虛擬仿真系統在現場流行病學教學中的應用

胡 琴，張 耀，向 穎，鄔 娜，賈瀟岳，袁志權，陳 崢，夏婷婷，馬翔宇，李亞斐

陸軍軍醫大學軍事預防醫學系軍隊流行病學教研室（重慶 400038）

近年來，突發公共衛生事件頻發，對我國應急處置能力提出了更高的要求[1]。現場流行病學課程強調將流行病學研究方法應用于突發公共衛生事件調查處置中，旨在傳授學生現場處置突發公共衛生事件的基本知識，培養學生的實踐能力[2-3]。但目前教學體系普遍存在“重理論，輕實踐”的現象，導致學生現場實踐技能欠缺[4]。為促進建設更豐富多元、靈活適用的實驗教學中心，教育部提出建設國家級虛擬仿真實驗室的計劃[5]。虛擬仿真系統利用現代化信息技術，通過模擬高度仿真的突發公共衛生事件處置現場，為學生搭建一個無風險、可調控、可重復的專業知識與技能實戰化訓練平臺，縮小理論教學與現場處置的差距，加深學生對理論知識的理解，突出學生主體地位的教學理念，充分發揮學生主觀能動性，增強學生實踐能力[6-8]。本文就虛擬仿真系統在我校突發公共衛生事件現場流行病學實踐教學中的建設與應用進行探討。

1 突發公共衛生事件現場流行病學課程介紹

1.1 課程概述

采用虛擬仿真教學系統，以某地一起突發公共衛生事件（傳染病疫情）為背景，以事件現場調查和處置為導向，闡述事件發生后現場流行病學調查和事件處置的要求與程序，加強學生對理論知識的掌握和實踐技能的訓練。

1.2 教學內容

理論學習：全流程演示疾病暴發或聚集性疫情防治原則，傳染病疫情暴發后事件的級別判定，上報時限及責任人，傳染病疫情三級防護標準，現場流行病學調查和處置方法、要求和注意事項，以及資料的分析方法和報告撰寫要點等。

實踐技能訓練：包括核實暴發情況，啟動應急預案，成立應急救援小組，物資準備，個人防護服的穿脫，劃定疫區疫點，設置警戒帶，流行病學個案調查，傳染病報告卡的填寫，環境的偵察與樣品的采集檢測，病例的救治和隔離，新病例的搜索與核實，密切接觸者的確定與處置，消毒藥品的選擇、配制和實施，以及數據分析和報告撰寫等。

流行病學思維訓練：以突發事件的暴發到現場流行病學調查和處置為主線，訓練學生探索流行病學理論和方法的應用規律，培養和塑造學生宏觀、全面和預見性的思維理念，提高學生現場流行病學調查和處置技能。

1.3 課程設置

課程共計10個學時，其中，理論學習3個學時，虛擬仿真系統實踐操作與考核4個學時，數據分析和報告撰寫3個學時。

2 突發公共衛生事件現場流行病學虛擬仿真系統的建設

2.1 開發與設計

突發公共衛生事件現場流行病學虛擬仿真系統由我校與某計算機軟件公司合作研發，是一套將三維虛擬仿真技術融入現場流行病學實踐教學的訓練系統。該系統采用基于Microsoft的NET平臺和SQL Server數據庫，使用C/S三層體系結構和DirectX三維技術引擎建立，以虛擬仿真—現場實踐為主線，將專業理論知識、方法運用和實操訓練相結合，綜合運用案例啟發、情景模擬和自主學習等多種教學方法與手段。

2.2 系統架構設想

實操模擬：在三維虛擬場景中，系統自動提示界面中各個模塊及任務功能，進行初步引導，學生根據提示按步驟模擬完成下列操作：①疫情核實與上報；②任務分組；③穿戴防具、選擇攜帶裝備；④現場問詢及個案調查；⑤采集樣本與檢測；⑥根據癥狀得出結論；⑦消殺滅；⑧脫下防具；⑨后續措施等。

學習評價與反饋：實訓目標達成與考核結果的判定應緊密切合操作步驟及任務內容，同時結合實踐目標和要求，合理配置各任務評分，區分重難點，使評分體系能夠切實評價學生知識和操作技能的掌握情況。操作系統通過自動記錄、存儲和分析相關數據，如參加訓練人員的基本信息、學習時長、操作次數、分數等，形成用戶操作日志，并進行統一管理。同時，系統操作反饋能夠及時發現任務設置的漏洞與缺陷，并即時反饋學生的學習情況，以便教師及時更新實訓內容，完善和改進操作流程。

2.3 功能模塊

設定理論學習、實驗簡介和虛擬仿真實踐操作三部分，學習內容涵蓋傳染性疾病暴發后現場調查和事件處置的全過程，包括模擬疫情暴發現場、疫情核實與報告、現場流行病學調查、采樣檢測與病例發現、資料分析總結、事件控制與處理六個模塊（圖1），為學生理論知識學習、實踐技能訓練與流行病學思維理念培養提供平臺。各任務模塊分別代表傳染病疫情調查與處置的不同環節，可重復操作訓練。此外，該平臺將教學、訓練與考核融為一體，通過教師端可即時查看學生學習情況，實時更新教學內容，不斷改進教學實踐質量。

圖1 虛擬仿真系統實踐操作任務模塊Figure 1. Virtual reality simulation system practical operation task module

2.4 系統場景設置

學生通過扮演某疾病預防控制中心工作人員，利用虛擬仿真系統進行交互性操作訓練，包括事件發生現場、疾病預防控制中心、資料分析室等5個場景以及18個任務內容，詳見圖2、表1。

圖2 系統場景和任務要點Figure 2. System scenarios and mission points

表1 虛擬仿真系統各場景任務安排Table 1. Task arrangement for each scene of the virtual reality simulation system

2.5 實操考核

根據教學目標要求，預先設定實操模擬題類型及數量，形成題庫，考核題型分為單選題、多選題及其他題型，共30道，對各操作環節進行考核，并對各考點進行點評。操作成績按計分制核算，滿分100分，結束考核操作程序，即時公布各部分總分及正確答案，形成考核報告（圖3）。

圖3 虛擬仿真系統考核報告Figure 3. Virtual reality simulation assessment report

2.6 教學效果

目前，平臺建設已完成，并初步投入使用[9]。我校預防醫學專業本科生在對系統進行試用后，普遍表示該平臺操作流暢、便捷，可自行掌控節奏，較傳統課堂有趣生動，比紙質案例逼真寫實，且可以獲得即時反饋，強化學習效果。

3 虛擬仿真系統教學的優勢與挑戰

3.1 豐富教學資源，強化專業技能

現場流行病學作為一門實踐性較強的學科，需密切結合現場實際進行操作訓練才能達到較好的教學效果。傳統的現場流行病學實踐教學存在教學儀器陳舊、實驗設備單一及技能操作空間狹小等局限，教學過程以案例講授和專題討論為主，學生僅能掌握部分基本知識和技能，缺乏實際動手操作、訓練的機會，學習過程較為被動[3]。而虛擬仿真系統可以利用視頻、交互動畫、圖片、文字等多樣化元素，較真實地展現傳染病疫情暴發、現場處置情況等場景，避免了事件處置現場存在的防疫風險，有助于學生進行疫情現場感知體驗和處置[10]，彌補了傳統教學難以深入現場以及醫學專業性技能訓練不足的缺陷，有利于培養學生流行病現場調查與事件處置的思維和能力，提高學習效果[11-13]。

3.2 安全可控，激發學生主觀能動性

“教員課堂演示-學員實操-教員指導”的傳統醫學實踐教學模式，存在模式單一、實際聯系性和互動性差、教學反饋不足、難以調動學生積極性和主觀能動性等局限[14]，而虛擬仿真系統則提供了學生自主學習的機會[10]。在現場流行病學實踐教學中應用虛擬仿真技術，為學生在不同時空和任意終端上進行操作訓練和線上遠程考試提供了條件，使學生可根據自身情況和學習進度自主重復訓練[15-16]。同時，該系統通過模擬疫情暴發現場環境和調查處置等環節，讓學生在仿真環境中開展流行病學個案調查、環境消殺、樣品采集檢測和結果評估等，操作過程可循環重復，彌補了傳統實踐教學周期長、成本高、易造成環境污染和有致病性病原傳播風險等缺點[17]。此外，虛擬仿真實踐要求學生提前做好課程的預習和相關知識的儲備，根據所學理論知識進行現場流行病學調查并實施疫情處置，充分發揮了學生的主體地位。

3.3 現場流行病學虛擬仿真系統實踐教學的挑戰

虛擬仿真系統的建設仍面臨一些挑戰，如技術與教學的有機融合、虛擬仿真結果和實際現場環境的完美匹配、實踐教學關鍵技術突破，以及共享平臺建設等問題[18]。此外，在實踐教學方面，需進一步完善虛擬仿真平臺的開發、應用以及相應的教學培訓。

相較傳統課堂教學模式，依托于虛擬仿真系統的交互式教學模式具有更直觀、具體、貼合實戰化訓練的優勢，可以有力促進教與學、學與訓、學與用的相互融合。同時，該教學實踐系統突出教學培訓側重點，強調技能訓練和綜合分析處置能力的培養，利用沉浸式、交互式教學實踐方法，有助于培養學生的全局、預見性思維理念，提高現場流行病學實踐技能。總之，該教學模式可充分發揮學生的主體地位，有效調動學生學習積極性和主觀能動性，提高學生實踐操作技能和突發傳染病疫情的綜合處置能力。