虛擬仿真系統(tǒng)在現(xiàn)場流行病學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

胡 琴，張 耀，向 穎，鄔 娜，賈瀟岳，袁志權(quán)，陳 崢，夏婷婷，馬翔宇，李亞斐

陸軍軍醫(yī)大學(xué)軍事預(yù)防醫(yī)學(xué)系軍隊流行病學(xué)教研室（重慶 400038）

近年來，突發(fā)公共衛(wèi)生事件頻發(fā)，對我國應(yīng)急處置能力提出了更高的要求[1]?，F(xiàn)場流行病學(xué)課程強(qiáng)調(diào)將流行病學(xué)研究方法應(yīng)用于突發(fā)公共衛(wèi)生事件調(diào)查處置中，旨在傳授學(xué)生現(xiàn)場處置突發(fā)公共衛(wèi)生事件的基本知識，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力[2-3]。但目前教學(xué)體系普遍存在“重理論，輕實踐”的現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)生現(xiàn)場實踐技能欠缺[4]。為促進(jìn)建設(shè)更豐富多元、靈活適用的實驗教學(xué)中心，教育部提出建設(shè)國家級虛擬仿真實驗室的計劃[5]。虛擬仿真系統(tǒng)利用現(xiàn)代化信息技術(shù)，通過模擬高度仿真的突發(fā)公共衛(wèi)生事件處置現(xiàn)場，為學(xué)生搭建一個無風(fēng)險、可調(diào)控、可重復(fù)的專業(yè)知識與技能實戰(zhàn)化訓(xùn)練平臺，縮小理論教學(xué)與現(xiàn)場處置的差距，加深學(xué)生對理論知識的理解，突出學(xué)生主體地位的教學(xué)理念，充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動性，增強(qiáng)學(xué)生實踐能力[6-8]。本文就虛擬仿真系統(tǒng)在我校突發(fā)公共衛(wèi)生事件現(xiàn)場流行病學(xué)實踐教學(xué)中的建設(shè)與應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 突發(fā)公共衛(wèi)生事件現(xiàn)場流行病學(xué)課程介紹

1.1 課程概述

采用虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，以某地一起突發(fā)公共衛(wèi)生事件（傳染病疫情）為背景，以事件現(xiàn)場調(diào)查和處置為導(dǎo)向，闡述事件發(fā)生后現(xiàn)場流行病學(xué)調(diào)查和事件處置的要求與程序，加強(qiáng)學(xué)生對理論知識的掌握和實踐技能的訓(xùn)練。

1.2 教學(xué)內(nèi)容

理論學(xué)習(xí)：全流程演示疾病暴發(fā)或聚集性疫情防治原則，傳染病疫情暴發(fā)后事件的級別判定，上報時限及責(zé)任人，傳染病疫情三級防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場流行病學(xué)調(diào)查和處置方法、要求和注意事項，以及資料的分析方法和報告撰寫要點等。

實踐技能訓(xùn)練：包括核實暴發(fā)情況，啟動應(yīng)急預(yù)案，成立應(yīng)急救援小組，物資準(zhǔn)備，個人防護(hù)服的穿脫，劃定疫區(qū)疫點，設(shè)置警戒帶，流行病學(xué)個案調(diào)查，傳染病報告卡的填寫，環(huán)境的偵察與樣品的采集檢測，病例的救治和隔離，新病例的搜索與核實，密切接觸者的確定與處置，消毒藥品的選擇、配制和實施，以及數(shù)據(jù)分析和報告撰寫等。

流行病學(xué)思維訓(xùn)練：以突發(fā)事件的暴發(fā)到現(xiàn)場流行病學(xué)調(diào)查和處置為主線，訓(xùn)練學(xué)生探索流行病學(xué)理論和方法的應(yīng)用規(guī)律，培養(yǎng)和塑造學(xué)生宏觀、全面和預(yù)見性的思維理念，提高學(xué)生現(xiàn)場流行病學(xué)調(diào)查和處置技能。

1.3 課程設(shè)置

課程共計10個學(xué)時，其中，理論學(xué)習(xí)3個學(xué)時，虛擬仿真系統(tǒng)實踐操作與考核4個學(xué)時，數(shù)據(jù)分析和報告撰寫3個學(xué)時。

2 突發(fā)公共衛(wèi)生事件現(xiàn)場流行病學(xué)虛擬仿真系統(tǒng)的建設(shè)

2.1 開發(fā)與設(shè)計

突發(fā)公共衛(wèi)生事件現(xiàn)場流行病學(xué)虛擬仿真系統(tǒng)由我校與某計算機(jī)軟件公司合作研發(fā)，是一套將三維虛擬仿真技術(shù)融入現(xiàn)場流行病學(xué)實踐教學(xué)的訓(xùn)練系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用基于Microsoft的NET平臺和SQL Server數(shù)據(jù)庫，使用C/S三層體系結(jié)構(gòu)和DirectX三維技術(shù)引擎建立，以虛擬仿真—現(xiàn)場實踐為主線，將專業(yè)理論知識、方法運用和實操訓(xùn)練相結(jié)合，綜合運用案例啟發(fā)、情景模擬和自主學(xué)習(xí)等多種教學(xué)方法與手段。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)想

實操模擬：在三維虛擬場景中，系統(tǒng)自動提示界面中各個模塊及任務(wù)功能，進(jìn)行初步引導(dǎo)，學(xué)生根據(jù)提示按步驟模擬完成下列操作：①疫情核實與上報；②任務(wù)分組；③穿戴防具、選擇攜帶裝備；④現(xiàn)場問詢及個案調(diào)查；⑤采集樣本與檢測；⑥根據(jù)癥狀得出結(jié)論；⑦消殺滅；⑧脫下防具；⑨后續(xù)措施等。

學(xué)習(xí)評價與反饋：實訓(xùn)目標(biāo)達(dá)成與考核結(jié)果的判定應(yīng)緊密切合操作步驟及任務(wù)內(nèi)容，同時結(jié)合實踐目標(biāo)和要求，合理配置各任務(wù)評分，區(qū)分重難點，使評分體系能夠切實評價學(xué)生知識和操作技能的掌握情況。操作系統(tǒng)通過自動記錄、存儲和分析相關(guān)數(shù)據(jù)，如參加訓(xùn)練人員的基本信息、學(xué)習(xí)時長、操作次數(shù)、分?jǐn)?shù)等，形成用戶操作日志，并進(jìn)行統(tǒng)一管理。同時，系統(tǒng)操作反饋能夠及時發(fā)現(xiàn)任務(wù)設(shè)置的漏洞與缺陷，并即時反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，以便教師及時更新實訓(xùn)內(nèi)容，完善和改進(jìn)操作流程。

2.3 功能模塊

設(shè)定理論學(xué)習(xí)、實驗簡介和虛擬仿真實踐操作三部分，學(xué)習(xí)內(nèi)容涵蓋傳染性疾病暴發(fā)后現(xiàn)場調(diào)查和事件處置的全過程，包括模擬疫情暴發(fā)現(xiàn)場、疫情核實與報告、現(xiàn)場流行病學(xué)調(diào)查、采樣檢測與病例發(fā)現(xiàn)、資料分析總結(jié)、事件控制與處理六個模塊（圖1），為學(xué)生理論知識學(xué)習(xí)、實踐技能訓(xùn)練與流行病學(xué)思維理念培養(yǎng)提供平臺。各任務(wù)模塊分別代表傳染病疫情調(diào)查與處置的不同環(huán)節(jié)，可重復(fù)操作訓(xùn)練。此外，該平臺將教學(xué)、訓(xùn)練與考核融為一體，通過教師端可即時查看學(xué)生學(xué)習(xí)情況，實時更新教學(xué)內(nèi)容，不斷改進(jìn)教學(xué)實踐質(zhì)量。

圖1 虛擬仿真系統(tǒng)實踐操作任務(wù)模塊Figure 1. Virtual reality simulation system practical operation task module

2.4 系統(tǒng)場景設(shè)置

學(xué)生通過扮演某疾病預(yù)防控制中心工作人員，利用虛擬仿真系統(tǒng)進(jìn)行交互性操作訓(xùn)練，包括事件發(fā)生現(xiàn)場、疾病預(yù)防控制中心、資料分析室等5個場景以及18個任務(wù)內(nèi)容，詳見圖2、表1。

圖2 系統(tǒng)場景和任務(wù)要點Figure 2. System scenarios and mission points

表1 虛擬仿真系統(tǒng)各場景任務(wù)安排Table 1. Task arrangement for each scene of the virtual reality simulation system

2.5 實操考核

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)要求，預(yù)先設(shè)定實操模擬題類型及數(shù)量，形成題庫，考核題型分為單選題、多選題及其他題型，共30道，對各操作環(huán)節(jié)進(jìn)行考核，并對各考點進(jìn)行點評。操作成績按計分制核算，滿分100分，結(jié)束考核操作程序，即時公布各部分總分及正確答案，形成考核報告（圖3）。

圖3 虛擬仿真系統(tǒng)考核報告Figure 3. Virtual reality simulation assessment report

2.6 教學(xué)效果

目前，平臺建設(shè)已完成，并初步投入使用[9]。我校預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)本科生在對系統(tǒng)進(jìn)行試用后，普遍表示該平臺操作流暢、便捷，可自行掌控節(jié)奏，較傳統(tǒng)課堂有趣生動，比紙質(zhì)案例逼真寫實，且可以獲得即時反饋，強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果。

3 虛擬仿真系統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

3.1 豐富教學(xué)資源，強(qiáng)化專業(yè)技能

現(xiàn)場流行病學(xué)作為一門實踐性較強(qiáng)的學(xué)科，需密切結(jié)合現(xiàn)場實際進(jìn)行操作訓(xùn)練才能達(dá)到較好的教學(xué)效果。傳統(tǒng)的現(xiàn)場流行病學(xué)實踐教學(xué)存在教學(xué)儀器陳舊、實驗設(shè)備單一及技能操作空間狹小等局限，教學(xué)過程以案例講授和專題討論為主，學(xué)生僅能掌握部分基本知識和技能，缺乏實際動手操作、訓(xùn)練的機(jī)會，學(xué)習(xí)過程較為被動[3]。而虛擬仿真系統(tǒng)可以利用視頻、交互動畫、圖片、文字等多樣化元素，較真實地展現(xiàn)傳染病疫情暴發(fā)、現(xiàn)場處置情況等場景，避免了事件處置現(xiàn)場存在的防疫風(fēng)險，有助于學(xué)生進(jìn)行疫情現(xiàn)場感知體驗和處置[10]，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)難以深入現(xiàn)場以及醫(yī)學(xué)專業(yè)性技能訓(xùn)練不足的缺陷，有利于培養(yǎng)學(xué)生流行病現(xiàn)場調(diào)查與事件處置的思維和能力，提高學(xué)習(xí)效果[11-13]。

3.2 安全可控，激發(fā)學(xué)生主觀能動性

“教員課堂演示-學(xué)員實操-教員指導(dǎo)”的傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)實踐教學(xué)模式，存在模式單一、實際聯(lián)系性和互動性差、教學(xué)反饋不足、難以調(diào)動學(xué)生積極性和主觀能動性等局限[14]，而虛擬仿真系統(tǒng)則提供了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的機(jī)會[10]。在現(xiàn)場流行病學(xué)實踐教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，為學(xué)生在不同時空和任意終端上進(jìn)行操作訓(xùn)練和線上遠(yuǎn)程考試提供了條件，使學(xué)生可根據(jù)自身情況和學(xué)習(xí)進(jìn)度自主重復(fù)訓(xùn)練[15-16]。同時，該系統(tǒng)通過模擬疫情暴發(fā)現(xiàn)場環(huán)境和調(diào)查處置等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在仿真環(huán)境中開展流行病學(xué)個案調(diào)查、環(huán)境消殺、樣品采集檢測和結(jié)果評估等，操作過程可循環(huán)重復(fù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實踐教學(xué)周期長、成本高、易造成環(huán)境污染和有致病性病原傳播風(fēng)險等缺點[17]。此外，虛擬仿真實踐要求學(xué)生提前做好課程的預(yù)習(xí)和相關(guān)知識的儲備，根據(jù)所學(xué)理論知識進(jìn)行現(xiàn)場流行病學(xué)調(diào)查并實施疫情處置，充分發(fā)揮了學(xué)生的主體地位。

3.3 現(xiàn)場流行病學(xué)虛擬仿真系統(tǒng)實踐教學(xué)的挑戰(zhàn)

虛擬仿真系統(tǒng)的建設(shè)仍面臨一些挑戰(zhàn)，如技術(shù)與教學(xué)的有機(jī)融合、虛擬仿真結(jié)果和實際現(xiàn)場環(huán)境的完美匹配、實踐教學(xué)關(guān)鍵技術(shù)突破，以及共享平臺建設(shè)等問題[18]。此外，在實踐教學(xué)方面，需進(jìn)一步完善虛擬仿真平臺的開發(fā)、應(yīng)用以及相應(yīng)的教學(xué)培訓(xùn)。

相較傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，依托于虛擬仿真系統(tǒng)的交互式教學(xué)模式具有更直觀、具體、貼合實戰(zhàn)化訓(xùn)練的優(yōu)勢，可以有力促進(jìn)教與學(xué)、學(xué)與訓(xùn)、學(xué)與用的相互融合。同時，該教學(xué)實踐系統(tǒng)突出教學(xué)培訓(xùn)側(cè)重點，強(qiáng)調(diào)技能訓(xùn)練和綜合分析處置能力的培養(yǎng)，利用沉浸式、交互式教學(xué)實踐方法，有助于培養(yǎng)學(xué)生的全局、預(yù)見性思維理念，提高現(xiàn)場流行病學(xué)實踐技能。總之，該教學(xué)模式可充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位，有效調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主觀能動性，提高學(xué)生實踐操作技能和突發(fā)傳染病疫情的綜合處置能力。