增强现实结合翻转课堂在“针灸学”教学中的应用与探索

Exploration of augmented reality technology combined with flipped classroom in the teaching of Acupuncture and Moxibustion

摘要

目的 探讨增强现实技术联合翻转课堂在针灸学临床教学中的应用效果，为临床教学模式的改革提供参考方案。 方法 将2022年贵州医科大学有“针灸学”教学课程安排的学生以班级为单位按照1∶1的比例分为两组，在均等的两组班级中各随机抽取48名学生作为研究对象。其中，试验组以增强现实（AR）软件平台为教学基础，采用翻转课堂模式，对照组采用常规传统教学模式，综合考察学生的理论掌握情况和教学满意度。 结果 试验组的平时考核成绩和期末考核成绩均优于对照组［M（Q1~Q3）分别为80.5（72.3~88.0）vs.72.5（65.8~77.0），P<0.001；71.0（62.0~77.3）vs.65.0（58.0~69.0），P=0.003］，学期末问卷调查的结果发现试验组在对知识点记忆、知识理解程度、课程满意度、教师满意度、课程兴趣度方面均优于对照组［M（Q1~Q3）分别为16.0（15.0~17.0）vs.14.0（13.0~15.0），P<0.001；16.0（15.0~16.3）vs.12.0（11.0~13.0），P<0.001；16.0（16.0~17.0）vs.12.0（11.8~13.3），P<0.001；16.0（15.0~17.0）vs.12.0（11.0~13.0），P<0.001；17.0（15.0~18.0）vs.10.0（9.0~13.0），P<0.001］。 结论 增强现实技术联合翻转课堂在针灸学临床教学中相比于传统教学模式有独特优势，可提升临床教学效果，激发学生学习兴趣，加深学生的学习记忆。

Abstract

Objective To explore the application effect of augmented reality (AR) technology combined with flipped classroom in clinical teaching of Acupuncture and Moxibustion and provide some reference for the transformation of clinical teaching mode. Methods We divided the students who took Acupuncture and Moxibustion course at Guizhou Medical University in 2022 into two groups at a ratio of 1:1 on a class basis; 48 students randomly were selected from each of the two parallel classes as research subjects. Among them, the experimental group used the flipped classroom mode on the AR software platform as the teaching basis, while the control group used the conventional traditional teaching mode. We comprehensively examined the students’ mastery of theories and satisfaction with the teaching. Results The experimental group’s during-semester assessment scores and final assessment scores were better than those of the control group [M(Q1~Q3)were 80.5(72.3~88.0) vs. 72.5(65.8~77.0), P<0.001; 71.0(62.0~77.3) vs. 65.0(58.0~69.0), P=0.003]. The results of the end-of-semester questionnaire survey revealed that the experimental group outperformed the control group in memory of knowledge points, knowledge understanding, course satisfaction, teacher satisfaction, and course interest [M(Q1~Q3)were 16.0(15.0~17.0) vs.14.0(13.0~15.0), P<0.001; 16.0(15.0~16.3) vs. 12.0(11.0~13.0), P<0.001; 16.0(16.0~17.0) vs. 12.0(11.8~13.3), P<0.001; 16.0(15.0~17.0) vs. 12.0(11.0~13.0), P<0.001; 17.0(15.0~18.0) vs. 10.0(9.0~13.0), P<0.001]. Conclusion Compared with the traditional teaching mode, AR technology combined with flipped classroom teaching has unique advantages in the clinical teaching of Acupuncture and Moxibustion in that the new mode can significantly improve the clinical teaching effect, stimulate students’ interest in learning this course, and deepen students’ learning and memory.

关键词

翻转课堂 / 增强现实 / 针灸学 / 教学改革

Key words

flipped classroom / augmented reality / Acupuncture and Moxibustion / teaching reform

针刺临床操作及手法练习是针灸教学非常重要的环节之一^[1]，而在实际教学活动中，越来越多的一线教师发现，学生不愿接受抽象的传统教学方法。其主要原因为单纯理论授课很难使学生拥有沉浸式参与和互动感，导致学生学习的主动性、积极性差，教学效果不尽如人意。当前，学生接受新鲜事物的能力很强，接收信息的渠道也更广泛，因而被动式学习的传统教学模式愈发不适应当前的教学要求，针灸学教学模式的改革与创新尤为紧迫。

虚拟现实技术是利用计算机技术平台搭建仿真学习环境，具有强烈的沉浸式、参与感与交互感，可为学生提供模拟仿真实操环境，随时进行实践操作练习，能够使学生自觉、深度参与其中，已经被广泛应用于虚拟人体结构、虚拟医学实验和虚拟临床实践等医学教育领域^[2]。翻转课堂教学模式是近年来各大医学院校教学中广泛流行的一类教学改革新模式，是一种打破知识单向输出的新教学模式^[3]，将其与虚拟现实技术及增强现实技术相结合，以师生间多维互动为主导，将接收知识过程从传统的“课堂上”转变为“课前、课中、课后”全过程，可以充分调动学生的主动求知欲^[4]。此次研究拟探讨“增强现实技术+翻转课堂”教学模式在针灸学教学中的具体应用及效果。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象及分组

选择贵州医科大学有“针灸学”课程教学安排的班级学生为研究对象，遵循完全随机化对照的实验原则，将纳入研究的学生以班级为单位按照1∶1的比例分为对照组和试验组，在均等的两组班级中各随机抽取48名学生作为研究对象。其中，试验组以“寻艾”、“3Dbody”及“AR艾融融”三种手机软件数字平台为基础，以“发现问题—解决问题”为思维路径，实行师生共同推进课程进度的教学模式；对照组采用常规教学模式，即以教师为主导，以传统课堂为授课方式，配合使用多媒体教学的知识输出模式。

1.2 教学方法

1.2.1 试验组

在班级内建立人数为5~6人的学习小组。在每一节课开始前一周，教师利用“寻艾”手机软件及“AR艾融融”手机软件中的AR增强现实学习功能，引导学生对大纲规定内容（如穴位定位、经络走行等）进行初步了解。在增强现实软件的可视化模拟成像中，学生自行找寻兴趣点及疑问点并汇总成列表，而后以小组为单位围绕列表内相关问题及兴趣点，通过各种渠道自行资料收集、开展小组内独立探索。在这一过程中掌握与经络腧穴相关的解剖、病理生理等基础知识以及主治要点和治疗原则，并在上课前一天将汇总列表发至教师处，由教师提炼、汇总信息用于课上教学。

教师在每一节的课上兼具教师与主持的职责。课前收集各小组已掌握线索，归纳统筹并排序；在课堂上以线索列表为主，引导学生掌握相关知识体系，指导小组进行讨论及各组代表上台发言进行知识分享。在讨论及共享期间，教师引导学生反复利用AR软件对相关知识点进行学习和梳理，结束后总结归纳知识点并点评学生表现。课堂中充分利用增强现实软件优势，确保学生对每一个知识点具有真实画面感，将穴位、经络与解剖、生理知识相结合以帮助学生加强记忆和理解。

在刺法灸法阶段，结合教学进度，引导学生利用AR软件同时结合3Dbody软件，将局部解剖与穴位结合模拟操作练习。在课堂上进行相关模拟测验考核，在真实场景下操作针刺，感受不同针刺深度在不同组织上的感觉，以实际体验加强记忆和理解。

1.2.2 对照组

课前发布预习课件，指示学生对课程先行预习、预读。课上以课件为引导，将重点和难点着重讲解，根据实际情况进行课上答疑及师生互动；在刺法灸法阶段，针对动手操作部分，利用课堂多媒体教学平台，采用图片+视频形式开展教学。根据课程需要及课程进度完成情况，安排实践操作练习。

1.3 教学效果评估

在课程进程到第9周后（共18周教学）、期末结课考试后、结课考试6个月后，共3个时间节点对课题涉及班级的学生进行问卷调查，以及学期结束后进行试卷考核。

问卷调查由5部分构成，包含同一知识点的记忆情况、知识理解程度、课程满意度、教师满意度、课程兴趣度。前两部分各由20道选择题构成，3次调查的题目各不相同；后三部分为学生主观评分，每部分评分20分满分，调查问卷总分100分。

试验组采用50%平时成绩（模拟练习、实验报告、课前自主学习、小组讨论、小组课堂展示）+50%期末考试成绩；对照组采用50%平时成绩（模拟练习、小组课堂展示）+50%期末考试成绩。期末考核方面，两组均采用线下闭卷考试+实践操作考核的方式。

1.4 统计分析方法

将所有资料数据汇总并录入到Jamovi 2.3.21进行统计学分析。不符合正态分布的计量资料采用M（Q1~Q3）描述，数据采用Mann-Whitney U检验分析；计数资料以n(%)表示，组间比较采用χ²检验。以P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料

该研究随机抽取96名学生作为研究对象，全部96名学生均无相关专业知识系统性学习史。其中，试验组48人，男性23人（47.9%），女性25人（52.1%）；对照组48人，男性24人（50.0%），女性24人（50.0%）。两组学生性别差异无统计学意义（χ²=0.041，P=0.839）。专业学习基础方面，两组基线一致。

2.2 考核成绩

试验组的平时考核成绩和期末考核成绩均优于对照组[M（Q1~Q3）分别为80.5（72.3~88.0） vs. 72.5（65.8~77.0），P<0.001；71.0（62.0~77.3）vs. 65.0（58.0~69.0），P=0.003]，如表1所示。

2.3 问卷调查

问卷调查方面，本研究分别在第9周、期末、6个月后，共三个时间节点对知识点记忆、知识理解程度、课程满意度、教师满意度、课程兴趣度五个维度进行以学生自身为视角的问卷调查，并以体系性授课完成的期末时间点调查数据为代表对两组数据进行比较，结果显示试验组学生的分数均高于对照组，且差异具有统计学意义（Ｐ<0.05），如表2所示。

3 讨论

3.1 试验组与对照组的结果分析

表1结果显示，对照组成绩整体较试验组偏低，表明从宏观结果判断，试验组的教学模式具有更高效的知识传授效率；但对照组的成绩波动范围更小，考虑在本次研究中对照组采用传统教学模式，因而其考核成绩反映了传统教学模式在学生理论掌握上更具有稳健性和均衡性，说明传统教学在传授知识的稳定性上具有一定的优势，可以培养出相对统一的学习型人才，但较难选拔出有创新型和领导型人才。

而表2的调查问卷结果中，试验组在知识点记忆、知识理解程度、课程满意度、教师满意度、课程兴趣度共五个维度的评分均优于对照组，且具有统计学意义，说明结合AR及VR的新型教学模式，更能被学生所接受，且从知识记忆及理解两项指标分析，试验组的新教学模式，尤其对于思维活跃、自主性强的学生，可极大地激发其学习和思考的兴趣并正向反馈于最终考核结果，对于动觉型学生的潜力挖掘效果是巨大的^[5]。

3.2 AR辅助翻转课堂的应用与成效

1991年，翻转课堂的教学理念最早由Mazur Eric提出^[6]，在美国迈阿密大学、美国科罗拉多州的林地公园高中等多位教授、教师的不断完善和推动下，这种“颠倒教学”模式激活差异化教学的方法在美国中小学率先获得推广应用^[7]。2013年由华东师范大学引入我国^[8]，这种全新的教育模式对我国传统教育产生了巨大的影响，借助互联网等信息技术的不断发展，很快得到新生代教育界人士的认同和实施。

翻转课堂教学模式最显著的特征是教学手段现代化、教学资源科技化、教学程序扁平化，其优势是能够顺应新时代学生思维发展趋势，因势利导，可充分利用学生对未知的求索欲望引导其主动学习，在课堂上弱化了教师的主导地位，调动了学生的积极性，在AR与VR技术的加持下，翻转课堂教学使得学生具有了更深度的实景化参与感，因而教师的讲授效率得到进一步提升^[9]。在此次研究中，笔者结合了“寻艾”、“AR艾融融”等多个手机软件应用于教学，让学生在学习的全过程中均有实际画面甚至立体画面。在实践练习阶段，在自身针刺练习中结合“3Dbody”软件的解剖结构展示，通过教师的引导使用相关资源，学生的学习达到事半功倍的效果，并最终体现在成绩考核及问卷调查结果中。在当今新时代的大背景下，混合式教学在医学教学领域已成为重要的研究发展方向^[10]。

然而，翻转课堂教学结合AR技术同样存在一定的不足，如在真实应用场景下的技术门槛较高。虽然当前有部分教材和互联网公司在探索AR和VR技术融合翻转课堂教学模式，但由于投入产出时间漫长，在当前仍以市场化操作为主导的阶段制约了该种教学模式的快速发展。同时，由于相关软件对硬件性能的要求，并非全部学校都具备相应的硬件基础，因而容易出现教育不公平现象。此外，翻转课堂模式对教师的上课思维和理念产生了一定程度的冲击，教师需要“化领导为引导”，将大量的精力用于课前和课后阶段，而且学生具有发散性思维，相较于之前教师须储备更多的知识，对教师的专业能力、信息素养要求更高。这导致部分教师对翻转课堂教学模式改革较为抗拒。

3.3 教学模式的革新

依赖前沿科技手段的教学模式对教师如何有效掌握运用是一项巨大挑战，而教师与学生在思维方式上的同步是翻转课堂成功的关键因素。笔者考虑到高年资教师对新兴技术驾驭难度较大的问题，因而试验组由青年教师担任，以确保教师思维灵活性与学生基本保持一致；同时为了避免高估或低估学生能力，本研究所采用的课前汇总、期中问卷调查成为最重要的学情分析渠道^[11]，以利于教师实时微调教学进度和内容，以把握教学方向。

充分利用现有AR技术并使之为教学服务是此次研究的目标。在授课的不同阶段采用不同的软件组合以利于提高教学效果^[12]。如在经络总论和腧穴总论部分，针对内容枯燥晦涩问题发挥翻转课堂优势，以小组讨论辅以教师串讲；AR部分以“寻艾”“AR艾融融”中的经络全貌展示吸引学生的兴趣，其展示的经络走行、规律、生理结构等，更易使西医院校学生产生兴趣进而有主动学习的欲望；经脉穴位学习环节，AR软件的优势则更加明显；刺法灸法教学中，除AR软件的使用之外，还结合了3Dbody的生理结构展示，更有利于学生在实操中对穴位下生理组织结构的认知，如表2所示，试验组在知识理解程度及记忆程度方面均优于对照组，即是这一优势的具体体现。

表2中学生对课程满意度及对教师满意度的结果可判断，新型教学模式相较于传统模式能提升学生的学习主动性，这一显著性的提升最终体现在测试成绩的显著改善，而学生的主动求知在缓解教师端授课压力的同时，还可极大地提高学生的学习效率，使“教授—学习”这一过程构成双驱动力的良性循环。

4 结束语

教育思想、教育观念的改革发展应与社会发展同步，方能确保为社会持续不断地输送人才^[13]。当前，医学教育模式正朝着信息化、数字化的方向发展，在整体技术水平的不断提升下，教育端和需求端的对接更加紧密，因而对教师教育能力的要求已不仅仅是传授既往固有知识，其思维方式、语言技巧、授课模式都将直接影响授课成效^[14-16]。在未来发展方面，AR与VR技术融合翻转课堂教育模式的高效优势，将为医学教育整体发展提供强大推动力。

参考文献

[1] 袁宏伟, 李琰峰. 针刺手法在针灸教学中的重要意义[J]. 中国中医药现代远程教育, 2022, 20(22): 100-101.

[2] 李云, 罗刚, 凌冠华, 等. 虚拟现实技术在医学教育中的应用[J]. 检验医学与临床, 2014, 11(17): 2485-2487.

[3] 史梅莹, 陈海燕, 陆义芹, 等. 翻转课堂、 PBL教学法结合技能实训在中医妇科学住院医师规范化培训中的应用[J]. 中国中医药现代远程教育, 2023, 21(5): 1-3.

[4] 张选平, 贾春生, 邢海娇, 等. 虚拟现实针灸教学系统的应用与探索[J]. 河北中医药学报, 2022, 37(1): 61-64.

[5] 张炜琴. AR教学提升动觉型学习者学习效果的实验研究[D]. 金华: 浙江师范大学, 2021.

[6] ERIC M. Can we teach computers to teach?[J]. Journal of Computational Physics, 1991, 5(1): 31-38.

[7] SCARDAMALIA M, BEREITER C. Knowledge building: Theory, pedagogy, and technology[M]. New York: Cambridge University Press, 2006: 97-118.

[8] 时晓玲. 全国20余所高中联手创建C20慕课联盟在线公共课[N]. 中国教育报, 2013-08-14(1).

[9] 牟芬, 陈红, 李玲玲, 等. AR技术在医学教学及临床中的应用价值[J]. 高校医学教学研究(电子版), 2019, 9(5): 31-35.

[10] 甘有洪, 高碧云, 曾晓娟, 等. 混合式教学在医学教育中的研究现状、 热点及趋势: 基于CiteSpace的知识图谱分析[J]. 中国医学教育技术, 2023, 37(2): 125-131.

[11] 李宝金, 李桃花, 余丽, 等. 针灸经典教学改革中学情分析的实践与探讨[J]. 医学教育研究与实践, 2020, 28(6): 942-945.

[12] 周丽芬, 马宁芳, 章喜明, 等. 基础医学虚拟仿真实验教学资源建设及教学软件研发与应用[J]. 基础医学教育, 2019, 21(8): 666-670.

[13] 吴末生, 李桂源. 医学临床教学基地建设与优化浅论[J]. 中国现代医学杂志, 2003, 13(12): 155-158.

[14] 张敏. 试论针灸教学改革创新的意义[J]. 中国医药指南, 2013, 11(28): 280-281.

[15] 唐雅妮, 杜琳, 陈美琳, 等. 从发展现状探析针灸教学改革创新[J]. 中国中医药现代远程教育, 2017, 15(11): 22-24.

[16] 林佳婷, 陈玲, 徐振华, 等. 以学生为中心的针灸学混合式教学模式改革[J]. 中国中医药现代远程教育, 2022, 20(23): 155-157.

基金资助

贵州医科大学本科教学内容和课程体系改革项目(JG2022069)