虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用

[摘 要]伴隨著醫(yī)學(xué)教學(xué)方式的轉(zhuǎn)型與革新，目前的醫(yī)學(xué)教學(xué)方式正逐步轉(zhuǎn)向近代的生物學(xué)、心理學(xué)、社會(huì)性醫(yī)學(xué)教學(xué)方式，并與世界范圍內(nèi)的醫(yī)學(xué)教學(xué)方式相適應(yīng)，對(duì)提高醫(yī)學(xué)教學(xué)質(zhì)量有更高的要求。醫(yī)學(xué)是對(duì)實(shí)踐能力要求很強(qiáng)的學(xué)科，在實(shí)踐教學(xué)過程中，采用虛擬仿真進(jìn)行實(shí)踐，對(duì)于提高醫(yī)學(xué)上的實(shí)踐能力起到了積極的作用。在使用虛擬仿真教學(xué)過程中，可以讓學(xué)生對(duì)醫(yī)學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步深化，還可以鍛煉學(xué)生思維的科學(xué)性、獨(dú)立性和邏輯性，同樣也是一種可以對(duì)醫(yī)學(xué)學(xué)生的臨床思維進(jìn)行有效培養(yǎng)的方式。重點(diǎn)開展醫(yī)學(xué)技能培訓(xùn)，加強(qiáng)實(shí)際操作能力，建立“問題導(dǎo)向”的醫(yī)學(xué)技術(shù)培訓(xùn)模型；隨著虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用越來越廣泛。通過將其運(yùn)用于各專業(yè)，提高了醫(yī)學(xué)教育的有效性、科學(xué)性和實(shí)踐性。

[關(guān)鍵詞]醫(yī)學(xué)教育；虛擬仿真技術(shù)；文獻(xiàn)法

虛擬仿真（virtualreality）教學(xué)屬于一種啟發(fā)與探索的教學(xué)模式，利用計(jì)算機(jī)信息化技術(shù)來協(xié)助教學(xué)，提供視覺、聽覺、觸覺等的模擬，讓學(xué)生有一種深入其中的感覺，將教學(xué)內(nèi)容有機(jī)融合，以此來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。與此同時(shí)，由于目前的醫(yī)療資源比較匱乏，因此，能夠讓學(xué)生一起參加到臨床實(shí)踐中的時(shí)間也相應(yīng)減少，學(xué)生不能完全地掌握實(shí)際操作技能，這對(duì)學(xué)生今后的發(fā)展是不利的，因此，積極地對(duì)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行研究，并將其運(yùn)用到實(shí)際中去，已經(jīng)是今后醫(yī)學(xué)教育的一個(gè)發(fā)展方向。

一、虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

（一）技術(shù)背景

“虛擬仿真之父”蘇澤蘭在1965年第一次對(duì)虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行探討，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行了深入的分析。在1987年，福利系統(tǒng)地討論了虛擬仿真的意義、應(yīng)用和發(fā)展前景，并初步建立了虛擬仿真的基礎(chǔ)理論。21世紀(jì)以來，伴隨著各種信息化技術(shù)的日益完善，尤其是計(jì)算機(jī)軟件和硬件的飛速發(fā)展，各種面向應(yīng)用場合的虛擬仿真裝備應(yīng)運(yùn)而生[1]。2014年，教育部提出“國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心是高等教育信息化的重要組成部分”，這標(biāo)志著虛擬仿真技術(shù)開始在教育領(lǐng)域展開了廣泛的應(yīng)用。此后，我國各個(gè)醫(yī)學(xué)類大專院校紛紛以虛擬仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)其在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討和運(yùn)用，同時(shí)為促進(jìn)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)的發(fā)展，教育部發(fā)布了《關(guān)于開展2015年國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》遴選出100個(gè)國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心?！蛾P(guān)于辦好開放大學(xué)的意見》在2016年發(fā)布，提出要研究發(fā)展各類適用于高校師生在線教學(xué)的教學(xué)工具、教學(xué)軟件，提高師生在線教學(xué)的互動(dòng)效果。從那時(shí)起，各層次的開放高校（前身為電大）都在對(duì)開放教育中的虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行了探討?！秶议_放大學(xué)綜合改革方案》提出，到2020年，要“依托5G，人工智能，虛擬現(xiàn)實(shí)，云計(jì)算等新技術(shù)，推動(dòng)信息化和教育的深度融合，提升教育的現(xiàn)代化?！蹦壳?，中國“虛擬仿真技術(shù)”已經(jīng)進(jìn)入了發(fā)展的快車道。

（二）教學(xué)背景

醫(yī)學(xué)是一種以實(shí)踐為主的專業(yè)，因此，在專業(yè)中，課程實(shí)踐、專業(yè)實(shí)驗(yàn)以及臨床實(shí)踐都是建立一個(gè)完整的知識(shí)體系的關(guān)鍵部分，它的學(xué)習(xí)結(jié)果會(huì)對(duì)將來的工作質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。但是，由于實(shí)際教學(xué)中缺乏實(shí)踐教學(xué)資源以及臨床訓(xùn)練的特殊性，使得學(xué)生在現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練存在困難，這極大地降低了他們的學(xué)習(xí)效果。在實(shí)際操作的過程中，出現(xiàn)了一些困難和問題，比如，醫(yī)學(xué)課程的特殊性很強(qiáng)，需要的儀器設(shè)備很多，所以，實(shí)踐操作一定要在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。個(gè)人實(shí)踐的危險(xiǎn)性高，對(duì)實(shí)踐的條件要求高，需要在教師的引導(dǎo)下才能進(jìn)行實(shí)踐，這使得實(shí)踐教學(xué)難以實(shí)施；在生理學(xué)、藥理學(xué)和病理生理學(xué)的實(shí)際操作中，對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的需求量較大，這不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)費(fèi)用，而且與動(dòng)物倫理相違背；與此同時(shí)，由于實(shí)踐的非重復(fù)性和成活率較低的問題，也會(huì)極大地影響到學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐的積極性，這些都是醫(yī)學(xué)專業(yè)實(shí)踐中普遍存在的問題，在開放教育中更為明顯[2]。

二、在醫(yī)學(xué)教學(xué)中使用虛擬仿真技術(shù)的重要性

（一）從理論上化解成人的工學(xué)矛盾

與傳統(tǒng)的全日制教育相比，在開放教育中，存在著比較突出的工學(xué)沖突問題，特別是在醫(yī)學(xué)專業(yè)中，大部分學(xué)生都在從事著臨床工作，很少有時(shí)間到校園中進(jìn)行實(shí)際的實(shí)習(xí)和研究。依托虛擬仿真技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)集醫(yī)學(xué)教學(xué)、實(shí)習(xí)和培訓(xùn)功能于一身的綜合實(shí)踐實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，不僅可以確保24小時(shí)的全天候工作，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)，突破了以往實(shí)踐教學(xué)中的時(shí)空限制，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生“隨時(shí)、隨地”的學(xué)習(xí)，激發(fā)了學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)中的學(xué)習(xí)熱情。

（二）對(duì)實(shí)踐教學(xué)中“三高三難”的處理

虛擬仿真平臺(tái)以平臺(tái)軟件仿真為核心，學(xué)生通過電腦或手機(jī)進(jìn)入平臺(tái)，讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐，而且可以重復(fù)實(shí)驗(yàn)，并且不會(huì)造成動(dòng)物、器材和試劑等實(shí)驗(yàn)物品的消耗，因此，不論進(jìn)行了多少次實(shí)驗(yàn)，都不需要額外增加投入，可以極大地降低實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。利用能夠與真實(shí)的情境相匹配的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境，提升了實(shí)踐教學(xué)的感知性、沉浸性、交互性、智能性，還可以有效地解決資源稀缺、臨床真實(shí)場景難還原等問題，解決了在實(shí)踐教學(xué)中存在的高投入、高損耗、高風(fēng)險(xiǎn)以及難實(shí)施、難觀摩、難再現(xiàn)的問題[3]。

（三）提高實(shí)踐教學(xué)的有效性

虛擬仿真技術(shù)可以改變傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)形式簡單、內(nèi)容單一的缺陷，因?yàn)槠涫嵌鄠€(gè)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容組合，接近真實(shí)情境，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如以醫(yī)院門診、病房、藥房、急救等為主要內(nèi)容，使學(xué)生更直觀地進(jìn)入實(shí)際工作環(huán)境；此外，通過使用虛擬的網(wǎng)上教學(xué)方式，減少了時(shí)空上的局限，保證了在虛擬的環(huán)境中，可以對(duì)與實(shí)際操作有關(guān)的深層問題進(jìn)行思考，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性[4]。

（四）共建共享與社會(huì)服務(wù)需要

大部分虛擬仿真平臺(tái)都是從醫(yī)學(xué)職業(yè)、崗位和技能這三個(gè)方面來進(jìn)行的，但是還要考慮到社會(huì)的最新需要，達(dá)到將學(xué)員的培訓(xùn)與產(chǎn)業(yè)技能培訓(xùn)相結(jié)合，將學(xué)歷證書與職業(yè)技能等級(jí)證書相結(jié)合的目標(biāo)。它不僅可以適應(yīng)我國教育文憑的培養(yǎng)要求，也可以適應(yīng)我國未來的終身學(xué)習(xí)的要求，而且可以達(dá)到我國教育的終身學(xué)習(xí)的目的。

三、醫(yī)療教學(xué)中使用虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

（一）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)促進(jìn)了理論聯(lián)系實(shí)際

醫(yī)學(xué)是一門具有較高實(shí)踐價(jià)值的綜合課程，在教學(xué)過程中，如何提高學(xué)生的實(shí)踐思考能力，是目前我國醫(yī)學(xué)教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)。國外學(xué)者對(duì)精神病學(xué)模擬教學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)的評(píng)估，具體包括了角色扮演、標(biāo)準(zhǔn)化患者、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、人體模型、語音模擬等多種介入方式。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是情景模擬教學(xué)的方法之一，對(duì)學(xué)生將臨床思維內(nèi)化為臨床行為至關(guān)重要。

（二）虛擬仿真技術(shù)對(duì)提高學(xué)生的知識(shí)構(gòu)建和思考能力的作用

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以為他們提供一種沉浸式的模擬臨床情境，因此，他們可以積極地參與到這個(gè)過程當(dāng)中，對(duì)他們的知識(shí)建構(gòu)和思維綜合起到推動(dòng)作用，提升他們的理論和技術(shù)的考試結(jié)果。根據(jù)建構(gòu)論的觀點(diǎn)，一個(gè)好的教學(xué)環(huán)境應(yīng)由四個(gè)基本元素構(gòu)成：“情境”“協(xié)作”“會(huì)話”“意義建構(gòu)”。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)利用了教育技術(shù)，可以模擬出醫(yī)學(xué)專業(yè)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的臨床情境。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生需要通過協(xié)作、對(duì)話討論等方式，來深入認(rèn)識(shí)和了解事物的本質(zhì)規(guī)律，并與已有知識(shí)結(jié)構(gòu)發(fā)生作用，得到新的認(rèn)知，進(jìn)一步完善自己的知識(shí)體系，最終達(dá)到意義建構(gòu)的學(xué)習(xí)目的。

（三）正面的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)可以從情感和認(rèn)識(shí)兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)教育效應(yīng)的最優(yōu)化

該模式為醫(yī)學(xué)專業(yè)的教學(xué)和實(shí)習(xí)帶來了良好的教學(xué)效果，為醫(yī)學(xué)專業(yè)的教學(xué)和實(shí)習(xí)提供了良好的教學(xué)條件。在教學(xué)中，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的熱情和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)都是影響教學(xué)效果的重要因素。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，它的交互作用能夠構(gòu)成一種高效的激勵(lì)方式，讓學(xué)生在一種輕松愉快的教室氣氛中，不斷地去嘗試和解答問題，這樣才能提升他們的成就感和自豪感，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)力。通過對(duì)問題的發(fā)現(xiàn)和解決，培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力，提高了對(duì)教師的滿意程度[5]。

（四）對(duì)虛擬仿真教學(xué)方法的進(jìn)一步探討

在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的新方案。在此項(xiàng)調(diào)查中，所收錄的資料以混合的方式較多，且不同的教學(xué)程序亦有不同。采用對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的反復(fù)操作次數(shù)以及在到達(dá)學(xué)習(xí)曲線后所需要的時(shí)間進(jìn)行評(píng)價(jià)，運(yùn)用累計(jì)及控制圖來評(píng)價(jià)受試者是否能夠達(dá)成穩(wěn)定性得分，得出在4天內(nèi)，每日1小時(shí)的鍛煉能夠取得最好的鍛煉結(jié)果，并且能夠?qū)⑵诮档阶畹汀Ｋ?，如何進(jìn)行最優(yōu)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，仍然是一個(gè)值得深入探討的課題。盡管該技術(shù)在醫(yī)療教學(xué)中具有特殊的優(yōu)越性，但是也存在著不足之處。

四、醫(yī)療教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)的運(yùn)用

（一）運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行臨床實(shí)踐

在真實(shí)的手術(shù)操作中，通過虛擬與真實(shí)的互動(dòng)仿真，能夠讓醫(yī)護(hù)人員對(duì)手術(shù)流程有更好的了解，同時(shí)，將虛擬仿真系統(tǒng)當(dāng)作一種工具，能夠讓醫(yī)護(hù)人員通過在虛擬的場景中進(jìn)行訓(xùn)練，對(duì)各種儀器進(jìn)行熟練運(yùn)用，提高醫(yī)護(hù)人員的職業(yè)技能。在即將面對(duì)病人并進(jìn)入臨床實(shí)習(xí)的時(shí)候，可以使用虛擬仿真來模擬出在醫(yī)院里的多種現(xiàn)實(shí)情境，如門診、病房、藥房、創(chuàng)傷急救等，在穿戴著特定設(shè)備的情況下，能夠進(jìn)入到一個(gè)非常真實(shí)的醫(yī)學(xué)情境中，就像身臨其境一樣，在不同的情境中進(jìn)行培訓(xùn)，能夠提升臨床診斷能力、心理承受能力、應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的能力以及與病人進(jìn)行良好的交流等。從患者的角度出發(fā)，在醫(yī)師的引導(dǎo)下，可以增強(qiáng)患者的診療效果。它也可以被當(dāng)作一種輔助的手段，對(duì)病人進(jìn)行醫(yī)療保健。

（二）在牙科教育中使用虛擬仿真技術(shù)

在牙科領(lǐng)域，CDS-100仿真軟件能對(duì)牙科患者進(jìn)行三維、實(shí)時(shí)、精確的評(píng)價(jià)，并能對(duì)牙科疾病進(jìn)行診斷。DentSimTM，Simodont和IDEA虛擬仿真模型在口腔技能操作中起到了非常關(guān)鍵的作用，它可以對(duì)學(xué)生的手部靈活訓(xùn)練、齲病窩洞制備、修復(fù)全冠、橋基牙的備牙、根管充填、疼痛處理等方面起到很大的作用，它還可以對(duì)學(xué)生的操作進(jìn)行監(jiān)控，以確保他們的操作不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的失誤，也可在學(xué)生需要的時(shí)候?qū)ζ溥M(jìn)行評(píng)價(jià)。此外，利用虛擬實(shí)境技術(shù)為頜面外科急診訓(xùn)練提供了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)情境，有助于提升初學(xué)者對(duì)頜面外科急診的認(rèn)識(shí)及自信心。

（三）在醫(yī)療成像與實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用虛擬仿真技術(shù)

在醫(yī)學(xué)成像教學(xué)過程中，因?yàn)閮x器的數(shù)量少和成本比較高，所以很難讓學(xué)生自己動(dòng)手對(duì)儀器進(jìn)行操作，學(xué)生也就不能感受到標(biāo)準(zhǔn)的檢查過程。虛擬仿真能夠在沒有輻射的條件下，對(duì)多種虛擬實(shí)訓(xùn)場景進(jìn)行模擬，讓學(xué)生在非接觸的環(huán)境中，對(duì)設(shè)備工作原理、使用程序及操作流程進(jìn)行反復(fù)練習(xí)。有些醫(yī)學(xué)圖像還存在著一定的特征，例如，不同的疾病可能顯示出類似的圖像，或者同一疾病可能顯示出不同的圖像。借由本系統(tǒng)之模擬，學(xué)員可回顧個(gè)案資料、臨床診斷與影像，來了解與總結(jié)病例資料，提升閱讀影像之技巧。在此基礎(chǔ)上，通過建立一個(gè)基于虛擬仿真技術(shù)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，能更好地引導(dǎo)學(xué)生掌握檢測技術(shù)。

（四）中醫(yī)學(xué)教育中虛擬仿真的運(yùn)用

中醫(yī)學(xué)的學(xué)習(xí)是一個(gè)很長很枯燥的課程，而且所學(xué)的東西比較抽象，所以必須要將理論和實(shí)際的知識(shí)融合在一起。針灸也是一種很有實(shí)用價(jià)值的科目，所以某中醫(yī)藥大學(xué)建立了一個(gè)用于針灸的網(wǎng)絡(luò)模擬系統(tǒng)，它可以把針灸的知識(shí)以一種更為直觀的方式傳遞到學(xué)生的腦海里，提升了教學(xué)的效率。當(dāng)前，將虛擬仿真技術(shù)用于中藥的教育，例如，藥用植物學(xué)、中藥炮制學(xué)、中醫(yī)診斷等，推動(dòng)了中醫(yī)的推廣和發(fā)展。

（五）病理學(xué)教學(xué)中的虛擬仿真

在病理學(xué)的教學(xué)中，虛擬仿真可以將人體解剖、胚胎學(xué)和組織學(xué)等多學(xué)科有機(jī)結(jié)合，將正常組織到疾病組織的演變過程呈現(xiàn)出來，讓學(xué)生可以進(jìn)行比較和學(xué)習(xí)。利用該技術(shù)，可以對(duì)素材的采集和制作過程進(jìn)行模擬，使學(xué)生能夠親自參加片子制作，提升教學(xué)效果。利用建立病理數(shù)字資源庫的方式，教師可以有效地解決切片褪色、易碎及資源匱乏的問題，讓學(xué)生能夠自主在線下進(jìn)行學(xué)習(xí)，極大地提高了教學(xué)效果。

結(jié)束語

綜上所述，隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬仿真教學(xué)是醫(yī)學(xué)教育改革的重點(diǎn)研究方向。但是需認(rèn)識(shí)到虛擬仿真教學(xué)只是諸多教學(xué)中的一種，不能完全舍棄以往的教學(xué)方法，因?yàn)樘摂M實(shí)訓(xùn)只能應(yīng)用在部分教學(xué)中，應(yīng)該將二者有機(jī)結(jié)合，提高醫(yī)學(xué)教育質(zhì)量，培養(yǎng)具有創(chuàng)新性、獨(dú)立性的醫(yī)學(xué)人才，這才是今后醫(yī)學(xué)教育的發(fā)展方向。

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作者簡介：劉攀（1982— ），男，漢族，江西宜春人，宜春職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，本科。

研究方向：醫(yī)學(xué)。