng)林院校動物醫(yī)學專業(yè)學生課程學習中非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。學生通過對各種動物的大體標本和模型進行觀察，同時結(jié)合對實體動物的剖解，來獲得各種動物組織形態(tài)、結(jié)構(gòu)組成和位置、功能等信息，從而驗證理論課程所學的知識點[1]。該課程的熟練掌握可為后續(xù)其他專業(yè)課程知識點的學習奠定良好的基礎(chǔ)。只有熟練掌握正常狀態(tài)下動物的形態(tài)結(jié)構(gòu)，才能進一步了解和掌握動物在生理異常和病理情況下產(chǎn)生的變化。動物醫(yī)學專業(yè)的學生畢業(yè)后從事的工作與經(jīng)濟動物密切關(guān)聯(lián)。
虛擬現(xiàn)實論文范例：VR背景下測繪類專業(yè)產(chǎn)教融合實踐模式探究
因此，要求必須掌握牢固的專業(yè)知識和較強的專業(yè)技能。對于動物解剖學這門課程而言，學生必須牢牢記住機體骨骼、肌肉和內(nèi)臟的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和位置。這些內(nèi)容涉及的知識點多，內(nèi)容復雜，學習起來比較枯燥乏味[2]。傳統(tǒng)的被動灌輸式實驗教學方式已經(jīng)出現(xiàn)了一些問題，有必要探索適合該專業(yè)基礎(chǔ)課程動物實驗的最佳教學模式。虛擬現(xiàn)實(VirtualReality，VR)，是借助計算機模擬三維空間產(chǎn)生的一個虛擬世界，同時利用最新的傳感器技術(shù)，創(chuàng)造出的一種人機交互系統(tǒng)。可以給使用者提供視覺、聽覺、觸覺等方面的感官模擬，讓使用者如同身臨其境，觀察和體驗三維空間內(nèi)事物的變化情況[3]。
該技術(shù)所提供的虛擬仿真環(huán)境給臨床教學，尤其是實驗動物的解剖和病例的模擬教學提供了廣闊的前景。克服了傳統(tǒng)單一的理論教學給學生產(chǎn)生的枯燥感，也彌補了實驗教學中新教師所需較強臨床教學經(jīng)驗積累的不足，同時可增加學生的學習興趣，促進其自主學習能力的提升。但是前期購置設(shè)備和軟件開發(fā)需要投入高額的費用，以及后期需要持續(xù)支付的系統(tǒng)調(diào)試和維護費用，嚴重限制了該技術(shù)的推廣和普及。
一、目前動物解剖教學的現(xiàn)狀及存在的問題
動物醫(yī)學是一個主要致力于培養(yǎng)動物疾病預(yù)防、診斷和治療專業(yè)技能人才的專業(yè)，實驗動物教學尤其是動物解剖教學在培養(yǎng)學生專業(yè)實踐能力上發(fā)揮著不可替代的作用。因此動物實驗設(shè)置的方式、內(nèi)容以及涉及的操作，直接影響著學生動手能力提升的高低。動物解剖學是動物醫(yī)學專業(yè)學生課程學習中非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，目前主要的教學方式為理論講解、模型認識結(jié)合實體動物解剖。這種傳統(tǒng)的教學模式取得了較好的成果，培養(yǎng)了很多優(yōu)秀的獸醫(yī)人才。然而也存在以下幾方面的問題。
(一)教師臨床動物實驗教學經(jīng)驗存在一定的差異參與實驗動物相關(guān)內(nèi)容教學的教師，均是通過了學校專業(yè)遴選和考核的教職工，具備了實驗動物課程教學所要求的基本教學能力和動手操作技能。但是由于不同專業(yè)方向的側(cè)重點存在差異，加之這些教師在學生時代接受教育時，受不同的指導教師的影響，導致其所掌握的臨床操作技巧也會存在一定的差異[3]。
此外，動物實驗教學中最常見的教學模式為，教師示范一遍，然后讓學生對實體動物自己動手進行解剖操作。由于不同學生對同一個問題的理解和領(lǐng)悟能力存在差異，加之操作技巧掌握的熟練度不夠，當他們自己動手進行剖解或手術(shù)操作時，會出現(xiàn)各種意想不到的操作問題，產(chǎn)生的連鎖反應(yīng)可能導致結(jié)果偏離正常可控的范圍。雖然實驗動物指導教師對于學生自己操作過程中可能會出現(xiàn)的問題和應(yīng)對策略做了預(yù)案，然而臨床動物實驗教學經(jīng)驗存在差異的教師，所展現(xiàn)的處理方式和對學生情感的掌控能力也會存在較大的差異，可能會直接影響學生對這門課程的心里接受程度。
(二)動物實驗開展的時空限制
1.實驗動物經(jīng)費問題。為了讓學生對各種動物的組織形態(tài)、生理、病理變化了解的更加深入，動物解剖學實驗的開展需要使用數(shù)量較多、種類各異的實驗動物。為此 需要投入大量的經(jīng)費購置實驗動物、修建實驗剖解平臺和動物臨時飼養(yǎng)場所[4]。這些因素極大地限制了動物解剖實驗課開設(shè)的形式、次數(shù)和深度。有時，由于實驗動物數(shù)量的限制，學生們只能幾人甚至十幾人組成一個小組，共同剖解一只實體動物。這樣就會導致實際動手操作的人數(shù)被嚴重限制，無法使每個學生都有親自動手練習的機會，降低了學生的參與度、積極性和主動性，極大地影響了實驗動物教學的效果。
2.符合實驗要求的健康畜禽來源較難找。通常可以購買到，用于開展實驗的動物，或多或少存在一定的問題和差異，因此導致學生對某種生理和病理狀態(tài)的正常認知也會出現(xiàn)一些的差異。尤其是初學者，往往會把一些非正常的生理和病理狀態(tài)誤認為是正常的，極大地影響了教學的效果[5]。
3.涉及動物倫理的問題。
高校涉及動物解剖的實驗教學課程，開展的整個過程都要遵守動物倫理管理委員會關(guān)于實驗動物處理的有關(guān)規(guī)定，確保實驗動物所享受的相關(guān)福利[6]。因此，不管從是動物福利方面，還是從人道主義的角度出發(fā)，均需要盡量減少和避開一些較復雜且對實驗動物傷害較大的實驗內(nèi)容，如構(gòu)建骨折模型，腹腔或胸腔內(nèi)臟處理手術(shù)，開顱手術(shù)等。對于這些實驗的開展形式，往往會選擇集體觀看視頻影像資料，或者多人一組，共同對一只實體動物進行相關(guān)處理。這些情況同樣無法保證每個學生都能親自體驗動手操作的過程。此外，班級授課時間是固定的，很多實驗項目無法深入安排和開展，不同學生在操作過程中碰到的個別問題無法得到及時的解答。
(三)存在一定的安全性隱患
在開展實體動物解剖實驗課程時，為了得到較好的組織形態(tài)識別度，實驗準備工作的教師通常會提前用多聚甲醛對實驗動物整體或某個器官進行固定，然后再讓學生進行解剖和觀察，以驗證和鞏固理論知識。而多聚甲醛會對身體多個器官均可以產(chǎn)生嚴重的損害，如：多聚甲醛對呼吸道有強烈的刺激性，嚴重者可引起鼻炎、咽喉炎、肺炎等。同樣也可以對眼睛產(chǎn)生灼傷。
此外，當皮膚與多聚甲醛接觸時，可刺激皮膚產(chǎn)生皮膚干燥、皸裂、脫屑，甚至紅腫等臨床癥狀嚴重威脅教師和學生的身體健康[7]。加之，動物實驗實施前學生缺乏實際操作經(jīng)驗，僅靠教師所做的理論講解及臨時演示過程難以防范意外事件的發(fā)生。如：當對動物進行綁定或麻醉時，動物會對周圍實驗者表現(xiàn)出撕咬、沖撞、踢人等一系列反抗動作;動物體內(nèi)攜帶的人獸共患病原可通過剖解過程傳染給實驗者;實驗者對手術(shù)刀、手術(shù)剪、縫針等銳利器械掌握不牢會造成劃傷或刺傷等，這些不確定因素均存在威脅操作者人身安全的隱患[8]。雖然教師及實驗管理人員會再三叮囑學生并做一些防范措施，但仍存在潛在的風險。
(四)存在一定的就業(yè)負擔
對于四年制本科教學的動物醫(yī)學和動物科學專業(yè)的學生，每學期課程任務(wù)較為繁重，加之招生人數(shù)的逐年增加，使得學校無法給每個學生的外出實習，提供一個穩(wěn)定的實習單位和充足的實習時間，從而讓學生能夠深入養(yǎng)殖企業(yè)基層鍛煉，提前了解并在實踐中提高養(yǎng)殖企業(yè)需求的基本技能。目前為止，大部分涉及動物解剖課程的農(nóng)林高校，教學單位普遍采用教師課堂描述結(jié)合聯(lián)系當?shù)仞B(yǎng)殖企業(yè)并帶領(lǐng)學生進行參觀為主，學生如果想進一步了解現(xiàn)代牧業(yè)發(fā)展，需要自己通過網(wǎng)絡(luò)媒體這個渠道。
由于不同學校所在地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展狀況存在較大差異，養(yǎng)殖的動物種類和品種也不盡相同。因此對于那些農(nóng)林高校處于當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展水平較低的地區(qū)，由于自身的局限性，與國內(nèi)龍頭養(yǎng)殖企業(yè)相比，其發(fā)展速度，設(shè)備的更新、不同層次和不同梯度人員的配備水平，導致學生對專業(yè)的認知與現(xiàn)代牧業(yè)發(fā)展的認識存在一定的差距。此外，學生是否愿意利用暑假和寒假的時間，深入基層養(yǎng)殖企業(yè)進行實習和鍛煉等主觀因素，影響學生能力的進一步提升。
在畢業(yè)尋找工作時，由于基礎(chǔ)不同，給企業(yè)面試官的印象也存在較大的差異，嚴重影響學生的就業(yè)率。企業(yè)招收這類新就業(yè)的學生后，需要經(jīng)過長時間的企業(yè)培訓才能使剛?cè)肼毜膶W生適應(yīng)其崗位。不僅增加了企業(yè)的負擔，而且也會讓剛就業(yè)的學生產(chǎn)生嚴重的心里負擔。傳統(tǒng)的動物醫(yī)學和動物科學實踐課程都是以培養(yǎng)技術(shù)型人才為主要目的，缺少動手能力，使學生在就業(yè)時面對企業(yè)的需求崗位和崗位技能要求望而生畏，加之金融類、計算機類專業(yè)的高額工資誘惑，導致動物醫(yī)學和動物科學專業(yè)的學生從心里上抗拒參與到本專業(yè)相關(guān)企業(yè)從事相關(guān)的工作。
此外，隨著我國養(yǎng)殖業(yè)的集約化和擴大化程度的提升，一部分本科生在就業(yè)后走上了營銷或管理崗位，這部分人因為前期對營銷或管理崗位不是非常了解，在就職后，實際情況與想象中差距較大時，容易產(chǎn)生較為嚴重的心理落差，對工作的自信心不足，不能展現(xiàn)自己應(yīng)有的能力，導致工作后一年內(nèi)的離職率較高。為了迎合養(yǎng)殖企業(yè)發(fā)展的需求，不少高校都開設(shè)了相關(guān)的專業(yè)培訓課程。然而，很多問題也逐步表現(xiàn)出來，一個非常明顯的現(xiàn)象是，一些授課教師通過自學畜牧企業(yè)管理的相關(guān)知識后，在自己理解的基礎(chǔ)上傳授給學生;還有一個較為明顯的現(xiàn)象是，往往會聘請一些大型企業(yè)管理或營銷人員為學生進行講座。而這兩種形式的培養(yǎng)和授課，有些根本沒有領(lǐng)會養(yǎng)殖企業(yè)所需要的管理精髓，有些摻雜了較為嚴重的個人觀點，比較主觀片面，嚴重影響了學生對其整個職業(yè)生涯規(guī)劃。
二、VR在動物解剖教學中具有較大的潛力虛擬實驗
(VirtualExperiment，VE)是在VR的基礎(chǔ)上利用新型的虛擬儀器和多媒體計算機依次進行數(shù)據(jù)采集、分析與處理、整理與呈現(xiàn)，同時結(jié)合人機交互所構(gòu)建的一種實驗形式。實驗者就像置身于真實的實驗環(huán)境中一樣，按照要求完成各種預(yù)設(shè)定的實驗內(nèi)容和項目[9]。利用VR系統(tǒng)創(chuàng)造的VE可為實驗者提供一個直觀、形象、逼真、方便和可重復操作的實驗環(huán)境。與此同時，VE可以實現(xiàn)把抽象的、無法用常規(guī)手段展現(xiàn)的教學內(nèi)容通過3D動畫更加直觀、生動、形象地呈現(xiàn)在學生面前，這種教學方式不僅加快了學生對教學內(nèi)容的理解和掌握，而且提高了教師在實驗動物教學中的成果。目前為止，VR系統(tǒng)已被高校應(yīng)用于多個學科的教學實踐中[3]。該技術(shù)的發(fā)展給實驗動物教學帶來了新的思路和機遇，將會避免傳統(tǒng)動物實驗教學中所面臨的上述問題。
(一)可實現(xiàn)實驗動物教學的規(guī)范和統(tǒng)一將VR系統(tǒng)引入實驗動物教學后，基于計算機網(wǎng)絡(luò)的教學模式可以實現(xiàn)課程設(shè)置、教學內(nèi)容、教學方法的規(guī)范和統(tǒng)一。有效彌補了由于不同授課教師授課方式、臨床經(jīng)驗積累程度以及操作手法的不同，而無形中給學生之間帶來的差異。
(二)增加實踐次數(shù)，提高參與度在VR系統(tǒng)所構(gòu)建的VE中，對于一些操作過程較復雜的實驗內(nèi)容如骨折模型的構(gòu)建、胸腔或腹腔內(nèi)臟處理手術(shù)，以及高難度的心臟處理手術(shù)、開顱手術(shù)等實驗不用再考慮受到動物倫理的限制。對實驗動物可以實現(xiàn)多次重新開始進行剖解。通過多次不斷的模擬，進一步提高操作的熟練度，使學生對動物的認知更加全面和深入。同時，對于需要進行團隊合作的實驗，每個人均可以與別人交換角色，體驗不同角色在整個團隊協(xié)作中的作用或職能，使學生對整個實驗大局的掌握更加全面。此外，這種基于VR系統(tǒng)的解剖教學可以不用再考慮環(huán)境、光照、課時等因素對解剖實驗開展的影響，學生和教師可以充分利用空余時間，自主增加實踐次數(shù)，或者學生可以自己單獨學習與探索。對于實驗后的活體動物，同樣無需再安排學生抽出其他時間對實驗動物進行術(shù)后的輪流監(jiān)管與護理。
(三)可以節(jié)約資源，降低潛在危險把VR系統(tǒng)引入動物實驗教學后，動物實驗課程準備人員將不用每年為篩選和購買符合開展動物實驗要求所需的實驗動物以及動物臨時飼養(yǎng)場所而困擾，實驗儀器設(shè)備的更新與維修、動物尸體處理的開支也可避免[10]。此外，使用VR系統(tǒng)進行實驗動物的解剖教學可以完全避免動物咬傷、動物所攜帶人獸共患病原的感染以及手術(shù)器械的劃傷等隱患。
三、VR在解剖學教學中的不足
雖然VR教學具有諸多優(yōu)勢，但是不可否認傳統(tǒng)的教學方式仍是目前農(nóng)林高校動物醫(yī)學專業(yè)的主要教學形式。傳統(tǒng)的實體動物教學與VR教學相比具有以下幾方面的優(yōu)勢：
1.提供了更多的師生互動機會，提高了學生的表達能力。傳統(tǒng)的授課過程中，教師會先親自詳細講解和示范一遍，然后讓學生自己操作，期間會一直在學生間游走，對學生的操作進行觀察與指導，及時解決操作中遇到的問題。對大部分學生提出的一些共性問題，也可以及時集中解答。該過程中不僅鍛煉了學生對事件的描述和表達能力，也增進了學生和教師之間的情感。而VR教學主要以計算機為主體來構(gòu)建動物模型，使學生通過視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬對動物的實體解剖。所有的操作步驟均是基于程序設(shè)定依次進行，整個過程基本都是學生自己參與。
2.培養(yǎng)了學生解決問題的能力。在實體動物實驗過程中，學生面對的是真實的動物，操作過程中可能會出現(xiàn)各種各樣無法預(yù)測的突發(fā)事件，這時就要求學生自己或者在指導教師的指引下，采取一些行之有效的方法使其繼續(xù)沿著正確的方向進行。尤其是學生自主處理問題的情形下，培養(yǎng)了學生面對意外情況的處理能力，更加符合臨床生產(chǎn)實際中對動物醫(yī)學專業(yè)學生的能力需求。而基于VR技術(shù)的授課方式，所有操作過程均是基于之前軟件程序的設(shè)定一步步進行，不會出現(xiàn)預(yù)測之外的任何情況，對學生處理意外情況能力方面的培養(yǎng)相對較薄弱。而且缺乏真實的動手實踐，極有可能導致學生在面對真實動物時，出現(xiàn)信心不足而畏手畏腳和不知所措等情況。
3.經(jīng)費投入相對較少。傳統(tǒng)的動物解剖實驗，動物購買及相關(guān)器材的購買每年只需幾萬元即可完成對該屆學生的教學任務(wù)。而VR教學前期的硬件和軟件則需要花費數(shù)百萬人民幣，后期還需要不斷對系統(tǒng)進行維護，且上課時需要配置專業(yè)技術(shù)人員協(xié)助操作[4]。
四、結(jié)束語
基于VR技術(shù)的VE是對實體動物實驗部分進行模擬與再現(xiàn)，實體動物實驗是VE開展的基礎(chǔ)和保障。隨著科技的不斷革新、進步和發(fā)展，將VR技術(shù)引入高校的教學，尤其是動物解剖這種動手能力較強的課程中，實現(xiàn)資源的有效合理利用，已經(jīng)是高校發(fā)展的主要方向和手段。雖然基于VR技術(shù)的動物解剖實驗在很多方面較實體動物實驗展現(xiàn)出無法比擬的優(yōu)勢，但VR技術(shù)的工作原理依然是模擬與再現(xiàn)，并非是真正意義上的創(chuàng)造立體空間。因此，并不能完全取代真實環(huán)境中的動物解剖實驗，因為真正的動手能力與技能必須在現(xiàn)實情景中進行多次操作練習而獲得。
同時，實體動物實驗的開展進一步加深了學生對VE教學內(nèi)容和理論知識點的理解與掌握。兩者在實驗動物教學中是可以相互促進，相互補充的兩種方式。綜上所述，農(nóng)林高校是否應(yīng)該將VR技術(shù)引入到實驗動物解剖教學中，這個問題是毋庸置疑的，因為VR技術(shù)所體現(xiàn)的優(yōu)勢，可以在很大程度上彌補傳統(tǒng)教學的不足。但是引入VR系統(tǒng)力度的大小，應(yīng)該在充分考慮到經(jīng)費預(yù)算的基礎(chǔ)上，采用合適的“虛實結(jié)合”實驗教學模式，將虛擬實驗和真實實驗進行有機的結(jié)合，使兩者能夠優(yōu)勢互補、相輔相成，從而將實驗動物解剖教學成果再創(chuàng)新高。
參考文獻：
[1]肖傳斌，張玲，程會昌.動物解剖學與組織胚胎學[M].鄭州大學出版社，2009.
[2]王海東，張曉東，耿建軍，等.農(nóng)業(yè)院校精品課程的建設(shè)——以《動物解剖學與組織胚胎學》為例[J].教育理論與實踐，2012(21)：54-56.
[3]莊向婷，白軍.VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)在動物實驗教學中的應(yīng)用[J].楊凌職業(yè)技術(shù)學院學報，2018，17(2)：73-75.
[4]高安崇，周靚，王秀娜，等.VR技術(shù)在動物科學實踐(實驗)教學中的應(yīng)用研究[J].黑龍江畜牧獸醫(yī)，2019(7)：157-159.
[5]馬世波，田啟超，張瑞鋒，等.VR虛擬現(xiàn)實實訓室在獸醫(yī)解剖學實訓課中的應(yīng)用[J].山東畜牧獸醫(yī)，2019，40(3)：64-65.
作者：馮旭飛，劉爵
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