基于虛擬仿真技術(shù)的診斷學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用

喬衛(wèi)衛(wèi) 曹景花

濱州醫(yī)學(xué)院第二臨床醫(yī)學(xué)院診斷學(xué)實(shí)驗(yàn)室 山東 煙臺 264003

診斷學(xué)作為臨床醫(yī)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課、必修課,是運(yùn)用醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識和基本技能對疾病進(jìn)行診斷的一門學(xué)科,是進(jìn)入醫(yī)學(xué)殿堂的第一道關(guān)口,其重要性毋庸置疑。診斷學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中臨床基本操作能力的培養(yǎng)尤其重要,不斷改革診斷學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué),多措并舉提高醫(yī)學(xué)生的臨床技能,成為醫(yī)學(xué)教育中亟待解決的新課題。近年來,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)成為高等醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域繼多媒體、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后的又一項(xiàng)應(yīng)用類新技術(shù)[1],我校診斷學(xué)實(shí)驗(yàn)室于2019年春季開始引入虛擬仿真技術(shù)助力診斷學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué),增設(shè)了線上虛擬仿真實(shí)驗(yàn),完成了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)和效果,也為新冠病毒疫情防控時期的診斷學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了有效途徑和可靠方案。

1 虛擬仿真技術(shù)成為診斷學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必然選擇

2019年,中共中央、國務(wù)院印發(fā)《中國教育現(xiàn)代化2035》指出,應(yīng)“利用現(xiàn)代技術(shù)加快推動人才培養(yǎng)模式改革,實(shí)現(xiàn)規(guī)?；逃c個性化培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合”[2]。中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化實(shí)施方案(2018—2022年)》中明確提出“大力推進(jìn)教育信息化,開展國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)”[3]。虛擬仿真教學(xué)平臺的建設(shè)與應(yīng)用已經(jīng)成為高等教育領(lǐng)域的不可或缺的一種教學(xué)手段,它不僅是“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下教育改革的需要,更是特殊時期應(yīng)對教育難題的有效舉措[4]。虛擬仿真技術(shù)是一種以計算機(jī)為核心,運(yùn)用多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等信息技術(shù)為基礎(chǔ),將所看、所聽、所觸和所聞綜合為一體,給體驗(yàn)者呈現(xiàn)一個相對逼真的虛擬環(huán)境[5]。虛擬仿真技術(shù)可以將典型的臨床診療場景進(jìn)行加工和再現(xiàn),能充分利用各種優(yōu)質(zhì)的醫(yī)療資源,并將其有效轉(zhuǎn)換為教學(xué)資源,同時可借助信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行傳播,成為開放、共享的教學(xué)平臺。在當(dāng)前信息化教育的背景下,有效推動課堂教學(xué)模式轉(zhuǎn)變,對于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力,培養(yǎng)臨床思維能力、促進(jìn)醫(yī)學(xué)教育改革至關(guān)重要。虛擬仿真技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)構(gòu)建的教學(xué)新模式,能夠?yàn)閷W(xué)生提供一個生動、逼真和便捷的學(xué)習(xí)環(huán)境,幫助教師和學(xué)生達(dá)到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)效果,被越來越廣泛地用于教學(xué)和科研領(lǐng)域,其中虛擬仿真技術(shù)與醫(yī)學(xué)教育的融合已經(jīng)成為國內(nèi)外教育研究的熱點(diǎn),代表著教育的發(fā)展趨勢[6]。診斷學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科,尤其胸腔穿刺、腹腔穿刺、腰椎穿刺、骨髓穿刺(以下簡稱四大穿刺)是作為一名合格臨床醫(yī)師必須掌握的基本技能,必須強(qiáng)化訓(xùn)練、熟練掌握,單純靠傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)教學(xué)模式已經(jīng)無法滿足診斷學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求。虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于診斷學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)便成為解決這一問題的有效手段和必然選擇,在培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生正確臨床思維方法有著重要作用,還能提升學(xué)生的臨床實(shí)踐操作能力方面和崗位適應(yīng)力。

2 虛擬仿真技術(shù)具有良好的診斷學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

2.1 診斷學(xué)虛擬仿真教學(xué)設(shè)計 2019年診斷學(xué)實(shí)驗(yàn)室依托網(wǎng)絡(luò)化仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺完成了臨床基本技能(四大穿刺)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目,改革教學(xué)模式,至今課題組已經(jīng)進(jìn)行了4年的教學(xué)研究和實(shí)踐。

2.1.1 設(shè)計理念與目標(biāo) 診斷學(xué)是由基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)學(xué)習(xí)階段向臨床醫(yī)學(xué)實(shí)踐階段過渡的橋梁課程,臨床基本操作能力的培養(yǎng)十分重要。我校根據(jù)“虛實(shí)結(jié)合、相互補(bǔ)充”的原則,采用“線上虛擬與線下仿真相結(jié)合”的方式,將現(xiàn)代信息技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)手段融入到臨床模擬實(shí)踐教學(xué)中,設(shè)計研發(fā)了以培養(yǎng)臨床能力為目標(biāo)的“臨床基本技能虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)”的四大穿刺課程。目的在于培養(yǎng)學(xué)生的臨床思維和實(shí)際工作能力,使學(xué)生得到正確、規(guī)范的臨床基本技能訓(xùn)練,從而成長為合格的臨床醫(yī)師。

2.1.2 設(shè)計內(nèi)容與方案 我校采用的是虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)和傳統(tǒng)仿真教學(xué)相結(jié)合的線上線下混合式教學(xué)模式。教學(xué)流程一般分為以下幾個步驟。第一步:課前線上預(yù)習(xí),①教師引導(dǎo)學(xué)生登錄“濱州醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”平臺;②學(xué)生輸入賬號、密碼登錄平臺,就可以看到每個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,進(jìn)入后可以進(jìn)行學(xué)習(xí)和操作。第二步:線下教師示教與學(xué)生仿真模擬人練習(xí)。教師有針對性地示教,學(xué)生在仿真模擬人上練習(xí)操作,教師巡回指導(dǎo),提高臨床操作教學(xué)質(zhì)量。第三步:課后復(fù)習(xí)與反復(fù)練習(xí)。課后實(shí)驗(yàn)室開放,配有指導(dǎo)教師,學(xué)生可結(jié)合移動終端和仿真模擬人反復(fù)訓(xùn)練,直至熟練掌握該項(xiàng)臨床技能。第四步:臨床技能操作考核。教師對學(xué)生在仿真模擬人上的項(xiàng)目操作進(jìn)行考核。

2.2 診斷學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

2.2.1 實(shí)驗(yàn)的程序化、標(biāo)準(zhǔn)化 平臺上每一個穿刺項(xiàng)目均包括問診、體格檢查、操作前準(zhǔn)備、具體操作流程及術(shù)后處理五個方面,每一步均由學(xué)生正確操作以后才能進(jìn)入下一環(huán)節(jié)的練習(xí),如果操作有誤系統(tǒng)給予及時提示,以保證實(shí)驗(yàn)?zāi)茼樌瓿伞?/p>

2.2.2 實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性 課后虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺以及實(shí)驗(yàn)室均開放,且配有指導(dǎo)教師,學(xué)生可以隨時登錄平臺,結(jié)合仿真模擬人反復(fù)訓(xùn)練每一個項(xiàng)目,直至操作標(biāo)準(zhǔn)、流程完美,收到良好的教學(xué)效果。

2.2.3 實(shí)驗(yàn)的有效性 我校在2019年至2022年針對2016～2019級臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)本科生的診斷學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,使用線上虛擬仿真和線下實(shí)踐操作相結(jié)合的混合式教學(xué)模式。在學(xué)期末的線下技能考核模式同2015級,其中四大穿刺占實(shí)驗(yàn)考試總成績的30%。分別隨機(jī)抽取臨床醫(yī)學(xué)2016～2019各級的2個班和2015級2個班各92名學(xué)生的四大穿刺成績進(jìn)行對比,結(jié)果顯示各級實(shí)驗(yàn)組的成績明顯優(yōu)于2015級。見表1。

表1 2015—2019級我校臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)本科生的四大穿刺考核成績

3 虛擬仿真技術(shù)在診斷學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢

通過虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的結(jié)合、現(xiàn)實(shí)與虛擬的結(jié)合、抽象與形象的結(jié)合,實(shí)現(xiàn)多元化教學(xué),促進(jìn)現(xiàn)代化教學(xué)模式的改革,優(yōu)化了教學(xué)過程,提高了實(shí)踐操作能力。

3.1 虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)了理論到實(shí)踐的模擬 診斷思維的培養(yǎng)需要理論與實(shí)踐的密切結(jié)合。醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的運(yùn)用,利用教育優(yōu)質(zhì)資源,通過將教學(xué)內(nèi)容立體化,實(shí)踐與理論課有機(jī)結(jié)合,將抽象、艱深的理論內(nèi)容轉(zhuǎn)化為形象、易懂且可視化的虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)了理論的理解、實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證,加深了印象,縮短了教學(xué)時間,提高了教學(xué)效率[7];實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)結(jié)合,多元化教學(xué),教學(xué)資源共享,從而更好地匹配臨床醫(yī)學(xué)相關(guān)課程教學(xué)目標(biāo),更好地培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

3.2 虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)了被動學(xué)習(xí)和探知學(xué)習(xí)的結(jié)合 學(xué)生潛能和創(chuàng)新意識培養(yǎng)需要“規(guī)定動作和自選動作”融合貫通。首先按照大綱和規(guī)范要求,必須通過實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作規(guī)程的制定實(shí)現(xiàn)基本操作和基本流程的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),通過虛擬仿真平臺實(shí)現(xiàn)診斷學(xué)實(shí)驗(yàn)中臨床技能操作的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化能力和水平;其次通過虛擬仿真技術(shù)自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計,可實(shí)現(xiàn)自主探索,能夠充分掌握學(xué)情,設(shè)置個性化的任務(wù),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造潛能[8]。調(diào)動起所有學(xué)生學(xué)習(xí)的“味蕾”,以學(xué)生自身學(xué)習(xí)為主,增加學(xué)生探究精神和成就感的激勵,最大限度地發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性和開拓性[9]。

3.3 虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)了虛實(shí)結(jié)合效果的保障 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)將抽象的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,通過 flash 動畫或短片的形式呈現(xiàn)出來,構(gòu)建一個虛擬的、境界逼真的視覺環(huán)境,將學(xué)生置身于臨床情景中,在第一視角下展開各項(xiàng)技能訓(xùn)練與考核。生動逼真地展示實(shí)驗(yàn)過程,增強(qiáng)趣味性,加深學(xué)生對知識技能的掌握,提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

3.4 虛擬仿真技術(shù)可實(shí)現(xiàn)全時空訓(xùn)練和師生互動 虛擬仿真技術(shù)在模擬培訓(xùn)上具有很多優(yōu)勢[10]。診斷學(xué)臨床技能是學(xué)生必須經(jīng)過反復(fù)的強(qiáng)化訓(xùn)練才能熟練掌握的。實(shí)驗(yàn)課上學(xué)習(xí)時間嚴(yán)重不足,近幾年新冠疫情中“停課不停學(xué)”,在線上的虛擬實(shí)驗(yàn)室有不知疲倦和不會拒絕的“臨床病人”隨時配合,學(xué)生不受時間和空間限制,無論在教室、圖書館以及宿舍均可以通過手機(jī)和電腦客戶端進(jìn)行操作練習(xí)。真正惠及學(xué)生,構(gòu)建“真實(shí)-虛擬-真實(shí)”的現(xiàn)代化教學(xué)模式。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺具備互動與交流功能,教師可以線上隨時為學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)并和學(xué)生溝通交流,可以線上觀看學(xué)生操作全過程并為學(xué)生打分,有利于形成性評價的進(jìn)一步實(shí)施,同時實(shí)現(xiàn)了學(xué)情的及時反饋。

3.5 有利于“課程思政”教育理念的滲透 堅(jiān)持“立德樹人”是大學(xué)的立身之本[11],時刻牢記“良好的職業(yè)素質(zhì)和政治修養(yǎng)是醫(yī)學(xué)生的必備品質(zhì),決定著醫(yī)學(xué)生未來的發(fā)展”[12]。診斷學(xué)實(shí)驗(yàn)課上的“課程思政”教育必不可少。利用虛擬仿真技術(shù)設(shè)計線上虛擬實(shí)驗(yàn)過程中,把臨床醫(yī)療場景盡力模擬“逼真”,以學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)化病人模擬的痛苦面容為切入點(diǎn)喚起學(xué)生們的同情心及愛傷情懷,實(shí)時進(jìn)行醫(yī)德教育,既彌補(bǔ)了思政課上無法模擬臨床場景對學(xué)生進(jìn)行人文關(guān)懷教育的弊端,又可以起到“立竿見影”的作用。

3.6 虛擬仿真技術(shù)有利于醫(yī)學(xué)生終身學(xué)習(xí)能力培養(yǎng) 新型醫(yī)生必須具備終身學(xué)習(xí)和自我發(fā)展能力,才能適應(yīng)新時代對醫(yī)學(xué)人才的要求,應(yīng)對時代挑戰(zhàn)。本科階段的自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)至關(guān)重要[13],虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可使醫(yī)學(xué)生以自我發(fā)展為中心,實(shí)現(xiàn)自我學(xué)習(xí)個性化,學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力得到有效提高,對于醫(yī)學(xué)生終身學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)具有積極意義。

綜上所述,虛擬仿真技術(shù)在解決高成本、高危險、高消耗、不可逆操作、大型綜合訓(xùn)練等實(shí)驗(yàn)問題已展現(xiàn)出巨大成效[14],尤其是應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的虛擬仿真實(shí)驗(yàn),為高等醫(yī)學(xué)院校臨床教學(xué)面臨的困境提供了新的發(fā)展路徑。然而,任何新生事物都有其兩面性,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)畢竟不是真正的實(shí)際操作,存在一定的局限性。比如在提高教學(xué)效率的同時給學(xué)生帶來的其他誘惑和潛在風(fēng)險,對學(xué)生精神世界關(guān)注的弱化,容易導(dǎo)致他們學(xué)習(xí)的思維惰性[15]。教師難以掙脫傳統(tǒng)線下教學(xué)模式,將教材大綱、教案、課程設(shè)計、實(shí)踐考核等教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行全面轉(zhuǎn)換,會淡化對基本訓(xùn)練和動手能力的培養(yǎng),由于仿真實(shí)驗(yàn)的軟件過于智能化,對學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作出現(xiàn)的錯誤,系統(tǒng)會迅速給出提示,減少學(xué)生思考辨識的時間,使學(xué)生產(chǎn)生依賴等等諸多方面的弊端也應(yīng)該在運(yùn)用過程中盡力克服,但筆者相信,隨著技術(shù)的成熟、應(yīng)用的深入、醫(yī)學(xué)教育工作者的努力,虛擬仿真技術(shù)將會更好地為醫(yī)學(xué)教育的發(fā)展做出更加重大的貢獻(xiàn)。