胸腔閉式引流虛擬仿真系統在本科護理實訓教學中的應用

楊飛 黃蓉 錢進麗 謝非 衛友云 汪靜 徐為群

胸腔閉式引流作為血氣胸以及開胸手術術后胸腔積液積氣引流最常用的治療方法，臨床護理要求十分嚴格，不當的護理操作可能會導致胸腔感染、引流管脫落等嚴重并發癥的發生從而致病情惡化，甚至危及患者生命安全[1-3]。隨著我國護理事業的發展以及人們的安全意識不斷提高，對護理工作的要求也越來越高，同時，護理質量的水平也在一定程度上影響著整體的醫療水平[4]。伴隨著護理學的發展，護理教育規模也在不斷的增長[5]，但目前國內相關高校護理專業的教學內容還無法隨著臨床需求的變化而及時更新，與臨床實際需求脫節嚴重[6]。虛擬仿真（Virtual Reality,VR）是體驗者借助相關傳感器就可以與虛擬世界進行交互，并產生“身臨其境”的沉浸感。“十三五”規劃中明確指出國家將大力支持虛擬仿真等新興技術的發展，相關政策的出臺，為虛擬仿真技術今后的發展提供了廣闊的空間。2018年國家教育部頒布的《教育信息化2.0行動計劃》明確提出加強高等學校虛擬仿真實訓教學環境建設，服務信息化教學需要，并以國家示范性虛擬仿真實驗教學項目等建設為載體，加快建設在線智能教室、虛擬醫院等智能學習空間[7]。2019年，教育部印發的《關于一流本科課程建設的實施意見》中提到計劃從2019年到2021年這三年的時間內，建成萬門左右國家級和萬門左右省級一流本科課程（簡稱一流本科課程“雙萬計劃”），進一步推動高校加強線上、線下、線上線下混合式、虛擬仿真實驗教學、社會實踐等一流課程建設，為學生提供更多用戶體驗相關領域的課程學習資源[8]。本文旨在探討結合虛擬仿真技術開發胸腔閉式引流護理虛擬仿真實訓教學系統在本科層次護生實訓教學中的應用意義。

1 傳統護理實訓教學的局限性

在2004年，護理教育在我國已經具備了集中專到博士等五個層次的教育體系，2011年護理學升級為一級學科，護理學科因此得到了巨大的發展空間。但現在我國護理教育還未完善以學生為中心的課程體系，理論課程與實訓課程安排不合理，高校護理實訓中心建設還不夠完善[9]。我國護理實訓教學仍然是以授課教師為中心，在進行實訓課教學時，首先由授課教師先進行一段時間的演示，學生在旁邊機械性的觀察，受到實訓室面積的限制，部分護生甚至還無法觀看到完整地演示過程；演示結束后學生開始單獨或分組練習，教師巡視。受制于課時量，授課教師無法對每一位護生進行細致的指導。由于對實訓內容操作步驟的不熟練和部分護生無法觀看到完整的演示過程，以致練習階段部分護生缺乏積極性，課中經常做一些與實訓內容無關的事，浪費珍貴的教學時間；最后，授課教師利用有限的時間進行操作考核、總結[10]。傳統實訓教學模式有利于授課教師對課堂的管理，但受制于實訓空間、實訓課時以及實訓設備，該模式嚴重限制了護生自主能動性和個性化的發展[11]，導致護生進入臨床一線工作后，缺乏與同事之間的協同工作能力，但真實的臨床護理工作往往需要護士相互之間的相互協同，并且這種需要在突發公共衛生事件時顯得更為突出[12]。受此次新冠疫情的影響，我國護理專業招生規模將進一步擴大[13]，但高等學校護理實訓中心更新改造周期過長，實訓環境的更新難以跟上臨床實際需求的步伐，以致目前開展的實訓教學仍然是以傳統實訓教學模式為主, 不利于實用型護理專業型人才的培養。

2 胸腔閉式引流護理虛擬仿真實訓教學系統的建設

隨著人口老齡化的加劇[14]，慢性非傳染性疾病負擔的加重[15-16]，以及醫療公共事件的突發[17-18]，對臨床護士的質與量都有了更高的要求，對護理教育同樣也提出了更高層次的要求。為了滿足臨床實際需求，創新實訓教學模式勢在必行。以下就胸腔閉式引流護理虛擬仿真實訓教學系統的建設意義和建設內容進行闡述。

2.1 建設意義

胸腔閉式引流術在胸腔積氣積液、胸部大手術術后引流中應用廣泛，但術后對引流管和患者的護理要求嚴格，技術性強，不當的引流管護理可導致管道相關性感染發生率的增高[19]，術后如未及時對患者完善相關護理措施，易致患者肺部感染[20]，甚至呼吸衰竭[21]。本文提及的胸腔閉式引流護理虛擬仿真護理實訓教學系統借助虛擬仿真技術，將課本上抽象的理論內容轉化成生動而真實的臨床護理操作，能使護生沉浸到臨床一線真實的護理工作環境中。護生在該系統中可以在不受實訓空間、實訓設備的限制反復練習，不斷在實訓中探究，解決在操作中遇到的疑惑，提高了護生的主觀能動性，啟發其臨床判斷思維，使護生成為教學的中心，改變了傳統的“填鴨式”護理實訓教學模式。在傳統實訓教學的基礎上，輔以虛擬仿真實訓操作系統，二者相結合以達到“虛實結合，以實補虛”的目的，進一步提升護生的整體素質。該系統的使用，對于護生，培養了其探索精神，提高了自主學習能力、信心和臨床思維能力[22-23]，為今后提高其崗位勝任力打下了堅實基礎；對于帶教老師，可以基于虛擬仿真技術開展技術科學研究，探索全新的教學方法，改進傳統的教學模式；對于學校，提高了教育教學質量，節約了教學成本[24-25]，為各級技能比賽人員的訓練提供了技術支持。

2.2 建設內容

該系統由某中醫藥大學第一附屬醫院外科護理教學組與某廣告傳媒有限公司合作設計完成，采用仿真動畫技術，結合新一代頭戴式VR眼鏡，不再受三維場景建模工具的限制，對操作場所的選擇和計算機配置的要求進一步降低，可以不受時間、場地的限制實現實訓操作場景和實訓用物的可視化。操作內容嚴格按照胸腔閉式引流術后護理的臨床實際操作要求進行設計。

2.2.1 胸腔閉式引流瓶模型 進入模擬病房中，引流瓶模型即展現于護生面前，模型是以真實胸腔閉式引流瓶為原型等比例制作，對引流管的連接方式、瓶內液面高度、引流管管口沒入液面下的具體情況、瓶身刻度都能360°展示，使護生在進行實訓前就能深入了解引流瓶結構。

2.2.2 物品準備區和處置區 根據真實臨床操作流程，將物品準備區和處置區設計進該系統，從最開始的物品準備到最后物品的處置，都能在虛擬實訓中得到體現，使護生在仿真的臨床環境中體驗真實護理工作中的每一個環節，從而掌握胸腔閉式引流術后完整的護理操作過程。物品準備區設計內容包括治療車、消毒液、備用胸腔閉式引流瓶、止血鉗、棉簽、快速手消等物品，護生可以根據胸腔閉式引流護理需要從中選取合適的物品；處置區則設有醫療垃圾和生活垃圾分類放置區，使護生能在虛擬仿真的操作環境中可視化的掌握醫療垃圾和生活垃圾的分類處置原則，有利于使其快速適應今后的見習、實習甚至工作時的真實臨床環境。

2.2.3 患者單元 此部分結合附院真實病房環境進行設計，通過虛擬仿真技術實現病房真實環境的再現，借助VR眼鏡，護生可以沉浸在虛擬系統中對患者胸腔閉式引流管進行全面護理。護生推治療車至患者床尾，抬頭可見床頭及墻面的床號，低頭能看到床尾的床尾卡，以便核對患者信息。當床號、床尾卡、手腕帶等信息核對無誤之后，護生即可在該系統中為胸腔閉式引流患者進行引流管的護理。護生可以在該系統中進行引流管的雙夾閉，連接處的消毒等一些列操作，完成引流瓶更換之后，能清晰看到紅色血液從患者胸腔引流管中流出，真實感強，并且能看到沒入引流瓶液面以下的引流管中水柱的波動，刻度清晰，有助于護生將理論聯系實際，加深對理論知識的記憶。

3 胸腔閉式引流護理虛擬仿真實訓教學實施方案

該系統結合線上線下混合式教學模式進行實訓教學，以達到課前、課中和課后無縫銜接的目的。

3.1 課前預習

通過理論教學，護生已基本掌握胸腔閉式引流管護理的理論知識，實訓課前結合線上教學平臺發布胸腔閉式引流管護理相關操作視頻和練習題。通過觀看視頻使護生對實訓課的內容能初步掌握，通過做題能復習并鞏固相關理論知識，授課教師還可以根據練習題的完成情況，了解護生課前預習對實訓課內容的掌握程度，以便教師在實訓課課中重點講解錯誤率較高的練習題中所涉及的操作內容，確保提高實訓課教學質量。

3.2 課中練習

正式進行實訓課時，護生則結合該虛擬系統按臨床實際正規操作流程進行練習，教師把實訓課的時間還給學生，以“學生為中心”展開教學。通過課前預習做題情況，授課教師已經了解護生對胸腔閉式引流護理中的薄弱環節；課中，授課教師則可以針對性的給予詳細的指導，以達到“虛實結合”、彌補缺漏，從而提高實訓課教學效果。

3.3 課后復習

為了更好鞏固所學知識，加深護生對胸腔閉式引流管護理各操作步驟的印象，課后，授課教師利用線上教學系統開放討論平臺，護生可以利用討論平臺隨時提交課后復習時遇到的疑問，教師則在線上及時解答，幫助護生有效進行復習，提高其學習積極性，增強其學習自信心。為了保證每一位學生都能高質量掌握理論和技能知識，答疑同時，教師線上布置課后練習以鞏固所學知識；安排線上限時考核，了解學生對所學所練的掌握情況，以便教師合理安排后期復習計劃。

4 經驗與體會

4.1 實現護理專業教學形式多樣化

隨著互聯網的高速發展以及5G網絡的快速普及，線上線下混合式教學已成為當今的發展趨勢。該教學方法能有效提高護生的理論成績，培養其臨床思維，但需要占用護生較多的課后時間，易導致疲乏感[26]，并且還需要護生保持積極地學習動機才能有效完成混合式教學的學習任務[27]。胸腔閉式引流護理虛擬仿真實訓教學系統沉浸式和交互式的特性，在實訓課中，能使護生在類似于玩游戲的狀態下進行學習，并且體驗到真實的臨床環境，能有效激發護生學習興趣，化枯燥的被動學習為充滿激情的主動學習[28-29]。同時，相關研究顯示，虛擬仿真的運用對護生理論成績的提高也具有顯著效果[30]。授課時將線上教學平臺和該系統相結合，再根據不同的案例設計不同的實訓教學虛擬情境，護生根據自身的學習興趣和進程選擇不同的虛擬情境進行體驗式的學習，線下教學時教師則只需要進行有針對性的輔導即可[31]。線上、線下與虛擬仿真系統的結合，有效豐富了護理專業的教學形式。

4.2 為護理專業實訓課教學開辟新思路

傳統實訓教學需要護生標準著裝進入實訓室進行護理操作練習，因實訓室場地、教學課時和實訓設備的限制，護生需要進行分組，使用有限的實訓設備以及規定的課時內進行組內輪流練習，個人平均練習時間有限。利用虛擬仿真技術設計的虛擬實驗室則不受場地限制，護生可以利用移動設備隨時隨地進行在線練習，且能反復進行，有效節約了實訓課教學成本[32]。隨著5G時代的到來，多人同時在虛擬實驗室進行實時遠程在線學習交流、討論將成為現實，教師則可以由線下轉為線上，在虛擬實驗室中進行在線指導。虛擬仿真技術的應用為護理專業實訓課教學開辟一條全新的教學思路。

4.3 打破護理實訓課中機械化的學習模式，培養學生臨床思維能力

在為不同患者進行同一操作時，因存在個體差異，在不違背操作原則的情況下，臨床實際護理并非完全按照流程進行機械化操作，而是根據臨床上的實際情況靈活變化。護生在進入臨床一線工作前，往往缺乏這種隨機應變的能力。傳統的實訓室教學環境與臨床真實環境差別較大，護生難以在學校實訓室鍛練出臨床應變能力。由于護士工作專業技術性較強，并受制于相關執業證書的影響[33]。臨床見習、實習中，臨床帶教老師不會完全放手讓護生單獨進行操作，部分簡單的、無侵入性的護理項目，帶教老師可能會做到“放手不放眼”，但是對于有侵入性、特殊性較強的項目，在見習、實習期間護生仍然不能進行操作，以致護生臨床應變能力難以得到真實提高。虛擬仿真技術的使用能將護生所學的理論知識滲透進入實訓操作中，指導操作，同時，在虛擬的真實環境中進行操作，又能鞏固理論知識。從而達到理論與實訓互相促進，相互提高的作用。在外科手術培訓中虛擬仿真技術早已廣泛應用并且取得了極佳的效果[34]，在其他醫療領域和護理領域同樣也在較快發展。該系統按照臨床實際操作流程設計，實際應用過程中護生在遵守各項操作原則的前提下可以根據自身的理解，選擇合適的操作步驟完成護理，甚至在出現操作錯誤時，護生可以自主的在虛擬的系統里選擇合適的步驟重新開始進行反復練習，從而避免實際臨床護理操作中的錯誤[32，35]。同樣的錯誤，在實訓室練習時護生需要從頭開始進行操作，在病房中護生甚至可能無法接觸到真實患者[36]。在該系統中，護生操作出現錯誤時，在不浪費醫療器材和不增加患者痛苦的情況下，具有糾正并改進錯誤機會，這種沉浸與交互式的練習，有效改善了護生溝通技巧，提高了臨床應變能力，增強其批判性思維和臨床決策能力[35,37-38]。

4.4 跨出護理實訓教學中倫理問題的界限

研究表明[39],高等院校學生對倫理道德都有著較高的認知能力，但缺乏倫理道德行為。對學生進行問卷調查，了解在今后工作中是否愿意利用工作之外的時間給予患者更多的關心，學生的回答都是正面、積極的，但現實環境中，學生忽視最嚴重的方面就是人文關懷，難以做到“知行合一”。傳統實訓室，護生面對的患者都是“冰冷”的模型人，而虛擬系統中的模擬患者能在言語和表情等方面進行真實反饋，能較好激發護生的人文關懷心理。虛擬仿真系統的使用，提升了護生的操作能力，避開了實際護理操作中的倫理問題，同時還培養了護生的人文關懷素養。但需要注意的是由于護生認知信念不一，虛擬系統中模擬的情景可能會造成護生不良認知，這就需要在設計系統時合理調整背景信念，避免不良認知的產生[40]。