疫情下護理虛擬仿真實訓教學體系的構建與應用

呂云玲，潘常春，李 艷*，王會榮，吳俊曉，劉 倩

（1.南陽醫學高等?？茖W校，河南 南陽 473000；2.杭州萬維鏡像科技有限公司，浙江 杭州 310000）

2020年，新冠肺炎疫情蔓延全球，為防止新冠肺炎疫情的傳播，學校停止了常規教學。截至2020年4月7日，全球191個國家的15.8億學生停課，占全部在校學生的91.3%。與之相對的，我國社會數字化進程按下快進鍵，各行各業都在經歷互聯網、人工智能和5G等新興技術快速發展帶來的機遇與挑戰，基于5G、虛擬現實（VR）、直播等新技術的“云教學”也逐步發展起來。疫情期間，各校積極開展線上教學模式來克服課堂教學中止的困難，以保證教育教學的連續性。本研究以南陽醫學高等?？茖W校的護理專業為例，構建以VR仿真實訓軟件庫與交互式視頻軟件庫為“兩翼”，虛擬仿真教學管理云平臺為“本體”的，具有“一體兩翼”架構的護理虛擬仿真實訓教學體系，結合護理實訓教學實踐，分析其在大規模疫情期間的應用價值，以期為特殊情況下的實訓教學模式探索一條可行之路。

1 疫情背景下高職護理實訓教學面臨的問題

高仿真教學是模擬真實臨床情景，通過實踐教學、情景教學和個體化教學，以其有醫療環境而無醫療風險為突出優點，成為護理教育的新趨勢[1]。然而，在大規模疫情期間，線下集中式教學轉變為線上分布式學習[2]，這種教學組織結構的轉變給高職護理虛擬仿真實訓教學帶來了一系列問題：（1）異位散布式學習方式導致學生的實訓時間難以集中，遇到問題教師無法及時解答；（2）不同地區的網絡條件與學生的設備情況存在差異，需要靈活的實訓手段適應不同的信息化條件，以實現與線下教學等質等效；（3）缺乏有效的技術手段對學生的學習進行全過程、全場景的行為采集，無法獲取學習大數據，難以評估和提升實訓效果。當前，“互聯網+”、云計算、VR虛擬仿真、大數據等的高速發展為開展仿真實訓教學提供了必要保證。但是，教師如何借助虛擬學習環境，在仿真實訓教學中實施與高職護理學科特點深度融合的“學與練”交互策略，充分體現學生的個性與主體性，促使學生深度學習，是護理實訓教學面臨的關鍵性挑戰[3]。

2 高職護理虛擬仿真實訓教學體系建設路徑

針對疫情期間高職護理實訓教學面臨的問題，本研究選取典型的實訓項目，開發VR仿真實訓軟件以及與之配套的交互式視頻軟件，同時引入基于B/S架構的虛擬仿真教學管理云平臺，形成具有“一體兩翼”架構的虛擬仿真實訓教學體系，滿足異位散布式學習與不同信息化條件下的等質等效教學，并通過采集學生的學習痕跡數據，對教學效果進行評估。

2.1 高職護理實訓項目設計

基于高職護理實訓教學的人才培養目標，參照教學大綱，引入標準化病人，運用虛擬仿真技術設計臨床場景，再現臨床環境；采用三維建模與虛擬仿真相結合的方式，可以有效將實訓教學的重、難點用現代信息技術與虛擬教學手段相融合[4]，實訓項目設計流程見圖1。在內容設置上，根據“能實不虛”原則，選取隱私性強、創傷性大、在實訓室內無法重現的實訓項目，最終制訂出符合當前教學實踐的17項護理虛擬仿真實訓項目，包括女性留置導尿、輸血（含輸血前準備采血標本）、胃腸減壓、體位引流、心電監護、婦科檢查、胸腔閉式引流、小兒股動脈穿刺、小兒頭皮靜脈穿刺、胎頭吸引術、腹部觸診、心肺聽診、胸腹部叩診、院外心肺復蘇、氣管切開吸痰、灌腸、雙氣囊三腔管壓迫止血。

圖1 實訓項目設計流程

2.2 高職護理實訓軟件

實訓軟件是整個虛擬仿真實訓教學體系的核心部分，為適應疫情期間不同地區學生的學習設備、網絡環境等差異，開發基于瀏覽器的VR仿真實訓軟件及與之配套的交互式視頻軟件，前者可在PC端使用，后者適用于PC、手機等各種智能終端，可支持不同信息化條件下的學習。

2.2.1 VR仿真實訓軟件 采用3D Max、Unity 3D、VeryEngine軟件構建一個逼真的三維交互虛擬場景，包括地點、人物、周邊建筑、語音、醫用物品等，系統設置3個功能模塊。（1）教學模塊。實現虛擬護理實訓教學的業務邏輯，主要包括實訓教學情境的創設、實訓內容的設計、進行所有步驟的示范教學。教學過程中同步伴隨文字和語音說明，在此過程中，學生可使用進度控制面板，調節演示速度，快速選擇不同的操作階段。（2）操作訓練模塊。提供與真實裝備相同的操作訓練，用手、眼圖標指示下一步操作，伴隨步驟說明、進度條控制、階段選擇等。在實訓教學演示過程中，無須任何切換，就可以操作練習，即演示和操作練習可以隨時轉換。（3）操作考核模塊。對學生的每一步操作痕跡進行記錄，并根據操作的正確、規范與安全性進行評估，最后給出詳細的考核記錄單。

2.2.2 交互式視頻軟件 以典型護理操作流程視頻為載體，在線性視頻中增加熱點拓展、邏輯分支、拖拽匹配、操作反饋、知識考核等交互功能，在短時間內向學生展示完整的知識點，并為學生提供一個自主動手實踐的操作平臺[5]，具有創設情境、生動真實、形象直觀、短小精悍的優勢[6-7]，系統設置3個功能模塊。（1）知識拓展模塊。對于場景中出現的設備、操作及其工作原理進行知識拓展，拓展內容包括圖文、視頻、3D模型、360°全景等多種媒體形式，以實現對護理設備、操作及其工作原理的全方位展示。（2）護理操作模塊。在護理操作流程中增加交互熱點，比如下一步操作名稱等，選擇正確與否都會有提示，只有選擇正確才可以繼續播放視頻，從而增加學生對護理操作流程的了解。（3）操作考核模塊。對學生的每一步操作痕跡進行記錄，并根據操作的正確、規范與安全性進行評估，最后給出詳細的考核記錄單。

2.3 虛擬仿真教學管理云平臺

在高水平仿真實訓軟件開發的基礎上，還需要將這些教學資源真正應用到教學中，使護理虛擬仿真實訓教學體系真正“落地”。圍繞護理專業實訓教學的真實需求，引進可承載VR仿真實訓軟件庫以及交互式視頻軟件庫的虛擬仿真教學管理云平臺，形成具有“一體兩翼”架構的虛擬仿真實訓教學體系。平臺設置管理員、教師和學生3種角色（見圖2），3種角色權限不同。管理員具有機構管理、用戶管理、班級設置等權限；教師具有上傳課程資源、劃分課程成績構成、試卷編輯、成績管理等權限；學生有查詢成績、課程學習、學習交流等權限。

圖2 虛擬仿真教學管理云平臺

3 護理虛擬仿真實訓教學實施與效果評價

3.1 對象與方法

3.1.1 研究對象 以本校2017級護理專業1班70名學生（對照組）及2018級護理專業1班70名學生（觀察組）作為研究對象。課程結束后分別對兩組學生進行實訓考核，并向兩組學生發放不記名的線上調查問卷。

3.1.2 方法 對照組利用人體模型等進行傳統方式教學；觀察組利用護理虛擬仿真實訓教學體系輔助教學，貫穿課前（預習）、課中（實訓操作）、課后（實訓報告）整個學習過程，并于返校后開展一周的集中實訓。其他如授課教師、所用教材、教學內容、學時安排、考核方式、評價標準等兩組均保持一致。

教學結束后，對兩組進行實訓技能操作考核，滿分100分，并對兩組學生進行問卷調查。采用自行編制的實訓教學效果評價調查問卷，運用Likert 5級計分法，1分為“非常贊同”，2分為“比較贊同”，3 分為“一般”，4 分為“不太贊同”，5 分為“完全反對”。問卷內容分為兩部分：第一部分為學生對實訓教學效果的評價，包括“促進課前預習”“促進獨立學習”“激發學習興趣”“把所學內容較好地應用到臨床實際中”“實現‘玩中學’”“提高學習效率”及“提高實訓操作熟練程度”7個方面；第二部分為專業勝任力自評量表，量表從觀察能力、動手能力、創新能力、分析問題能力4個維度進行評價，該量表具有較好的信效度，Cronbach's α 系數為 0.948。

3.1.3 數據分析 采用SPSS 26.0統計軟件進行數據分析處理。計量資料以（±s）表示，考試成績和評價得分采用t檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

3.2 結果與分析

3.2.1 兩組學生實訓考核成績比較 實訓考核結果顯示，觀察組學生的技能操作得分顯著高于對照組（P<0.05），見表1。這表明將護理虛擬仿真實訓教學體系應用于實訓教學，能顯著提高學生的實訓技能成績。

表1 兩組學生實訓考核成績比較（±s，分）

表1 兩組學生實訓考核成績比較（±s，分）

組別n觀察組對照組70 70 t P技能操作得分87.61±1.71 86.73±2.34 2.523 0.013

3.2.2 兩組學生問卷調查結果分析 問卷調查結果顯示，在“促進課前預習”“促進獨立學習”“激發學習興趣”“把所學內容較好地應用到臨床實際中”“實現‘玩中學’”“提高學習效率”及“提高實訓操作熟練程度”7個方面，觀察組的評價得分均高于對照組。其中，“促進課前預習”“促進獨立學習”“激發學習興趣”“把所學內容較好地應用到臨床實際中”幾個方面差異顯著（P<0.05），見表2。

表2 兩組學生對實訓教學效果的評價（±s，分）

表2 兩組學生對實訓教學效果的評價（±s，分）

項目t P促進課前預習促進獨立學習激發學習興趣把所學內容較好地應用到臨床實際中實現“玩中學”提高學習效率提高實訓操作熟練程度觀察組4.39±0.69 4.34±0.70 4.30±0.73 4.37±0.68 4.39±0.69 4.23±0.82 4.33±0.72對照組3.91±0.92 3.77±0.89 3.86±0.83 3.95±0.79 4.09±0.75 4.05±0.65 4.14±0.64 2.606 2.675 2.320 2.404 1.717 0.956 1.124 0.011 0.009 0.023 0.018 0.089 0.342 0.264

此外，觀察組認為，護理虛擬仿真實訓教學體系對提升觀察、動手、創新、分析問題4個方面的能力均有所幫助。其中，除動手能力之外，其他3種專業能力提高的評價顯著優于對照組（P<0.05），見表3。

表3 兩組學生認為實訓教學方式對自身專業勝任力的影響（±s，分）

表3 兩組學生認為實訓教學方式對自身專業勝任力的影響（±s，分）

項目t P觀察能力有所提高動手能力有所提高創新能力有所提高分析問題能力有所提高觀察組4.40±0.67 4.31±0.69 4.29±0.82 4.36±0.70對照組3.86±0.89 4.05±0.72 3.86±0.94 3.82±0.96 3.024 1.572 2.034 2.864 0.003 0.119 0.045 0.005

4 討論

本研究通過建設高職護理虛擬仿真實訓教學體系，將其應用于疫情期間的實訓教學中，培養學生的自主學習、自我鉆研、團隊協作與溝通能力，為疫情期間高職護理實訓教學面臨的問題提供了解決方案。

4.1 護理虛擬仿真實訓教學體系可有效解決疫情期間缺乏實物實訓的問題

本研究結果顯示，應用護理虛擬仿真實訓教學體系，可有效解決疫情期間缺乏實物實訓的問題，提高學生的學習效果，主要體現在：（1）3A式實訓。護理虛擬仿真實訓教學體系的建設為師生、生生之間搭建了一個暢所欲言、互動交流的24小時“在線課堂”，滿足 3A（Anywhere、Anytime、Anyone）式實訓，適應了疫情期間的異位散布式學習。（2）實訓工具先進。VR仿真實訓軟件與交互式視頻軟件可適應不同信息化條件下的學習。前者適用于PC端、網速較好的情況；后者適用于PC、手機等各種智能終端以及網絡條件稍差的地區。（3）教學形式豐富。通過構建高度仿真的教學場景，引導學生學習和運用護理相關知識，用形象生動的實訓項目引導學生自主探究學習，以游戲闖關的形式代替傳統枯燥的被動式學習，以人機交互的模式認識護理操作的基本原理與流程，增強學習趣味性以及學生學習主動性。（4）過程性評價體系。護理虛擬仿真實訓教學體系注重過程性評價，評價貫穿護理實訓的全過程，設置“教、學、練、考、評”多個環節，支持學生在平臺多次練習、反復試錯。此外，以智能考核的方式對學生每步操作的正確性、規范性、安全性進行自動記錄、評估、計分，并給出詳細的考核記錄單，以確保每名學生都能達成學習目標，熟練掌握理論知識與實操技能。

4.2 虛擬仿真實訓教學體系可有效提高學生的專業勝任力

本研究結果顯示，學生對護理虛擬仿真實訓教學效果的評價較高，并認為可有效提高自身專業勝任力，主要體現在：（1）高階性：緊跟時代教學需求，以典型的護理實訓項目為基礎，將知識、能力、素質有機融合，培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維。（2）創新性：基于構建主義理論創建生動逼真的虛擬仿真學習情境，以便學生能從不同的角度探索學習，強調學生的主體地位與主觀能動性，促進深入學習。（3）挑戰度：在實訓環節中隨時考查學生知識掌握情況，讓學生在解決實際問題的過程中將知識系統化，獲得主動內化知識的機會。

5 結語

本研究圍繞高職護理專業實訓教學的現實需求，結合虛擬現實、三維建模、數據儲存、快速數據處理等多種技術，構建由VR仿真實訓軟件庫、交互式視頻軟件庫及虛擬仿真教學管理云平臺構成的，具有“一體兩翼”架構的虛擬仿真實訓教學體系。該體系在疫情期間應用，解決了高職護理專業實訓教學面臨的關鍵性問題，并收到了良好的教學效果。

盡管在疫情期間，護理虛擬仿真實訓教學體系的應用取得了一定的成果，但仍存在一定的局限性。例如：虛擬仿真實訓項目制作模式化，操作步驟都是預先設計好的，與實際情況存在差異；實訓教學設計難度大，需要教師花費大量時間和精力設計實訓步驟；實訓項目缺乏對學生團隊協作精神等的培養。因此，不能過度依賴虛擬仿真實訓系統，要本著“虛實結合、相互補充、能實不虛”的原則來開展實訓教學，將其作為對傳統實訓教學的輔助和補充。2020年新冠肺炎疫情發生以來，暴露出醫護專業人才培養方面的短板，即缺乏傳染病防控等方面的系統培訓，急需建立傳染病防控培訓與演練制度，而當前高校普遍缺乏公共衛生事件現場模擬訓練的條件，下一步可以利用虛擬仿真技術來創建疫情發生的場景，進行大規模協同防疫演練，彌補傳統教學的不足，以提高學生突發重大疫情的防控能力和水平?？梢灶A測，隨著虛擬仿真技術的不斷更新與發展，如將虛擬仿真技術與實物結合，將增強現實技術運用于教學，或者采用全息投影技術將整個虛擬場景投放到現實的空間內，可以讓更多的人參與學習，這種現代化的教學手段今后一定會在教育領域發揮重要的作用。