我國醫(yī)學虛擬仿真教學的文獻可視化分析

寧桂林，潘錦芳，楊軼博，熊佳慧，高 文

（廣西醫(yī)科大學護理學院，廣西 南寧 530021）

2020 年，受疫情影響，教育教學方式發(fā)生了巨大變化，傳統(tǒng)的線下教學受到?jīng)_擊，線上教學也得到前所未有的重視。為保證教學質(zhì)量，學校和教師利用信息化手段進行線上教學[1]，如在醫(yī)學課程教學中融入信息化技術(shù)，為醫(yī)學生呈現(xiàn)臨床真實環(huán)境[2]。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用對教學質(zhì)量有一定影響，因此對虛擬仿真技術(shù)的探索和應(yīng)用成為未來醫(yī)學教育領(lǐng)域的研究熱點。

本研究采用CiteSpace.6.1.R3 軟件繪制高產(chǎn)作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜、Timezone 關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖譜、Timeline 圖譜等，分析2020 年前后醫(yī)學教育與醫(yī)學邊緣學科研究方向的變化，以期為今后的研究提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與處理

1.1 數(shù)據(jù)來源

選擇中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫進行文獻檢索，檢索詞為“虛擬仿真”，檢索范圍設(shè)定為醫(yī)學教育與醫(yī)學邊緣學科，找出最早發(fā)表的相關(guān)文獻，共檢出1 657 篇文獻，以2020 年為節(jié)點分為兩個階段進行對比分析。2004 年1 月至2019 年12 月共發(fā)表文獻653 篇，2020 年1 月至2022 年10 月7 日共發(fā)表文獻1 004篇。納入期刊論文、學位論文，剔除報紙文章、會議論文、綜述、資訊等類型文獻。從中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫導(dǎo)出所選文獻，將Refworks 純文本格式轉(zhuǎn)換為txt 文件。

1.2 數(shù)據(jù)處理

以txt 格式進行數(shù)據(jù)整理，將Refworks 格式的文獻數(shù)據(jù)導(dǎo)入CiteSpace.6.1.R3 軟件進行整理、轉(zhuǎn)換、分析。以2020 年以前的653 篇文獻為例，設(shè)置時間跨度為2004—2019 年，時間切片選擇1 年；“New project” 選擇已整理好的數(shù)據(jù)，“Project Home”選擇Project 文件夾，“Data Directory”選擇Data 文件夾，數(shù)據(jù)來源選擇CSSCI，參數(shù)設(shè)置完畢后運行軟件，對作者、機構(gòu)、關(guān)鍵詞進行可視化分析。2020 年及以后發(fā)表的文獻按照相同方法進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果

2.1 年度發(fā)文量分析

發(fā)文量變化能夠反映該領(lǐng)域的發(fā)展程度及研究水平[2]。以X 軸為文獻發(fā)表年份，Y 軸為發(fā)文量繪圖（見圖1），2004 年首發(fā)的虛擬仿真相關(guān)文獻[3]發(fā)表于《醫(yī)學研究生學報》。由圖1 可見，近年來虛擬仿真在醫(yī)學領(lǐng)域應(yīng)用的文章數(shù)量呈增長趨勢，2019 年180 篇，2020 年357 篇，2021 年384 篇，截至10 月17日2022 年的發(fā)文量為263 篇。

圖1 2004—2022 年度發(fā)文量Figure 1 Quantity of publications from 2004 to 2022

2.2 發(fā)表期刊分布情況

納入的1 657 篇文獻共發(fā)表在96 種期刊上，發(fā)文量最多的是《衛(wèi)生職業(yè)教育》，共70 篇，占4.2%；其次為《基礎(chǔ)醫(yī)學教育》，共52 篇，是發(fā)文最多的核心期刊。統(tǒng)計發(fā)文量排名前20 的期刊，核心期刊占45.0%。96 種期刊中有26 種為醫(yī)學教育類期刊，說明研究成果被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學教育領(lǐng)域（見圖2）。

圖2 發(fā)文量排名前20 的期刊Figure 2 Top 20 journals in terms of quantity of publication

2.3 高產(chǎn)作者合作情況及發(fā)文量分析

運用CiteSpace.6.1.R3 軟件繪制兩個時間段的高產(chǎn)作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜（見圖3、4），并對2020 年前后高產(chǎn)作者的發(fā)文量進行比較（見表1）。

表1 高產(chǎn)作者發(fā)文量比較Table 1 Comparison of the quantity of publications by high-yield authors

圖3 2020 年以前高產(chǎn)作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜Figure 3 Network graph of high-yield author collaboration before 2020

2020 年以前，發(fā)文量排名前3 的作者是袁藝標（9 篇）、李玲（8 篇）、劉瓊（7 篇）。圖3 中共308 個節(jié)點（N）、398 條連線（E），以李玲、劉瓊、唐媛媛、周麗芬、李濤為代表的團隊聯(lián)系緊密，合作較為密切。2020 年以前，李玲團隊重點研究虛擬仿真在實驗教學中的應(yīng)用，傾向于實驗教學模式改革、網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)；2020 年及以后該團隊側(cè)重于加強實驗隊伍管理，建立培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的“線上預(yù)習—線下操作—線上考核”高校虛擬仿真實驗平臺。劉瓊團隊在2020 年以前構(gòu)建了獨立學院生物醫(yī)學虛擬仿真學習平臺，主要分析學生的學習情況；2020 年及以后研究重點轉(zhuǎn)為虛擬仿真實驗平臺建設(shè)。周麗芬團隊2020 年以前研究虛擬仿真教學軟件的開發(fā)，針對傳統(tǒng)醫(yī)學實驗高耗材性、高危險性等問題，構(gòu)建虛擬仿真實驗教學共享平臺，研發(fā)虛擬仿真軟件[4]，并在2019 年嘗試將虛擬仿真實驗教學模式與線上、線下教學有機結(jié)合[5]；2020 年及以后，該團隊的研究方向轉(zhuǎn)為利用超星學習通、QQ 群、虛擬仿真平臺開展實驗教學。早在2016 年李濤團隊就嘗試將虛擬仿真技術(shù)引入慕課建設(shè)。2020年以前，李濤團隊的研究集中于實驗教學和學習平臺建設(shè)；2020 年及以后，傾向于“互聯(lián)網(wǎng)+”虛擬仿真教學資源建設(shè)。

2020 年及以后，發(fā)文量排名前3 的是王麗（6 篇）、王強（4篇）、鄒玲（3 篇）。王麗關(guān)注的領(lǐng)域是網(wǎng)絡(luò)課程、網(wǎng)絡(luò)教學中虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，王強則在疫情防控期間進行虛擬仿真實驗教學建設(shè)，鄒玲關(guān)注的是虛擬仿真線上線下教學模式。圖4 中共109 個節(jié)點（N）、142 條連線（E），其中合作較密切的有以陳一凡、趙魯杭、孫見飛為代表的幾個團隊。2020 年及以后，陳一凡團隊對CIPP（背景、輸入、過程、成果）評價模型聯(lián)合虛擬仿真技術(shù)在中醫(yī)骨科課程教學中的應(yīng)用進行研究，從圖4 可知該團隊合作最為密切；趙魯杭團隊利用虛擬仿真技術(shù)解決線上實驗教學中的難題，該團隊的霍朝霞還對線上線下結(jié)合的醫(yī)學實驗教學進行研究，提出在理論學習后，結(jié)合虛擬仿真實驗進行操作培訓(xùn)；孫見飛團隊則圍繞人才培養(yǎng)目標，利用虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建線上線下混合式實驗教學模式。

圖4 2020 年及以后高產(chǎn)作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜Figure 4 Network graph of high-yield author collaborations in 2020 and after 2020

2.4 研究機構(gòu)分析（見表2）

表2 研究機構(gòu)發(fā)文量比較Table 2 Comparison of the quantity of publications by research institutions

2020 年以前，發(fā)文量排在首位的是中山大學新華學院（8篇），其次是南京醫(yī)科大學基礎(chǔ)醫(yī)學國家級實驗教學示范中心（6 篇）和成都醫(yī)學院基礎(chǔ)醫(yī)學院（4 篇）。2020 年及以后，上海地區(qū)的醫(yī)學院校對虛擬仿真的研究較多，上海中醫(yī)藥大學發(fā)文量為5 篇，上海健康醫(yī)學院醫(yī)學技術(shù)學院、上醫(yī)健康醫(yī)學院醫(yī)學影像學院的發(fā)文量均為3 篇。

2.5 關(guān)鍵詞聚類分析（見圖5、6）

圖5 2020 年以前的關(guān)鍵詞聚類分析Figure 5 Keyword clustering analysis before 2020

圖6 2020 年及以后的關(guān)鍵詞聚類分析Figure 6 Keyword Cluster Analysis for 2020 after 2020

2020 年以前的關(guān)鍵詞聚類分析結(jié)果顯示，11 個關(guān)鍵詞聚類模塊能清晰地展示醫(yī)學教育及醫(yī)學邊緣學科領(lǐng)域相關(guān)研究的主題分布情況，有利于對該領(lǐng)域的了解和分析。共5 個領(lǐng)域：教學（教學改革、教學方法、教學模式、教育），實驗（實驗教學、實訓(xùn)教學），虛擬仿真技術(shù)（虛擬現(xiàn)實、仿真技術(shù)），翻轉(zhuǎn)課堂，人才培養(yǎng)。

2020 年及以后的關(guān)鍵詞聚類分析結(jié)果顯示，與2020 年以前的關(guān)鍵詞聚類模塊相比，2020 年及以后該領(lǐng)域的研究重點仍在實驗教學層面，共4 個領(lǐng)域：人才培養(yǎng)，教學（實踐教學、實驗教學、臨床教學、課程模式、課程建設(shè)等），虛擬技術(shù)（虛擬仿真、虛擬現(xiàn)實、信息化），線上教學（微課、在線教學、雨課堂、線上線下結(jié)合等）。

2.6 Timeline 圖譜可視化分析

以時間為基點，繪制2020年前后出現(xiàn)的關(guān)鍵詞Timeline 圖譜（見圖7、8）。圖7 中Q=0.829＞0.3，S=0.965 6＞0.7，表示聚類關(guān)系具有較高可信度，排除關(guān)鍵詞“虛擬仿真”，可見，該領(lǐng)域的相關(guān)研究主要聚焦在教學改革和實驗教學方面，占比較大的有互動三維、實踐教學、教學改革、實驗教學、高職護理。

圖7 2020 年以前的Timeline 圖譜Figure 7 Timeline graph before 2020

圖8 中Q=0.841＞0.3，S=0.959 7＞0.7，表示聚類關(guān)系具有較高可信度，該領(lǐng)域的相關(guān)研究已從教學改革轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵺`教學和人才培養(yǎng)，圖中與護理相關(guān)的詞匯出現(xiàn)比例較高，說明該階段的主要變化是將虛擬仿真引入護理學專業(yè)課程教學、實驗操作、教學改革、綜合技能訓(xùn)練。其中，在線教學、線上教學、翻轉(zhuǎn)課堂等關(guān)鍵詞開始突現(xiàn)。

圖8 2020 年及以后的Timeline 圖譜Figure 8 Timeline graph for 2020 and after 2020

2.7 Timezone 關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析（見圖9、10）

圖9 2020 年以前的Timezone 關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析Figure 9 Analysis of Timezone keyword emergence before 2020

關(guān)鍵詞突現(xiàn)能反映隨著時間的推移，研究重點的演變情況，并預(yù)測未來研究趨勢和發(fā)展方向。提取2020 年以前的13個關(guān)鍵詞進行Timezone 關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，2020 年以前，對虛擬仿真的研究主要聚焦于虛擬實驗、藥理學、實訓(xùn)教學、虛擬現(xiàn)實方面，突現(xiàn)強度較弱的關(guān)鍵詞有護理專業(yè)、臨床教學、醫(yī)學教育、應(yīng)用。2020 年及以后的Timezone 關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析結(jié)果顯示虛擬仿真在線上教學中的應(yīng)用已成為一種趨勢，2020 年突現(xiàn)的關(guān)鍵詞是教學模式，2021 年和2022 年突現(xiàn)的關(guān)鍵詞是信息化、創(chuàng)新、線上線下、實驗課、實驗等。

2.8 高頻關(guān)鍵詞

運用CiteSpace.6.1R3 軟件對關(guān)鍵詞進行分析，找到2020年前后的高頻關(guān)鍵詞（見表3）?？梢钥闯?，2020 年前后實驗教學、教學改革、實踐教學均為研究重點；教學模式、線上教學、翻轉(zhuǎn)課堂等關(guān)鍵詞在2020 年及以后的出現(xiàn)頻次呈上升趨勢。

表3 2020 年前后的高頻關(guān)鍵詞Table 3 High frequency keywords before and after 2020

3 討論

3.1 虛擬仿真的重要性在疫情后逐步顯現(xiàn)

圖1 顯示，2020 年及以后，虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學教育領(lǐng)域中的應(yīng)用呈上升趨勢，2020 年以前的發(fā)文量為653 篇，2020 年及以后的發(fā)文量為1 004 篇，表明虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學教育領(lǐng)域得到迅速發(fā)展。2020 年及以后發(fā)表的1 004 篇文獻內(nèi)容涵蓋虛擬仿真實驗教學、虛擬仿真在醫(yī)學教學中的應(yīng)用、教學改革、線上教學等?？梢钥闯?，疫情前人們對虛擬仿真技術(shù)的關(guān)注度并不高，認為其在日常生活中并不重要；疫情發(fā)生后，傳統(tǒng)的面對面教學模式受到限制，無法開展正常的實驗教學活動，急需一種能進行線上實驗教學的技術(shù)。利用虛擬仿真技術(shù)通過遠程教育平臺進行在線培訓(xùn)和實驗教學，可實現(xiàn)知識的快速傳遞與交流。因此，人們對醫(yī)學教育的研究開始向虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用轉(zhuǎn)變，并嘗試將虛擬仿真技術(shù)融入醫(yī)學教學活動。2020 年以前的關(guān)鍵詞聚類分析結(jié)果顯示，“教學改革”排在首位，說明疫情前，人們已經(jīng)開始進行教學改革，并將虛擬仿真技術(shù)融入醫(yī)學教學。2020 年及以后的關(guān)鍵詞聚類分析結(jié)果顯示，“實踐教學”排在首位，說明人們已經(jīng)認識到虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學實踐教學的重要性，利用醫(yī)學虛擬仿真技術(shù)教學逐漸被重視。圖6 中出現(xiàn)的臨床實踐、教育、信息化、虛實結(jié)合等關(guān)鍵詞，也顯示虛擬仿真技術(shù)被廣泛引入醫(yī)學教學，醫(yī)學教育領(lǐng)域掀起虛擬仿真研究熱潮。

3.2 醫(yī)學教學逐漸轉(zhuǎn)為虛擬仿真技術(shù)結(jié)合線上教學

由表1、圖3 可知，2020 年以前，高產(chǎn)作者的研究方向傾向于如何利用虛擬仿真技術(shù)減少醫(yī)療耗材、進行實驗教學以及虛擬仿真學習平臺建設(shè)。2020 年及以后，這些高產(chǎn)作者的研究方向開始轉(zhuǎn)向線上線下虛擬仿真實驗平臺建設(shè)、“互聯(lián)網(wǎng)+” 虛擬仿真實驗平臺建設(shè)。由表1、圖4 可見，2020 年及以后，高產(chǎn)作者及其團隊開始研究網(wǎng)絡(luò)課程、網(wǎng)絡(luò)教學、線上線下混合式教學以及將醫(yī)學課程與虛擬仿真相融合。說明2020 年以前，醫(yī)學教育領(lǐng)域研究的方向主要是探索虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，研究內(nèi)容較單一，2020 年及以后開始向多層次、多角度融合，以及構(gòu)建線上虛擬仿真教學平臺轉(zhuǎn)變。對檢出文獻進行深入分析發(fā)現(xiàn)，2020 年及以后，共有19 篇文獻的研究方向是將虛擬仿真技術(shù)引入翻轉(zhuǎn)課堂等線上教學平臺，多為線上線下混合式教學、實驗教學。利用虛擬仿真技術(shù)為學生提供一個安全、真實的學習環(huán)境。翻轉(zhuǎn)課堂是一種以學生為中心、將課外學習和課內(nèi)交流相結(jié)合的教學模式。虛擬仿真技術(shù)與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合，學生可以自主進行實驗操作，并針對自身情況不斷改進。疫情防控期間，虛擬仿真技術(shù)結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的混合教學模式解決了無法面對面授課的難題，在一定程度上保證了教學有序進行。

3.3 我國醫(yī)學教育領(lǐng)域的虛擬仿真演化路徑

2004—2014 年，虛擬仿真醫(yī)學教學模式建設(shè)階段。該階段將虛擬仿真技術(shù)引入醫(yī)學教學及課程建設(shè)。古耀達[6]在其2007年發(fā)表的文章中指出，將虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)引入醫(yī)療培訓(xùn)，建立醫(yī)學虛擬示教系統(tǒng)。同年，郭爭鳴等[7]介紹了其所在單位構(gòu)建的模擬仿真中醫(yī)診療教學體系，解決了實踐教學中遇到的難題。之后有學者對虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學各個領(lǐng)域中的應(yīng)用展開研究，如在病歷討論[8]、公共事件應(yīng)急救援系統(tǒng)構(gòu)建[9]、護理實踐教學系統(tǒng)建設(shè)[10]、醫(yī)學虛擬仿真實驗室建設(shè)[11]等。此階段的重點是建立醫(yī)學虛擬仿真教學模式，由于虛擬仿真技術(shù)尚未成熟，因此在醫(yī)學教育領(lǐng)域的應(yīng)用也只是初級階段，相關(guān)研究較少。

2015—2019 年，虛擬仿真醫(yī)學實驗教學階段。Timezone 關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析顯示，2015—2019 年出現(xiàn)關(guān)鍵詞實驗室、虛擬實驗、實訓(xùn)教學。2015 年，李媛媛等[12]對醫(yī)學虛擬仿真實驗室與傳統(tǒng)實驗室進行分析對比，對醫(yī)學仿真實驗室的教學功能進行準確定位。之后虛擬仿真技術(shù)在中醫(yī)藥、醫(yī)學檢驗、護理、解剖、口腔等課程實驗教學領(lǐng)域得到一定程度的發(fā)展，該階段的虛擬仿真技術(shù)相對較成熟。

2020—2022 年，醫(yī)學虛擬仿真線上線下混合式教學階段。2020 年及以后，該領(lǐng)域趨向?qū)虒W模式的研究，圖10 顯示，2020 年及以后“教學模式” 的突現(xiàn)強度排名第一。表3 顯示，2020 年以前，“線上教學”的出現(xiàn)頻次為0 次，2020 年及以后為21 次。該階段主要是將翻轉(zhuǎn)課堂、雨課堂、慕課與虛擬仿真訓(xùn)練相結(jié)合，開展混合式虛擬仿真線上教學方面的研究。

圖10 2020 年及以后的Timezone 關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析Figure 10 Analysis of Timezone keyword emergence in 2020 after 2020

3.4 虛擬仿真在醫(yī)學教學中的重要性

2020 年及以后，虛擬仿真在醫(yī)學教學中的應(yīng)用呈爆發(fā)式增長，出現(xiàn)了線上線下相結(jié)合的醫(yī)學實驗教學模式。疫情使得許多國家和地區(qū)的醫(yī)學教育、實踐教學面臨前所未有的挑戰(zhàn)，在此背景下，虛擬仿真技術(shù)被廣泛運用，教學也向線上、線下相結(jié)合的方向發(fā)展。

疫情防控期間，各地紛紛采取限制出行和聚集等相關(guān)措施，這也給醫(yī)學教學帶來很大挑戰(zhàn)，而虛擬仿真技術(shù)可以通過在線模擬和虛擬現(xiàn)實等方式進行教學。湯繼輝等[13]將虛擬仿真實驗結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂引入藥劑教學；穆清爽等[14]基于慕課和SPOC理論，利用翻轉(zhuǎn)課堂開展呼吸內(nèi)科教學。疫情防控期間，學生居家或在宿舍學習，實驗教學的開展受到限制，而虛擬仿真技術(shù)可以提供病例和場景，模擬常見病、多發(fā)病、疑難雜癥，學生通過線上學習也能進行實踐，從而更好地理解和掌握知識。此外，虛擬仿真系統(tǒng)能作為醫(yī)學生課前預(yù)習、課中學習、課后強化的線上輔助系統(tǒng)，提高實驗教學的實效性，具有較強的實用性。

3.5 研究的局限性

本研究僅分析了中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫2004—2022 年收錄的關(guān)于虛擬仿真在醫(yī)學教育及醫(yī)學邊緣學科領(lǐng)域應(yīng)用的文獻，數(shù)據(jù)來源局限于一個數(shù)據(jù)庫，可能會遺漏其他數(shù)據(jù)庫中的文獻，使可視化分析結(jié)果出現(xiàn)偏倚。此外，針對高產(chǎn)作者的合作關(guān)系分析未能體現(xiàn)其貢獻度。

4 結(jié)語

本研究使用可視化軟件CiteSpace.6.1.R3 對高產(chǎn)作者、研究機構(gòu)、關(guān)鍵詞聚類模塊等進行可視化分析，繪制相應(yīng)圖譜，提取高頻詞匯，研究內(nèi)容與當前時代變化一致。通過分析可得出以下結(jié)論：2020 年及以后，人們開始關(guān)注虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學教育領(lǐng)域的應(yīng)用，研究熱點聚焦于線上教學、人才培養(yǎng)、實驗教學等，未來虛擬仿真技術(shù)還會更多地融入醫(yī)學教育，促進醫(yī)學學科發(fā)展。