“金課”背景下虛擬仿真實驗教學在預防醫學人才培養中的重要性

徐海明 德小明 關素珍 李麗萍 張鵬舉 喬 慧

（[1]寧夏醫科大學公共衛生與管理學院 寧夏·銀川 750004；[2]寧夏環境因素與慢性病控制重點實驗室 寧夏·銀川 750004；[3]寧夏醫科大學護理學院 寧夏·銀川 750004）

自2018年6月教育部陳寶生部長在“新時代全國高等學校本科教育工作會”上第一次提出“金課”概念以來，“金課”逐漸成為高等教育領域的熱詞（表1）。關于“金課”的基本內涵，可以概括為“兩性一度”，即高階性、創新性和挑戰度。“金課”的提出給高等醫學教育的發展帶來了新的契機。作為高等醫學教育的一個重要組成部分,預防醫學的地位及重要性不斷突顯。2016年10月25日，中共中央、國務院公布了《“健康中國2030”規劃綱要》，“綱要”旨在推進健康中國建設，提高人民健康水平。新時代的到來為公共衛生賦予了新的內涵，同時也為公共衛生事業的發展提供了新的機遇。作為公共衛生領域人才培養的基石，預防醫學教育應加快改進人才培養模式，由理論性人才向務實創新的高素質應用型預防醫學專業人才轉變。作為五大“金課”成員中的一員，虛擬仿真“金課”可以借助信息技術、智能技術與實驗教學的深度融合，有效破解高校實驗、實習和實訓中的難題。將虛擬仿真實驗技術引入實踐性較強的預防醫學實驗教學，對于創新實驗教學模式和提高公共衛生與預防醫學人才培養質量至關重要。

表1：與“金課”有關的重要事件梳理

1 預防醫學實驗教學過程中存在的突出問題

預防醫學是一門實踐性很強的應用型學科，其開課時間一般集中在本科教學的中后階段。在前期的基礎醫學實驗課程學習過程中，學生已掌握了一定的常規實驗技能。而預防醫學實驗課程更加注重學生綜合能力的培養。但是，大多數高校在開展預防醫學實驗教學時多采用“教師按部就班地教，學生按部就班地學”的程式化模式。在這個過程中，學生的注意力通常集中在具體的實驗操作上，不利于學生分析并解決實際問題以及創新能力的培養。進而言之，這種培養模式不能滿足當今社會對預防醫學人才的需求。例如，隨著突發公共衛生事件的不斷涌現，公共衛生領域對公衛從業人員的應急準備和應急處置能力的要求越來越高。但是，突發公共衛生事件通常具有“突發”的屬性，學生鮮有機會“身臨其境”。部分內容只能選擇觀看視頻的方式進行名不副實的實踐教學，學生難以將課堂所學運用到實際工作中。

此外，實驗教學經常受到場地、課時、經費投入等多方面限制。例如，《環境衛生學》及《職業衛生及職業醫學》課程實驗內容涉及大氣、水體、職業場所等采樣內容。出于安全考慮，大部分高校并不具備將學生帶進現場開展實際采樣的條件。尷尬的是，此類實驗難以在常規實驗室中進行較好地模擬。

綜上，現有的培養路徑限制著預防醫學實驗教學的發展，同時無法滿足當今社會對于公共衛生領域實用創新型人才的培養需求。因此，如何有效的解決上述問題，成為擺在每一位預防醫學教育工作者面前的一個難題。

2 在預防醫學實驗教學中開展虛擬仿真實驗的必要性和價值

虛擬仿真實驗教學項目，是推進現代信息技術融入實驗教學、拓展實驗教學內容廣度和深度、延伸實驗教學時間和空間、提升實驗教學質量和水平的重要舉措（表2）。在醫學領域，2013年-2015年先后成立33個醫學類國家級虛擬仿真實驗教學中心。此后，在《教育部辦公廳關于2017-2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》（教高廳〔2017〕4號）文件中明確，除了基礎醫學、臨床醫學等醫學學科外，預防醫學也有布局。尤為值得一提的是，在教育部推出的首批國家級一流本科課程中，包括7項公共衛生與預防醫學類虛擬仿真實驗教學項目（表3）。因此，將虛擬仿真技術應用到預防醫學實驗教學課中已是大勢所趨，將會為預防醫學實驗教學的開展及實用創新型預防醫學人才的培養提供全新的手段。

表2：與“虛擬仿真實驗教學項目”有關的重要事件梳理

表3：2017年-2020年示范性虛擬仿真實驗教學項目建設規劃（醫學）

2.1 豐富教學方式，拓展教學范圍，提升教學效果

實驗教學與理論教學共同組成一個完整的教學過程。實驗教學是學生將理論知識具體化的最主要手段。所以實驗教學與理論教學應相輔相成，并且實驗教學手段應該更加豐富，以便達到培養學生實際操作能力的要求。虛擬仿真技術將實驗以更為直觀和形象的方式向學生展現，可以刺激學生的視覺和聽覺等各種感官系統，激發學生的學習興趣，調動學生的學習積極性和主動性。在這個過程中，學生由單純的模仿者向探究者和創造者轉換。同時，教師可以將課程內容相關的教學資源上傳至虛擬仿真實驗平臺，便于學生開展課前預習和課后復習，從而取得更好的教學效果。

預防醫學實驗課中經常需要用到大型儀器設備，這些儀器都需要經過專業培訓后才能上手操作，這就給實驗教學帶來了一定限制。例如，衛生化學是高等醫學教育預防醫學專業學生必修的專業基礎課，其主要任務是為學生講授專業課和生產實習所必需的分析科學基礎理論、基本知識及基本技能，是一門實踐性很強的學科，儀器分析是其重要的課程內容，但目前無法做到讓每個學生都可以動手操作，教學效果不盡如人意。虛擬仿真技術可以實現從實驗前準備到儀器上機操作整個環節的仿真模擬，每一個學習者都可以參與到整個實驗操作過程中來（可以借助頭盔顯示器或VR眼鏡等設備獲得更佳的感官體驗），可以從一定程度上改善儀器設備對實驗教學的限制。

2.2 突破傳統限制，“親臨”公共衛生突發事件現場

預防醫學專業人才是突發公共衛生事件應急處置的排頭兵和主力軍。近年來，尤其是2019年年底新冠肺炎疫情（COVID-19）發生以來，其應對突發公共事件能力受到各級醫療、疾病防控部門及教育部門的高度重視。在這個時代背景下，提升學生大預防觀思維和協同處置能力，特別是突發公共衛生事件應急能力顯得尤為重要。例如，公共場所生物恐怖襲擊是重要的公共衛生突發事件。在常規教學過程中，教師無法在課堂上進行實例教學。虛擬仿真技術可以彌補這種弊端，利用計算機技術實現對公共場所生物恐怖襲擊衛生應急處置的仿真模擬，讓學生“身臨其境”，通過交互式操作步驟引導學生學習此類公共衛生突發事件發生時的規范化處置流程。特別值得一提的是，哈爾濱醫科大學吳群紅教授申報的《公共場所生物恐怖襲擊衛生應急處置關鍵技術仿真與模擬》被評為國家級虛擬仿真實驗教學項目和首批國家級一流本科課程。

再如，傳染病疫情的預防和控制是疾控系統工作的重點。但是，在傳統的預防醫學實驗教學過程中，多采用理論教學方式，教學效果不甚理想。我們可以充分利用虛擬仿真實驗手段，以互動式的情節“還原”傳染病暴發、疫情上報、疫情防控等場景，讓學生可以“零距離接觸”此類公共衛生突發事件現場并參與整個應急處理過程。通過虛擬仿真項目學習，可以加深對理論知識的掌握，鍛煉動手能力，為今后走向疾控工作崗位打下良好基礎。西藏民族大學和東南大學聯合建設的《呼吸道傳染病突發事件應急處置及效果的虛擬仿真實驗》應用系統動力學模型和虛擬仿真技術對呼吸道傳染病突發事件應急處置的過程進行仿真模擬，通過事件發現與報告、流行病學調查、事件現場處置、事件總結報告的四個階段以及實時的結局監測，突出以公共衛生應急核心勝任力為導向，培養學生熟悉應急處置過程中的15個知識點和掌握應急處置的14種能力。學生通過虛實結合，反復訓練或設計實驗，從而提高學生對突發公共衛生事件現場的處置能力。

2.3 助力實驗室管理，保障實驗室安全

實驗室安全是開展實驗的前提和保障，然而近些年實驗室安全事故頻發，代價慘痛，給全社會敲響警鐘。通過虛擬仿真技術可以創建危險品泄露、火災、爆炸等實驗室常見安全事故的虛擬現場，成為提升學生及實驗室管理人員現場應急處理能力的最佳方法。筆者申報的《CDC病原微生物實驗室生物安全事故應急處置》利用“場景構建虛擬仿真實驗教學方法”，實現了對CDC病原微生物實驗室生物安全事故應急處置全過程的仿真。通過項目學習，可以使學生掌握實驗室生物安全事故應急處置的要點，進而為預防和迅速控制病原微生物實驗室生物安全事件，最大程度地減少實驗室生物安全事件造成的危害，保障公眾、環境的生物安全，維護社會穩定提供有力支撐，該項目在實驗空間的鏈接為http://www.ilabx.com/details/v5?id=3806&isView=true（圖 1）。

圖1：《CDC病原微生物實驗室生物安全事故應急處置》虛擬仿真實驗項目截圖

3 結語

長期以來，中國普通高校公共衛生教育主要是效仿蘇聯的模式。到目前為止，培養框架一直沒有發生實質性改變。由于受到重理論輕實踐思想的禁錮，普通醫學院校培養的預防醫學人才并不能完全滿足疾控一線工作的實際需要（如缺乏對突發公共衛生事件的應急處置能力等）。

虛擬仿真實驗教學是推動實驗教學改革與創新的重要手段，是提高教學效率、提升教學效果的重要途徑。虛擬仿真“金課”，已經成為中國教育“變軌超車”的創新一招。作為傳統實驗教學方法的重要補充，虛擬仿真實驗教學的發展是順應時代改革的必然趨勢。有理由相信，隨著虛擬仿真實驗系統的不斷完善，將會為培養務實創新的高素質應用型預防醫學專業人才提供更好的平臺，也會為預防醫學實驗教學帶來新的機遇和突破。