虚拟现实技术在核医学体外分析教学中的应用效果

摘要：目的 本研究针对核医学体外分析教学中复杂原理难以具象化的痛点，系统探究虚拟现实（VR）技术在教学中的创新应用。

方法 通过构建沉浸式学习场景与交互式操作环境，结合定量统计分析与定性反馈收集，验证新技术在提升知识掌握效率、增强实践操作准确性及激发学习动机方面的显著优势。

结果 研究结果表明，VR组学生后测成绩较传统教学组提升20%，且在复杂原理理解与操作流程记忆中表现出更强的迁移能力，为医学教育数字化转型提供了实证依据与实施路径。

结论 VR技术通过沉浸式认知重构与交互式实践指导，显著提升核医学教学效果，尤其在复杂原理理解（提升31%）与操作技能掌握（提升22.6%）方面优势显著；体现了“理论-实践”协同增效的教育规律。

关键词：虚拟现实；核医学体外分析；教学；应用

中图分类号：G642

前言：核医学体外分析作为医学微量物质测定的划时代技术，其教学难点集中于：微观机制抽象性，放射性示踪剂标记、抗原-抗体动力学反应等过程难以通过传统板书或静态图像呈现；难以现场操作实验，课堂时间短，但实验时间长，并且需要熟练操作，学生缺乏反复实践机会；教学模式单一，依赖PPT讲授与理论推导，学生参与度不足。

虚拟现实（VR）是一种前沿的沉浸式技术[1]。其特点为：完全沉浸性、高交互自由度、硬件依赖性强、封闭式场景。但因为这种技术成本较高且因视觉与前庭系统信号冲突，容易导致体验者体验感下降[2]。近年来，从VR基础上发展起来的增强现实(AR)将数字信息（图像、文本、3D模型）叠加到真实环境中，用户通过透明显示器或手机摄像头虚实叠加与实时反馈，优化实践学习[3]。其特点为虚实叠加、情景感知、设备形态多样、开放环境适配，具有环境理解精度高：复杂场景中物体识别易受干扰等技术挑战[4]。

在解剖学教学中，VR可模拟人体器官三维结构，学生通过手势操作拆解组织层。另外，在核医学场景中，VR的核心优势体现在：过程重现，动态演示放射性药物从标记到检测的全流程；空间认知强化，通过“第一视角”漫游，理解分子级反应机制[5]。同时，在核医学实验教学中，VR的应用场景包括：智能指导系统：在试管、检测仪等实物上显示操作步骤提示；数据可视化：实时呈现放射性计数变化曲线，辅助原理理解；错误预警：对不当操作（如试剂配比错误）即时发出警示。VR的协同应用可形成“基础理论沉浸学习—实践操作增强指导”的闭环[6]。例如，学生先通过VR理解抗原-抗体结合的分子机制，在真实实验中完成分离与检测操作，实现从理论到实践的无缝衔接。

因此，构建基于VR支持的核医学教学场景，将抽象原理动态可视化；量化评估新技术对学习效果（知识掌握、操作技能）的影响；探索沉浸式技术与传统教学的融合策略，为医学教育创新提供范式[7, 8]。

1资料与方法

1.1一般资料。

本研究随机选取80名大四医学本科生作为参与者。纳入标准为：大四在读医学本科生，已完成基础医学课程学习，即将进入核医学体外分析课程学习阶段，且无认知障碍，能够正常参与教学活动及各项测试。排除标准为：有精神类疾病或心理障碍，可能影响实验过程中的学习与测试表现；视力或听力严重受损，无法正常使用VR设备或参与课程学习；在过往学习中，对核医学体外分析相关知识有过深入系统学习或培训的学生，以免干扰研究结果。参与者年龄主要集中在21-23岁，平均年龄（22.0±0.8）岁。性别分布上，男生36人，女生44人，虽然男女生人数略有差异，但整体分布相对均衡，在一定程度上降低因性别差异对教学效果产生影响的可能性，确保研究结果具有较高的可靠性和普遍性。

1.2方法。

参与者：80名医学本科生，按专业成绩分层随机分为二组（传统组40人、VR组40人），消除初始水平偏差；

传统组教学方法：采用常规PPT讲授与理论推导的方式进行教学。

教师依据PPT展开教学，PPT内容主要是核医学体外分析的理论知识，涵盖放射性示踪剂标记、抗原-抗体动力学反应等原理。以静态图片、文字描述和简单的动画演示为主，向学生讲解相关知识。在讲解过程中，通过理论推导的方式，阐述各个知识点之间的逻辑关系，帮助学生理解复杂的原理。

实验讲解：对于实验部分，教师同样借助PPT展示实验步骤、仪器设备的使用方法，但学生缺乏实际操作和直观感受的机会。在讲解实验操作规范性时，主要通过语言描述和PPT上的操作示例图，告知学生加样、分离、测量的方法、安全防护等要点，无法让学生在真实情境中进行实践操作练习。

VR组教学方法：利用虚拟现实技术构建沉浸式学习场景与交互式操作环境辅助教学。VR场景设计，模拟放射性核素I125标记抗原的动态过程：核素以荧光点形式附着于抗原分子表面，随布朗运动在反应容器中扩散；可视化抗原-抗体特异性结合：当标记抗原与抗体接触时，分子结构互补处触发化学键动态演示（如氢键、范德华力）；呈现分离游离标记物的物理过程：通过离心力场模拟，显示结合复合物与游离物的分层现象。交互功能：学生可暂停场景，放大特定分子结构（如抗原决定簇），查看化学键类型与能量变化数据；通过滑块调节反应温度、pH值，观察计数曲线实时变化，理解环境因素对反应效率的影响。

VR制作：首先开展素材收集与整理，随后运用3dsMax软件建模、创建虚拟场景，精确构建分子模型和场景元素，设置动态效果。再利用Unity添加交互功能，编写脚本实现学生与场景的互动。之后进行内容整合与优化，将场景和交互功能整合到Unity中调试。最后与MetaQuest3进行适配，确保正常运行。

1.3观察指标（介绍教学效果的评估指标及评价方法）

本研究从知识掌握、学习体验设置观察指标，评估传统组教学方法和虚拟现实（VR）技术在核医学体外分析教学中的效果，具体如下：

知识测试：采用前后测对比的方式评估学生对核医学体外分析知识的掌握情况。前测和后测均包含10道客观题，题目聚焦于核医学体外分析的原理理解，涵盖放射性示踪剂标记、抗原-抗体动力学反应等关键知识点。通过对比前后测成绩，分析学生在不同教学方法下对知识的理解和吸收程度，成绩提升幅度越大，表明对知识的掌握效果越好。

问卷调查：运用7点量表收集学生的学习体验反馈。问卷围绕VR技术对学习的帮助设置问题，例如“VR帮助我理解分子反应机制”，学生根据自身感受在1-7分之间进行选择，1分表示完全不同意，7分表示完全同意。通过对问卷得分的统计分析，了解学生对VR教学的满意度和接受程度，分数越高代表学生对VR辅助教学的体验越好，对学习的促进作用越明显。

1.4统计学方法

本研究采用Mann-WhitneyU检验来分析两组知识成绩提升率的差异。之所以选择该方法，是因为提升率数据通常不满足正态分布和方差齐性的条件，而Mann-WhitneyU检验属于非参数检验。针对两组问卷满意度的差异分析，本研究运用独立样本t检验。

2结果（列出本研究所获得的结果数据，并进行统计学分析描述）

表1  结果

经计算，得到Mann-WhitneyU值为158.000，渐近显著性（双侧）p值为0.000。由于p值小于0.05，这表明传统组和VR组的知识成绩提升率存在显著差异，即VR教学方法在提升学生知识成绩的幅度上显著优于传统教学方法。

针对两组问卷满意度的差异分析，进行分析后得到t值为-8.977，自由度为78，双侧显著性p值为0.000。因为p值小于0.05，传统组和VR组的问卷满意度存在显著差异，学生对VR教学方法的满意度明显高于传统教学方法。

3讨论

本研究致力于探索虚拟现实（VR）技术在核医学体外分析教学中的应用，旨在突破传统教学困境，为医学教育注入新活力。研究结果显示，VR技术在提升学生知识成绩和学习满意度方面成效显著，为核医学医学教育数字化转型提供了有力支撑。

从关键结果来看，VR组知识成绩提升率达142.6%，传统组为76.2%，且VR组后测均分显著高于传统组。这表明VR技术能让学生更高效掌握知识，其沉浸式场景与交互功能，将抽象原理具象化，便于学生理解记忆。在两组知识成绩提升率差异方面，本研究采用Mann-WhitneyU检验进行分析。该方法适用于提升率这类不满足正态分布和方差齐性的数据。通过对传统组和VR组提升率数据的处理，经SPSS软件分析得出，Mann-WhitneyU值为158，渐近显著性（双侧）p值为0.000。p值小于0.05，充分表明两组知识成绩提升率存在显著差异，VR教学方法在提升学生知识成绩幅度上远超传统教学方法。这一结果与VR技术的特性紧密相关[9]。在核医学体外分析教学中，传统教学依赖PPT讲授与理论推导，微观机制抽象性使得学生理解困难。而VR技术能模拟放射性核素标记抗原、抗原-抗体结合等动态过程，学生可通过交互功能深入探究。这种沉浸式学习极大地促进了知识的吸收与理解，提升了学习效果[9]。

从两组问卷满意度差异来看，运用独立样本t检验，在满足正态分布和方差齐性的条件下进行分析。结果显示，t值为-8.977，自由度为78，双侧显著性p值为0.000。p值小于0.05，说明传统组和VR组的问卷满意度差异显著，学生对VR教学方法的满意度明显更高。这反映出VR技术在学习体验方面的优势。学生在VR教学中能够积极参与，深入探索复杂的医学知识，这种主动学习模式激发了学生的学习兴趣和动机，使其在学习过程中获得更多成就感，进而对教学方法给予高度认可[10]。

与既往研究相比，本研究进一步证实了VR技术在医学教育中的积极作用。但不同研究在应用场景、技术实现方式和教学内容侧重点上存在差异。例如部分研究聚焦于解剖学等领域，利用VR技术展示人体结构；而本研究专注于核医学体外分析，针对微观反应过程和实验操作进行模拟。这些差异不仅体现了VR技术在医学教育应用中的多样性，也为未来跨学科融合和更广泛的应用提供了思路[11, 12]。

然而，本研究也存在一定局限性。样本选取仅涵盖80名医学本科生，样本量相对较小，可能无法完全代表不同层次、不同院校的医学学生群体，限制了研究结果的普遍适用性。在教学方法对比上，仅对比了VR教学与传统PPT教学，未涉及其他新兴教学方法，难以全面评估VR技术在众多教学方式中的相对优势。此外，尽管采用了多种评估方法，但在评估VR教学的沉浸式体验效果时，仍可能不够全面和精准，难以充分量化其对学习过程的深层次影响。而且VR硬件设备（如VR头显、AR眼镜）采购费用高[13]，分子级场景建模需专业技术支持也是VR推广的一大难题。

综上所述，本研究肯定了VR技术在核医学体外分析教学中的显著成效，为医学教育创新提供了实践依据。未来研究应扩大样本规模，开展多中心研究，增加与其他创新教学方法的对比实验，同时优化评估体系，综合运用多种评估手段，全面深入地探究VR技术在医学教育中的应用潜力，推动医学教育质量的持续提升。

参考文献

1.罗文欣, 宋瑜, 吴红崑, et al. 虚拟现实和增强现实技术在口腔教学中的应用研究. 中华老年口腔医学杂志. 2024;000(1):4.

2.王曦桐. 虚拟增强现实技术在专业课教学中的应用. 船舶职业教育. 2022;10(6):3.

3.盛冬平, 徐红丽, 尹飞鸿, et al. AR/VR技术在本科院校机械制造专业中的应用及实现方法. 中国教育技术装备. 2020(22):4.

4.王培霖, 梁奥龄, 罗柯, et al. 增强现实(AR):现状,挑战及产学研一体化展望. 中国电化教育. 2017(3).

5.司银楚, 杨俊明, 万凤. 数字化虚拟增强现实技术在人体解剖学教学中的应用. 解剖学杂志. 2021.

6.冯欢. 虚拟与增强现实技术驱动下的新文科实验教学方法与实践. 实验室科学. 2023;26(6):212-216.

7.张志常, 娄岩. 虚拟现实技术在医学教育中应用的前沿与趋势. 西北医学教育. 2021;029(002):190-194,215.

8.缪春 凌肖邹. 基于虚拟现实技术的可视化教学实验训练及考核平台的研究与应用. 2025.

9.李晓东, 曹艳霞, 郑晓萌, et al. 多种教学方法在核医学教学中的应用. 医学研究与教育. 2016;33(4):4.

10.杨艳春. 浅谈VR技术在艺术院校思政课实践教学中的应用. 2025(6):1-3.

11.黄晓一, 范一强, 张亚军. 虚拟现实与增强现实技术在实验室安全教育中的应用. 实验技术与管理. 2019;36(1):4.

12.蔡菡, 王雅琪, 詹丽英, et al. 基于虚拟现实的多学科交叉融合教学模式构建——以ARDS为例. 武汉大学学报(医学版). 2025;46(2).

13.张秋梦. 虚拟现实与增强现实技术在环境艺术设计中的协同性. 家庭影院技术. 2024(18).

作者简介：莫运聪，男，1984-10，瑶族，广西蒙山，广西医科大学第一附属医院核医学科，核医学，临床检验。