虛擬仿真技術(shù)在軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

[摘要] 虛擬仿真技術(shù)是一種新型實(shí)踐教學(xué)手段，是將專業(yè)課實(shí)踐教學(xué)融入電子信息系統(tǒng)，使學(xué)生沉浸于實(shí)踐學(xué)習(xí)中，是高校實(shí)踐教學(xué)改革的重要措施之一。軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用學(xué)科，涉及高危、高消耗、高難度和慢性實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。在軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)實(shí)踐教學(xué)中運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，提供安全、高效和可重復(fù)的實(shí)踐環(huán)境，可提高學(xué)生的參與度、實(shí)踐思維和解決問(wèn)題的能力，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)的理解和興趣。然而，虛擬仿真技術(shù)的運(yùn)用也面臨技術(shù)限制、教學(xué)模式和案例真實(shí)性的挑戰(zhàn)，需要不斷推進(jìn)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用創(chuàng)新，調(diào)整教學(xué)模式和評(píng)估機(jī)制，積極與用人單位交流，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、實(shí)踐能力和崗位勝任力，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞] 軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)；實(shí)踐教學(xué)；虛擬仿真技術(shù)

[中圖分類號(hào)] R12" """"[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A """""[DOI] 10.3969/j.issn.1673-9701.2025.04.018

軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)是軍事預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)的一門主干學(xué)科，教學(xué)內(nèi)容包括大氣衛(wèi)生、給水衛(wèi)生、土壤衛(wèi)生、營(yíng)區(qū)衛(wèi)生、特殊環(huán)境衛(wèi)生、軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)測(cè)與監(jiān)督等。課程內(nèi)容實(shí)踐性強(qiáng)，要求學(xué)生不僅掌握相關(guān)基本理論和基礎(chǔ)知識(shí)，還應(yīng)掌握基本實(shí)踐技能，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決實(shí)際問(wèn)題和做出相應(yīng)技術(shù)決策建議的能力。軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)實(shí)踐教學(xué)涉及高危實(shí)驗(yàn)、高消耗及慢性實(shí)驗(yàn)、高難度實(shí)驗(yàn)較多，然而課程既定課時(shí)有限，無(wú)法滿足學(xué)生全程、全時(shí)、全部完成課程相關(guān)實(shí)踐內(nèi)容，且在傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)境中難以讓學(xué)生切身體驗(yàn)軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)的高原、高寒、低氧等特殊環(huán)境。學(xué)生畢業(yè)后進(jìn)入工作崗位，仍需要繼續(xù)深化學(xué)習(xí)課程相關(guān)的專業(yè)技能，繼續(xù)教育和任職培訓(xùn)等線上教學(xué)難以通過(guò)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)完成教與學(xué)的目標(biāo)^[1-2]。以上特征對(duì)傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)提出挑戰(zhàn)，因此，將虛擬仿真技術(shù)與軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)實(shí)踐教學(xué)相聯(lián)系，是促進(jìn)課程實(shí)踐教學(xué)改革、提高授課質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要選擇，也是強(qiáng)化軍隊(duì)專業(yè)技術(shù)人員崗位勝任能力的重要手段。

實(shí)踐教學(xué)中的虛擬仿真技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過(guò)創(chuàng)建虛擬環(huán)境和模擬真實(shí)場(chǎng)景，學(xué)生在虛擬場(chǎng)景下進(jìn)行實(shí)踐操作和體驗(yàn)，不僅可個(gè)性化學(xué)習(xí)，還能進(jìn)行場(chǎng)景化團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成既定任務(wù)，達(dá)到“以學(xué)生為中心”的實(shí)踐教學(xué)目的^[3]。通過(guò)虛擬仿真技術(shù)建設(shè)符合條件的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象以獲得接近真實(shí)情景下實(shí)踐教學(xué)效果的智慧教學(xué)手段稱為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)^[4-5]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可使學(xué)生從多種空間視角獲得豐富的感官和沉浸式體驗(yàn)，能將信息技術(shù)融合到專業(yè)課程實(shí)踐教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐創(chuàng)造能力，推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的開(kāi)放共享，推動(dòng)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新^[6]。

1 "虛擬仿真在軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

筆者建立以多媒體電腦為核心的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室設(shè)備配置完整，于2022年自主開(kāi)發(fā)軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)2套，購(gòu)買在線虛擬仿真系統(tǒng)1套，均已裝配于該實(shí)驗(yàn)室；實(shí)驗(yàn)室搭建專門的服務(wù)器，為順利完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)提供高效的運(yùn)行保障和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；同時(shí)配置虛擬仿真成績(jī)管理系統(tǒng)，以上實(shí)驗(yàn)室設(shè)備條件為軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)提供有力保障。

目前，已開(kāi)發(fā)的內(nèi)容有軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)中給水衛(wèi)生、營(yíng)區(qū)衛(wèi)生、野營(yíng)衛(wèi)生；同時(shí)構(gòu)建突發(fā)應(yīng)急事件虛擬案例和實(shí)踐環(huán)境^[7]。教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生可通過(guò)學(xué)生端進(jìn)行訪問(wèn)，在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中完成樣本采集、檢測(cè)設(shè)備操作、污染物處理等各種實(shí)踐操作，培養(yǎng)實(shí)踐思維和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)與虛擬環(huán)境的交互，學(xué)生可切身感受環(huán)境問(wèn)題的影響和解決方法，增強(qiáng)對(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)的理解和興趣。學(xué)生操作時(shí)，教師可通過(guò)管理終端實(shí)時(shí)監(jiān)控，針對(duì)學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中存在的問(wèn)題提出實(shí)時(shí)反饋和錯(cuò)誤糾正，并進(jìn)行討論和交流，促進(jìn)知識(shí)的掌握和能力的提升。同時(shí)，教師結(jié)合理論教學(xué)為學(xué)生提供必要的背景知識(shí)和理論支持，促進(jìn)實(shí)踐和理論的有機(jī)結(jié)合。

以給水衛(wèi)生為例，設(shè)定的場(chǎng)景為部隊(duì)需要到某地駐訓(xùn)，學(xué)生的任務(wù)是根據(jù)需要為駐訓(xùn)官兵提供足夠的生活飲用水保障。學(xué)生進(jìn)入訓(xùn)練系統(tǒng)，通過(guò)角色扮演完成既定任務(wù)，虛擬場(chǎng)景主要包括出發(fā)前籌劃和準(zhǔn)備保障物資、偵察水源、測(cè)量水量、調(diào)查水源衛(wèi)生流行病學(xué)、檢測(cè)及評(píng)價(jià)水質(zhì)、凈化水源水為生活飲用水和出具水質(zhì)檢測(cè)報(bào)告等。每一步都以現(xiàn)實(shí)為背景設(shè)置虛擬場(chǎng)景，提高學(xué)生的體驗(yàn)感，每個(gè)內(nèi)容完成后給出知識(shí)點(diǎn)相關(guān)練習(xí)題，學(xué)生完成練習(xí)題方能通關(guān)到下一個(gè)內(nèi)容，完成所有內(nèi)容訓(xùn)練后自動(dòng)退出系統(tǒng)，自動(dòng)生成成績(jī)和答案解析。學(xué)生通過(guò)答案解析回顧知識(shí)點(diǎn)，教師通過(guò)訓(xùn)練效果（任務(wù)完成度、完成的時(shí)間及答題情況）評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，及時(shí)查缺補(bǔ)漏。由于場(chǎng)景、任務(wù)、案例、知識(shí)點(diǎn)和練習(xí)題已于課前準(zhǔn)備妥當(dāng)，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)設(shè)置相應(yīng)的角色，確保每名學(xué)生都能在有限的課時(shí)內(nèi)得到訓(xùn)練，這可解決軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)實(shí)踐內(nèi)容多、課時(shí)不足的問(wèn)題。

2 "虛擬仿真技術(shù)在軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)實(shí)踐教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)和影響

軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)往往根據(jù)實(shí)踐內(nèi)容不同，對(duì)實(shí)驗(yàn)室條件的要求也不同。比如對(duì)環(huán)境病原微生物檢測(cè)需要生物安全實(shí)驗(yàn)室，研究環(huán)境有毒有害物質(zhì)對(duì)健康影響的相關(guān)實(shí)驗(yàn)需具備相應(yīng)條件的實(shí)驗(yàn)室^[8]。相比之下，虛擬仿真技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中具有諸多優(yōu)勢(shì)和積極作用。

2.1" 降低危險(xiǎn)性和成本

軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)實(shí)踐教學(xué)中涉及較多強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、劇毒等物質(zhì)，學(xué)生可能面臨各種潛在的風(fēng)險(xiǎn)和安全問(wèn)題，而虛擬實(shí)驗(yàn)室可消除這些風(fēng)險(xiǎn)，提供安全、高效、可多次試錯(cuò)的實(shí)踐環(huán)境，低成本提高學(xué)生實(shí)踐操作和決策建議的能力。對(duì)人數(shù)較多的大班教學(xué)因受限于資源和時(shí)間，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室不能保證每位學(xué)生達(dá)到相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)，影響教學(xué)效果。在虛擬實(shí)驗(yàn)室可進(jìn)行各種虛擬仿真實(shí)踐操作，如設(shè)備操作和維護(hù)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和執(zhí)行等，確保每位學(xué)生都能提升實(shí)踐技能。短時(shí)間內(nèi)完成多個(gè)實(shí)踐任務(wù)，降低投入/產(chǎn)出比。學(xué)生進(jìn)行角色扮演，組建小組協(xié)同實(shí)驗(yàn)，不僅提高教學(xué)效果，還增進(jìn)學(xué)生之間的配合協(xié)作，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的合作精神具有促進(jìn)作用^[9]。

2.2" 培養(yǎng)實(shí)踐思維和解決問(wèn)題的能力

通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)室模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐教學(xué)，嵌入案例，引導(dǎo)學(xué)生更加投入學(xué)習(xí)，培養(yǎng)其自主探索、分析和解決問(wèn)題的能力^[10]。本教研室作為軍隊(duì)院校教學(xué)單位，課程中涉及較多特殊環(huán)境，如戰(zhàn)場(chǎng)的實(shí)踐教學(xué)在和平年代就無(wú)法提供真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐教學(xué)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室通過(guò)模擬相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)的想定案例、想定場(chǎng)景讓學(xué)生體驗(yàn)沉浸式學(xué)習(xí)氛圍，身臨其境、設(shè)身處地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題^[11]。通過(guò)虛擬-現(xiàn)實(shí)對(duì)比、多角度、多方面的實(shí)踐教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)新創(chuàng)造能力^[12]。

2.3" 增強(qiáng)學(xué)生對(duì)軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)的理解和興趣

在研究環(huán)境有毒有害物質(zhì)對(duì)機(jī)體損害機(jī)制實(shí)驗(yàn)中，肉眼甚至普通顯微鏡下觀察不到的微觀層面機(jī)制可通過(guò)虛擬仿真技術(shù)模擬其作用過(guò)程，幫助學(xué)生直觀感受微觀變化，有利于學(xué)生通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)，深入理解和鞏固理論知識(shí)^[13]。如通過(guò)模擬系統(tǒng)檢測(cè)環(huán)境中化學(xué)污染物對(duì)機(jī)體的損傷機(jī)制，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中直觀、形象地理解環(huán)境化學(xué)污染物如何進(jìn)入機(jī)體、如何進(jìn)入靶器官或靶細(xì)胞損害機(jī)體健康的過(guò)程，甚至可模擬損害后的效果，從另一個(gè)側(cè)面喚醒學(xué)生重視預(yù)防醫(yī)學(xué)工作的意識(shí)。同時(shí)，虛擬仿真技術(shù)還可與多媒體教學(xué)、互動(dòng)案例研究等教學(xué)手段結(jié)合，進(jìn)一步豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和知識(shí)獲取途徑^[14-15]。

2.4" 有效提高理論教學(xué)效果

虛擬仿真技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用需要與理論教學(xué)相結(jié)合，形成有機(jī)的教學(xué)體系。虛擬仿真技術(shù)作為實(shí)踐教學(xué)的輔助手段，幫助學(xué)生將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí)，理論教學(xué)也為虛擬仿真實(shí)踐提供必要的理論基礎(chǔ)和背景知識(shí)。理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合促進(jìn)學(xué)生全面的知識(shí)和能力培養(yǎng)，提高教學(xué)的效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。虛擬仿真技術(shù)可記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)痕跡，在實(shí)踐過(guò)程中融入模擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，幫助學(xué)生從多角度理解枯燥的專業(yè)課程理論知識(shí)，將學(xué)習(xí)記錄和思考題答題數(shù)據(jù)導(dǎo)出，幫助教師進(jìn)行學(xué)習(xí)情況分析，實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)教學(xué)效果，及時(shí)改進(jìn)教學(xué)方法。

2.5" 提高人才培養(yǎng)質(zhì)量

人才培養(yǎng)是高校教育教學(xué)主責(zé)主業(yè)，實(shí)踐教學(xué)是促進(jìn)畢業(yè)生快速適應(yīng)工作崗位需要、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要方法^[16]。由于高等教育擴(kuò)招政策，高等教育人才培養(yǎng)從“精英化”向“大眾化”轉(zhuǎn)變，學(xué)員數(shù)量劇增，相應(yīng)的教學(xué)條件尤其是實(shí)踐課的教學(xué)條件與需求之間的匹配程度尚有差距，導(dǎo)致技術(shù)性要求較強(qiáng)的專業(yè)畢業(yè)生踏入崗位后難以快速具備相應(yīng)的勝任能力^[17]。與傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)相比，將虛擬仿真技術(shù)引入實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生可在有限的時(shí)間內(nèi)掌握更多與崗位相關(guān)的知識(shí)和技能，是培養(yǎng)面向未來(lái)的高素質(zhì)專業(yè)化新型人才的重要手段。

3" 虛擬仿真技術(shù)用于軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)實(shí)踐教學(xué)的挑戰(zhàn)與展望

虛擬仿真技術(shù)可提高軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)實(shí)踐教學(xué)效果。然而，應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)仍面臨技術(shù)限制、教學(xué)模式和案例真實(shí)性等各方面挑戰(zhàn)。

3.1" 虛擬仿真模型精度、物理模擬的準(zhǔn)確性等技術(shù)仍有待提高

現(xiàn)行虛擬仿真技術(shù)在軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)實(shí)踐教學(xué)中的運(yùn)用仍受到技術(shù)限制，交互性、真實(shí)性不足。需要針對(duì)不同的環(huán)境污染類型和疫情防控場(chǎng)景開(kāi)發(fā)更加細(xì)致的模擬方案和模型，并結(jié)合頭顯裝備、反饋設(shè)備等提高體驗(yàn)和互動(dòng)，提供更真實(shí)、交互性更高的環(huán)境模擬系統(tǒng)。此外，還需要通過(guò)強(qiáng)化人工智能能力，增加一對(duì)多推演和隨機(jī)事件插入，進(jìn)一步提高案例的真實(shí)性，訓(xùn)練學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

3.2" 教學(xué)模式和評(píng)估機(jī)制需完善

虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)模式和評(píng)估機(jī)制提出新的要求和挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的教學(xué)模式往往側(cè)重于知識(shí)傳授和聽(tīng)課，而虛擬仿真技術(shù)鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與和實(shí)踐操作，需要教師在教學(xué)過(guò)程中扮演更多的指導(dǎo)和引導(dǎo)角色。此外，針對(duì)虛擬仿真技術(shù)的評(píng)估也需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和改進(jìn)，以更好地評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)踐操作和解決問(wèn)題的能力。教師需要思考如何將虛擬仿真技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)方法有機(jī)結(jié)合，提供更全面、有效的教學(xué)過(guò)程和評(píng)估體系，推動(dòng)以學(xué)生為中心的教與學(xué)，提高育人質(zhì)量。如將學(xué)生的學(xué)習(xí)記錄數(shù)據(jù)化，作為形成性成績(jī)，可有效個(gè)性化量化每位學(xué)生的成績(jī)^[18]；還能促使部分在傳統(tǒng)實(shí)踐課堂中“渾水摸魚(yú)”的學(xué)生行動(dòng)起來(lái)，驅(qū)動(dòng)他們主動(dòng)學(xué)習(xí)，進(jìn)一步提高教學(xué)效果。

3.3" 積極與用人單位交流

虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用的核心在于案例的真實(shí)性，高校教師缺乏足夠的部隊(duì)實(shí)踐經(jīng)歷，難以編寫(xiě)貼近部隊(duì)實(shí)際的案例，可能導(dǎo)致學(xué)生通過(guò)虛擬仿真技術(shù)獲得的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與實(shí)際脫節(jié)。因此構(gòu)建“學(xué)校-崗位”交互模式：組織各用人單位共同參與案例的編寫(xiě)設(shè)計(jì)，將實(shí)際工作經(jīng)歷開(kāi)發(fā)為虛擬仿真場(chǎng)景應(yīng)用案例。一方面，切實(shí)做到“學(xué)為戰(zhàn)、教為戰(zhàn)”，提高學(xué)生畢業(yè)后的實(shí)際工作能力；另一方面，案例編寫(xiě)者通過(guò)設(shè)計(jì)、編寫(xiě)案例。復(fù)盤事件現(xiàn)場(chǎng)處置工作，檢討現(xiàn)場(chǎng)處置時(shí)存在的問(wèn)題，提升自身工作能力。同時(shí)，各單位工作人員也可通過(guò)在線虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)尚未掌握的技能，提高自身工作經(jīng)驗(yàn)，為繼續(xù)教育開(kāi)辟新模式^[19]。

4 "結(jié)語(yǔ)

虛擬仿真技術(shù)可有效提高軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量、精準(zhǔn)量化實(shí)踐教學(xué)效果；尤其是在線開(kāi)放虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源遠(yuǎn)程共享、在校學(xué)生自主學(xué)習(xí)、畢業(yè)學(xué)生自主提高職業(yè)實(shí)踐技能。虛擬仿真技術(shù)對(duì)軍隊(duì)環(huán)境衛(wèi)生學(xué)實(shí)踐教學(xué)改革具有重要的意義。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

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（收稿日期：2024–11–17）

（修回日期：2024–12–30）