虛擬仿真實驗平臺在職業衛生與職業醫學實驗教學中的應用探索

王高陽，袁 媛，李筱晨，賀冰雪，趙鳳紅，金亞平

（中國醫科大學公共衛生學院，遼寧 沈陽 110122）

職業衛生與職業醫學是預防醫學專業的重要課程，具有很強的實踐性。職業衛生與職業醫學的實驗教學旨在培養學生的實踐能力和獨立思考能力，對于學生綜合素質的提高有重要作用[1]。在新冠肺炎疫情影響下，各高校為實現“停課不停教，停課不停學”，紛紛開展線上教學。對于職業衛生與職業醫學理論課而言，可通過雨課堂、騰訊會議、釘釘等直播軟件實現線上教學，但實驗課的線上教學仍然是困擾各學校的難題[2]。鑒于職業衛生與職業醫學實驗課的特點，為保障實驗教學順利進行，虛擬仿真技術的應用勢在必行。虛擬仿真實驗是指利用虛擬現實、人工智能、網絡通信、多媒體等技術，模擬出符合要求的實驗環境和實驗對象，獲得接近甚至優于真實環境的教學效果。虛擬仿真技術可使學生在沉浸式互動中，從多種空間視角獲得豐富的感官和心理體驗[3-4]。職業衛生與職業醫學高危實驗、高消耗及慢性實驗等，尤其適合借助虛擬仿真技術開展[5]。為此，中國醫科大學引入上海夢之路公司研發的虛擬仿真實驗教學云平臺。本教研室精選了其中4個和職業衛生與職業醫學實驗相近或互補的虛擬仿真實驗項目應用于實驗教學中。同時選擇2016級預防醫學專業學生為對象進行了初步實踐，得到了積極和正面的反饋評價，現介紹如下。

1 對象與方法

1.1 對象

選擇本校2016級預防醫學專業48名學生為研究對象。

1.2 教學設計思路

教師在完成職業衛生與職業醫學理論課教學的基礎上，向學生發布虛擬仿真實驗課的學習任務，學生在規定時間內完成虛擬仿真實驗課的學習。課程結束后，教師通過課程考核和問卷調查對教學效果進行評價。

1.3 方法

1.3.1 教學內容 本教研室選取了4個虛擬仿真實驗項目作為具體的教學內容，分別是“職業性塵肺病診斷虛擬仿真實驗仿真軟件”“急性職業中毒事件應急處理仿真案例”“職業性有害因素的識別與控制——以汽車制造業為例”“鉛中毒案例虛擬仿真實驗教學項目”。

1.3.2 教學過程 夢之路云平臺虛擬仿真實驗系統分為教師系統和學生系統。教師利用教師賬號登錄，發布學習任務。學生通過學生賬號登錄，查看自己的學習任務，完成實驗課程學習。教師可隨時登錄系統查看學生課程學習情況，從而針對性督促學生進一步完成學習任務。課程結束后，學生從實驗目的、器材、步驟、結果等方面進行實驗記錄，撰寫實驗報告。

1.3.3 教學效果評價 教學效果評價包括課程考核和問卷調查兩個部分。課程考核成績滿分為100分，由課程完成度（40%）、實驗報告（30%）、課后測驗（30%）三部分構成。待所有學生完成虛擬仿真實驗后，采用自行設計的調查問卷進行調查，了解學生對虛擬仿真實驗教學的效果評價。調查前向學生說明目的和意義，規定15分鐘內完成問卷并統一回收。調查問卷共設置7道選擇題和1道開放式簡答題。選擇題包括學生對虛擬仿真實驗教學的整體評價、學習興趣和積極程度、公共衛生處理能力是否得到提升等，開放式簡答題為學生對虛擬仿真實驗教學的意見和建議。

2 結果

2.1 課程考核成績

通過匯總課程完成度、實驗報告、課后測驗三部分成績發現，課程考核總成績90分及以上的學生占58.34%，80～89分的學生占 33.33%，70～79 分的學生占 6.25%，60～69 分的學生占2.08%，大部分學生的課程考核成績優良（見圖1）。

圖1 學生成績區間分布

2.2 問卷調查結果

通過問卷星發放48份問卷，回收有效問卷48份，問卷有效收回率100%。79.17%的學生認為虛擬仿真實驗內容具有較好的綜合性，68.75%的學生認為虛擬仿真軟件操作有較好的便利性，75.00%的學生認為虛擬仿真實驗具有較強的互動性，81.25%的學生認為虛擬仿真實驗對提高公共衛生綜合處理能力有幫助，81.25%的學生認為虛擬仿真實驗對掌握和鞏固專業理論知識有幫助，54.17%的學生表示愿意在課后反復學習虛擬仿真實驗，68.75%的學生希望在今后的學習中增加此類虛擬仿真實驗項目（見表1）。在開放性簡答題中，大部分學生認為目前的虛擬仿真實驗很好，無其他意見和建議。少部分學生認為虛擬仿真實驗仍有改進空間，主要集中在“只能使用電腦操作而不能使用手機操作”“軟件兼容性有待提高”等。

表1 學生對虛擬仿真教學模式的效果評價[n（%）]

3 討論

3.1 虛擬仿真實驗平臺能夠提高職業衛生與職業醫學實驗教學質量

職業衛生與職業醫學具有較強的實踐性和應用性，然而傳統實驗教學有一定局限性。在實驗場所方面，傳統實驗教學只能在固定時間和固定地點進行，并不利于提高學生主動學習的興趣。在實驗內容方面，傳統實驗課多為演示性和驗證性實驗，如工作場所噪聲、振動、溫度、輻射等物理因素的測量；工作場所粉塵濃度、分散度的測量；血鉛、尿鉛、全血膽堿酯酶活性等生物標記物的測定等[6]。同時，由于實驗條件限制，無法開設高風險、高投入的實驗，如煤礦井下噪聲控制、疲勞狀態下人體生理反應、職業性突發化學中毒事件應急處理等。這些實驗很難采取傳統方式進行，不僅實驗場所受到限制，對學生安全也會造成威脅[7-8]。虛擬仿真技術可以解決上述問題，本次引入4個和職業衛生與職業醫學真實實驗相近或互補的虛擬仿真實驗項目，不僅打破了傳統實驗教學在場所和條件方面的限制，還能讓學生在安全的環境下進行實驗操作，對職業衛生與職業醫學實驗教學質量的提高具有重要的意義。

3.2 虛擬仿真實驗平臺能夠提高職業衛生與職業醫學實驗教學效果

傳統的實驗教學模式以教師為主體，學生在實驗中只是被動、機械地模仿教師的操作，并按照既定的實驗步驟進行。在這種教學模式下，學生僅僅掌握了一些基本的儀器操作和樣品采集處理方法，缺乏獨立思考的過程，限制了學生發現、分析和解決問題能力，導致學生學習積極性和參與度下降，很難保證實驗教學效果[9]。本次我們引入的虛擬仿真實驗項目，其內容具有較強的代入感和互動性，激發了學生的學習興趣，提高了學生的自主學習能力，提升了教學效果。在實驗課程考核中，大部分學生的考核成績優良。同時，通過問卷調查發現，大部分學生對虛擬仿真實驗教學效果持正向和積極的評價。但是，我們通過問卷調查也發現，由于虛擬仿真實驗系統剛剛興起，還有很多需要完善的地方，后期應著力加強建設線上數字資源庫、豐富實驗教學資源、優化操作界面、提高軟件與各類移動設備的兼容性。