基于5G等技术的混合式医学教学模式设计与应用研究

    裴建廷 于谦 孙斌

    摘? 要 提出基于5G等技术的混合式医学教学模式，针对医学教学中存在的问题，分别从混合式课堂教学、混合式实验教学、混合式临床教学进行应用设计研究，以期为医学教育改革提供参考和借鉴。

    关键词 5G技术;增强现实技术;虚拟仿真技术;超高清采集和播放技术;智能医疗设备;混合式医学教学模式;智慧校园;虚拟实验;教学资源

    中图分类号：G642.4? ? 文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2020）09-0024-03

    1 前言

    自2013年2月欧盟提出加快发展5G移动技术以来，5G技术标准和应用技术得到飞快发展。特别是2019年，我国工信部批准颁发国内首个5G无线电通信设备进网许可证，标志着基于5G技术的设备正式接入公用电信商用网络，各类5G应用开始大面积推广应用。医学教育作为高等教育的一员，也要借此东风将5G技术应用于医学教育教学改革中，把传统教学、现有信息技术和5G技术三者优势进行融合，构建“以学为中心”的混合式医学教学模式。

    2 5G关键技术和特点

    5G关键技术? 5G超高效的无线传输技术中有三项关键指标技术决定了无线传输质量，分别是毫米波技术、大规模MIMO技术和D2D技术。

    毫米波段高端临近红外光、低端临近厘米波，因此，该技术同时具有厘米波的全天候应用优点和红外光的高分辨率的优点。

    大规模MIMO技术是将天线以大规模阵列的方式集中放置，大规模阵列中的多根天线能够同时工作，形成多束信号叠加。该工作模式不但可以提升天线增益，而且降低了单根天线发射功率的平均能耗和低延时。

    D2D技术是一种无网络状态下终端设备通信技术，即在同一个基站下，用户不仅可以通过基站与互联网进行信息传递，而且可以在无网络时，利用基站的信令实现用户之间进行直接的信息交互。

    5G技术特点? 基于以上技术，5G技术具有高带宽、低时延和高可靠性等显著特点。5G网络传输速率从4G网络的100 Mbps提升到1 Gbps，峰值速率将达到20 Gbps。5G通信与4G通信在时延方面也有巨大差别，4G网络时延为20～

    30 ms，在5G环境下，网络时延缩短至1 ms，这让5G移动通信网络有着更广阔的应用空间。

    3 智能技术与医学教学

    增强现实（AR）技术、虚拟仿真（VR）技术、超高清采集和播放技术及智能医疗设备的产生，为医学教学模式提供了更多的选择。依托5G高速传输技术，使这些技术应用到混合式医学教学改革中成为现实。

    增强现实（AR）技术? 增强现实（Augmented Reality）

    技術是融合跟踪技术、虚拟现实融合显示、人机交互三种技术，将真实世界信息和虚拟世界信息综合在一起。该技术突破了空间、时间以及活体实验对象成本等问题，实现学生和教师在AR环境中进行沉浸式教与学，可以提高学生学习的兴趣。该技术结合5G技术可以实现校本部与附属医院之间异地沉浸式教学，同时符合“早临床、多临床、反复临床”的医学教学理念，适合应用于临床实践教学和后期教学。

    虚拟仿真（VR）技术? 虚拟仿真（Virtual Reality）技术是通过计算机技术生成一种可创建和体验的虚拟环境，使用户沉浸到创建出的三维动态实景中。该技术相较于AR技术更为灵活，部分实验不依赖硬件设备，可通过移动终端设备，借助5G高速移动通信技术，在教学平台中完成如机能学虚拟实验、解剖学虚拟实验及护理学虚拟实验等，实现时时处处进行虚拟仿真实验的学习和操作。

    超高清采集和播放技术? 高清显示涉及两个方面：一个是入口，即如何快速采集高清视频;另一个是出口，即如何高清晰度、大角度显示每个细节。目前，市面上高清采集卡已比较成熟，具有高稳定性、多功能、兼容性广等特点，可以应用于视频会议、远程监控、网络教学、视频直播、大屏幕显示、医疗系统等。现在4K电视技术分辨率可达到3840×2160像素，水平观看角度为55°;8K电视技术分辨率达到7680×4320像素，水平观看角度达到100°。运用以上技术，既可以满足不同场景下的医学教学需求，又能通过高清显示技术充分展示手术刀尖下的每个精细操作。

    智能医疗设备? 现在，医疗厂商正在不断推出各类智能医疗设备，并提供了不同的数据接口，如以太网接口、无线接口、4G与5G接口等，从技术角度已经具备互联互通的条件。另外，在医疗领域应用方面也在不断拓展，如集成式智能医疗仪器、智能理疗设备、可穿戴医疗设备等，更多的智能医疗设备出现在手术、护理、家庭等应用场景中，为患者提供了全方位医疗条件的同时，也使这些智能技术应用到医学教学中成为现实。

    4 5G等技术在混合式医学教学中的应用设计

    5G技术的连续广域覆盖、热点高容量、低时延、高可靠性等技术优势，解决了最后一公里高速率移动传输问题;虚拟现实技术、高清显示技术和智能医疗技术解决了多场景医学教学应用问题。以上技术融合高校现有智慧校园基础平台，形成对现有医学教学课堂教学、实验教学和临床教学进行混合教学模式改革的综合解决方案。

    混合式课堂教学? 由于师资等方面的限制，有的医学院校仍然采用传统的“满堂灌”的教学模式，实践表明，这种模式很难激发学生积极的临床思维。而翻转课堂教学模式在班级学生较多的情况下，教学效果不显著。基于5G技术、虚拟现实技术、智慧校园平台的混合课堂教学模式可以有效解决上述问题。

    1）课程要基于项目进行设计。如基于器官系统教学设计，问题设计时要从多方面、多角度展开，融入VR等技术，便于激发学生进行批判性思考和临床思考。

    2）重构学习流程。课前信息传递过程通过基于5G技术的虚拟仿真技术进行虚拟学习操作，以及通过视频课程（如学校自建视频、慕课、雨课堂、智慧树等）、课件和师生交互平台（如自建交流平台、微信、QQ、移动端视频会议系统）等完成。

    3）吸收内化。该过程主要是在课堂完成，此时可以根据课前信息传递过程收集到的信息，把具有同类疑问的学生分成一组，通过课堂解答共性问题、小组讨论个别问题和分类辅导的方式进行。

    4）教学评价。应建立四维评价体系，综合学生评价、同行评价、督导组评价、管理人员评价信息，及时调整课堂教学过程和虚拟教学资源。

    混合式实验教学? 目前，医学实验教学存在标本稀有、高耗材和部分實验高危险性等问题。另外，由于场地限制，部分教师实验演示只有实验台周围部分学生可以清晰观看，且存在视角误差。针对上述问题，可以利用虚拟现实技术具有的高仿真、可重复性等优点，利用高清设备实现多角度拍摄和播放，综合5G等技术，通过线上和线下有机结合，从以下几个方面进行解决。

    1）线上实验流程虚拟操作。运用AR沉浸式教学技术，让学生对实验对象（如数字人体解剖系统等）进行虚拟操作;或者运用VR技术、三维成像技术，让学生在移动端进行模拟操作（如形态学数字切片系统等），模拟整个实验操作流程。

    2）线下教师演示观看。通过高清录像系统从多角度对教学操作进行现场直播，学生既可以现场观看，也可以通过高清显示设备观看教师的每个细节操作，还可以通过手机等智能移动设备利用5G高速传输技术观看。

    3）实验操作。通过前两个步骤的学习，学生能够按照标准流程完成实验操作，避免因实验中误操作造成标本损坏、耗材浪费或发生危险。

    4）虚拟操作和视频观看复习。实验课后，学生可以利用VR技术复习操作流程，或通过录播平台回看教师演示操作等。

    混合式临床教学? 医学生后期教学分散于各附属医院，由于师资力量、硬件环境、管理水平、教学督导等存在差距，各附属医院在临床教学质量上有一定差别，这就涉及后期临床教学同质化的问题。医学院校针对这个问题做了大量工作，如对临床教学计划、教学过程、临床教学监督、出科入科考试考核、临床实践操作考核等方面进行了相应的教学质量管理，但对于不同附属医院教学资源不均衡的问题无法解决。考虑到医院实习环境的特殊性和网络环境的有限性，可通过运用5G技术建立“资源共享—远程教学—临床模拟”的教学模式来解决。

    1）建立统一教学资源平台（部署在云端或本地）。整合所有教学资源，将各附属医院优质教学资源放到资源平台上，包括理论课程、虚拟仿真资源、模拟病例、影像资料、远程教学资源等，实现教学资源层面的共享。

    2）建立远程视频教学系统。可以进行PC端、移动端多模式远程视频教学，打通各附属医院教学资源，使医学生可随时随地共享各附属医院优质师资。远程视频系统可以通过自建或租用第三方平台来实现。

    3）运用AR技术和VR技术模拟真实病例进行反复实践。可让医学生深入病情研究、主动学习，实现线上和线下相结合的临床技能培训和临床实践教学模式。

    4）运用5G技术实时传输超高清视频和智能医疗设备数据，实现远程手术示教等。

    5 结语

    本文围绕5G技术、虚拟现实技术、高清技术等技术，对课堂教学、实验教学、临床教学进行教学设计应用研究，并针对医学教学中存在的问题提出解决方案。目前，5G技术在我国应用层面还处于起步阶段，规模部署和许多应用也是刚刚开始。相信在不久的将来，5G技术会更加成熟、稳定，结合IPv6技术，围绕5G技术的各类智能应用在医学教学中的应用前景会更加广阔。

    参考文献

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