虚拟现实技术与技能训练的现代应用

虚拟现实技术对教育界的吸引力在于可以将教学活动放在一个模拟真实的情景中进行，这种情景与学习者将来真正应用所学技能的环境具有高度的相似性。利用虚拟现实技术，可以更好地按照建构主义的思路，为学生设计一种适合情景式学习的环境。

虚拟现实技术的应用一般有两个方向，专业技能训练和社会交往技能。在专业技能训练方面，目前应用最多的就是医学技能的训练。

1.虚拟现实技术与实验室

在远程网络教学中，由于空间距离的限制，难以通过网络系统向另一端的学习者提供身临其境的体验，导致学生的技能训练不足，这成为很多实践性教学课程走进网络的瓶颈。如何才能让远程网络学习的学习与在校学生一样体验到实验室的环境，并能够亲手去做实验，观察实验结果？虚拟现实技术为此提供了一种新的途径。虚拟实验室主要是采用虚拟技术仿真或虚构实验情景，利用鼠标、键盘，操作计算机上虚拟的各种仪器，按照实验要求，完成一个实验过程或者组装一个实验系统，并完成数据的采集和实验结果的处理分析。一般的虚拟实验室主要利用计算机的数据处理能力，建立一些符合逻辑的实验对象用于虚拟操作。高级的虚拟实验室则利用虚拟现实技术，通过虚拟现实眼镜、数据手套等来呈现和操纵真实性更强的虚拟环境，直观性、真实性更强。

目前虚拟现实技术在物理、化学学科里使用较多，比如美国俄勒冈大学Vlab的物理实验网站，麻省理工大学用于微电子学和电子电路设计的Web Lab远程实验室网站，我国的中国科技大学的物理仿真实验软件，浙江大学的虚拟化学实验室等[20]。

2.虚拟现实技术与临床技能训练

虚拟现实技术在临床医学技能培训领域的广泛应用是由于临床医学的特殊性所决定的。临床技能需要通过在大量的实践中不断练习获得，但是由于其实践的对象是病人，面对又往往是生死攸关的大问题，容不得学生在操作中犯错误。在患者自我保护意识不断增强的情况下，实习医生直接用病人进行临床实践活动和技能训练的传统培养模式受到严重阻碍，直接影响了临床医学人才的培养[21]。尤其是对于一些危重病人的急救，由于病情发展迅速、治疗复杂，致死率又高，对医生的临床技能要求极高，但是学生又无法在实践中练习。虚拟现实技术能够提供一个模拟真实的环境，比如北京大学第三医院的临床技能培训中心利用计算机虚拟现实技术，提供了一个超级综合模拟人、标准病人、模拟急救设备、临床技能操作模型等，为实习医生提供了一个技能实践的场所。

根据虚拟现实程度的高低，计算机虚拟现实技术在临床医学技能培训中的应用可以分为以下三种：(www.xing528.com)

（1）建立在计算机交互系统基础上的治疗过程训练

这类模型主要是通过计算机的交互功能，向学生呈现一些病例，学生在计算机上完成问诊、写病历、初诊、开药等过程，并由计算机及时给出反馈。学生可以随时控制过程进度和速度，并可以反复训练。这类模型主要是让学生训练处理病例的能力，对系统的交互性要求较高，但是对情景的真实性要求一般，计算机甚至可以用文字的方式呈现案例。当然如果能够用一个虚拟模型呈现一个病例，训练效果肯定会更好，只是对系统的要求会比较高。

另一种是对一些突发病症进行处理，比如对新生儿模型在出现黄疸等疾病之后要进行的气管插管、心外按压等操作，或者对心内病人进行抢救，这类也是治疗过程的训练，但由于涉及技能训练，真实性要求很高，通常会使用一个真人模型。对于学生的操作效果，计算机难以给出反馈，需要教师对学生的技能操作正确与否做出判断。

（2）建立在虚拟现实和触觉感知系统基础上的操作技能训练

加入触觉感知的虚拟现实系统能够使学员在一个更加真实的虚拟三维环境中与计算机进行实时交互，主要针对一些手术技能的训练。例如支气管纤维镜模拟器，胃肠道内窥镜诊疗模拟器，等等，这些模拟器除了能够提供一个模拟的器官画面，还有操作模块，学生可以进行切割、缝合等操作，在模拟状态下练习诸如胆囊切除之内的手术。这种系统能够模拟真实的阻力、手感，病人的解剖位置也会随机变化，培养学生的病情诊断能力。

（3）建立在模拟生理系统上的训练模型

结合最新的计算机技术和医学技术，可以建立一个模拟的病人模型，这个模型具有人体真实的病理生理特征，能够模拟出各种临床病历，表现出符合临床逻辑的体征，通过模拟监测显示生理参数，对相应的治疗措施做出实时的反应。这种系统比较灵活，可以根据教学需要设计相应的病例。比如模拟一个急性冠脉综合征的病人，学生需要对病人的主诉做出反应，并在需要的时候实施电除颤，如果学生对除颤时机把握不对，病人就会惊呼[22]。