基于職業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)中使用虛擬仿真實驗平臺的調(diào)查分析

蘇 雄，閆 濤，李樂慧，李烏云塔娜，張星光

（內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010110）

2020年國務(wù)院頒發(fā)的《關(guān)于加快醫(yī)學(xué)教育創(chuàng)新發(fā)展的指導(dǎo)意見》中指出，以新醫(yī)科統(tǒng)領(lǐng)醫(yī)學(xué)教育創(chuàng)新，加強(qiáng)培養(yǎng)體系建設(shè)，強(qiáng)化預(yù)防醫(yī)學(xué)本科專業(yè)學(xué)生實踐能力培養(yǎng)，將公共衛(wèi)生與預(yù)防醫(yī)學(xué)相關(guān)學(xué)科專業(yè)納入“國家關(guān)鍵領(lǐng)域急需高層次人才培養(yǎng)專項招生計劃”支持范圍。優(yōu)化學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)“大健康”理念和新科技革命內(nèi)涵，對現(xiàn)有專業(yè)建設(shè)提出理念內(nèi)容、方法技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)評價的新要求，強(qiáng)力推進(jìn)醫(yī)科與多學(xué)科深度交叉融合。推進(jìn)醫(yī)學(xué)教育課堂教學(xué)改革，著力提高教學(xué)水平，強(qiáng)化對學(xué)生公共衛(wèi)生與預(yù)防醫(yī)學(xué)、傳染病防控知識等的教育，強(qiáng)化現(xiàn)代信息技術(shù)與醫(yī)學(xué)教育教學(xué)的深度融合，探索智能醫(yī)學(xué)教育新形態(tài)，建設(shè)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)一流課程。

在新冠肺炎疫情背景下，很多高校為了滿足正常的實驗教學(xué)需要，將虛擬仿真技術(shù)引入教學(xué)之中。虛擬仿真主要依托虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的虛擬實驗環(huán)境和實驗對象，讓學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中開展實驗，最終實現(xiàn)真實實驗不具備或難以完成的教學(xué)功能，是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物[1]。職業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)醫(yī)學(xué)是公共衛(wèi)生與預(yù)防醫(yī)學(xué)的一個重要分支學(xué)科，主要研究工作條件對健康的影響，防治職業(yè)病，創(chuàng)造衛(wèi)生、安全、舒適和高效的工作環(huán)境，以保護(hù)和促進(jìn)勞動者的健康，從而提高勞動生產(chǎn)率，有較強(qiáng)的實踐性。職業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)醫(yī)學(xué)的實驗教學(xué)目的在于培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力和解決職業(yè)環(huán)境中遇到問題的能力，對學(xué)生預(yù)防醫(yī)學(xué)綜合素質(zhì)的提高有重要作用[2]。良好的職業(yè)勞動條件對健康有利，而不良的條件則可使健康受到損害，嚴(yán)重的可導(dǎo)致職業(yè)人群患職業(yè)病，給社會和家庭帶來沉重的負(fù)擔(dān)。內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院環(huán)境與職業(yè)衛(wèi)生學(xué)教研室承擔(dān)著學(xué)院預(yù)防專業(yè)的環(huán)境衛(wèi)生學(xué)、職業(yè)衛(wèi)生和職業(yè)醫(yī)學(xué)等課程的教學(xué)。本次調(diào)查中，教研室教師利用國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目共享平臺、依托內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)蒙醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)中心建立的公共衛(wèi)生虛擬仿真平臺，選擇了4個在職業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)醫(yī)學(xué)中涉及的實驗開展虛擬仿真教學(xué)，同時選擇2017級預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生為授課對象進(jìn)行初步實踐，得到了真實、積極的反饋與評價，現(xiàn)將調(diào)查分析介紹如下。

1 對象與方法

1.1 對象

將2017級預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)73名學(xué)生作為研究對象，其中男生16人，女生57人。

1.2 教學(xué)設(shè)計

教師對學(xué)生進(jìn)行職業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)醫(yī)學(xué)理論授課后，利用實驗課時間發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行虛擬仿真實驗教學(xué)，學(xué)生結(jié)合“虛擬教師”的要求和提示完成實驗操作。學(xué)生可根據(jù)掌握程度進(jìn)行多次操作練習(xí)，以最高得分記錄實驗成績。最終通過實驗有效成績和問卷調(diào)查結(jié)果對使用虛擬仿真實驗平臺授課的教學(xué)效果進(jìn)行評價。

1.3 方法

1.3.1 教學(xué)內(nèi)容 教研室通過集體備課討論，選取了4個虛擬仿真實驗項目作為實驗課教學(xué)內(nèi)容，分別是“職業(yè)中毒處置與防控虛擬仿真實驗”“突發(fā)化學(xué)中毒事故（液氨泄露）衛(wèi)生應(yīng)急處置虛擬仿真實驗”“職業(yè)性塵肺病診斷虛擬仿真實驗”“重大公共衛(wèi)生事件應(yīng)急處置的仿真教學(xué)（以環(huán)境重金屬污染為例）”。

1.3.2 教學(xué)過程 教師利用賬號登錄虛擬仿真實驗平臺，發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)和查看學(xué)生學(xué)習(xí)情況。學(xué)生通過賬號登錄后，按照使用虛擬仿真實驗教學(xué)平臺流程（見圖1），查看自己的學(xué)習(xí)任務(wù)，完成實驗課程學(xué)習(xí)。在虛擬仿真操作過程中，學(xué)生和教師可實現(xiàn)“閉環(huán)式”雙向互動。實驗操作完畢，教師根據(jù)學(xué)生的操作情況進(jìn)行點評，然后進(jìn)行小組討論和學(xué)習(xí)經(jīng)驗分享。最后學(xué)生從實驗?zāi)康摹⒃怼⒎椒ā⑵鞑摹⒉襟E、結(jié)論等方面進(jìn)行記錄，撰寫實驗報告，并完成課后測驗。

圖1 使用虛擬仿真實驗教學(xué)平臺流程Figure 1 Process of using virtual simulation experiment teaching platform

1.3.3 效果評價 實驗課教學(xué)效果評價由實驗有效成績和問卷調(diào)查結(jié)果組成。實驗有效成績滿分為100分，由課程實驗成績（40%）、實驗報告（30%）、課后測驗（30%）三部分組成。學(xué)生完成4次虛擬仿真實驗后，通過問卷星進(jìn)行調(diào)查問卷的填寫。調(diào)查問卷共設(shè)置單項選擇題、多項選擇題和開放式簡答題。選擇題涉及虛擬仿真實驗教學(xué)的整體評價、平臺的使用情況等，開放式簡答題為學(xué)生填寫在使用虛擬仿真實驗平臺過程中的不足及建議。

2 結(jié)果

2.1 實驗有效成績

按照實驗有效成績的組成比例，分別給出每位學(xué)生4次實驗的最終成績，之后再求得平均分。通過對每位學(xué)生的實驗有效成績整理分析得出，總成績≥90分的學(xué)生占61.64%，80～89分的學(xué)生占28.77%，70～79分的學(xué)生占6.85%，60～69分的學(xué)生占2.74%，大部分學(xué)生的實驗課最終成績在80分及以上。

2.2 調(diào)查結(jié)果

利用問卷星軟件錄入問卷，共發(fā)放73份問卷，收回有效問卷73份，有效問卷回收率100%。通過分析問卷可知，大部分學(xué)生對虛擬仿真實驗教學(xué)有積極的認(rèn)識，認(rèn)為通過新的學(xué)習(xí)方式可培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，能迅速掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，并且愿意在未來的學(xué)習(xí)中繼續(xù)使用虛擬仿真實驗平臺。95.89%的學(xué)生認(rèn)為虛擬仿真實驗讓學(xué)習(xí)變得更有趣了，有68.49%的學(xué)生在使用過程中遇到了網(wǎng)絡(luò)卡頓的現(xiàn)象，見表1。

表1 學(xué)生對虛擬仿真實驗教學(xué)模式的綜合評價[n（%）]Table 1 Comprehensive evaluation of students on virtual simulation experiment teaching mode[n（%）]

對于是否有必要進(jìn)行實驗教學(xué)改革，32.88%的學(xué)生認(rèn)為很有必要，可以鍛煉思維和動手能力，49.32%的學(xué)生認(rèn)為有必要，可以豐富實驗課程學(xué)習(xí)。調(diào)查通過幾次操作才達(dá)到滿意的水平（90分及以上），只有9.59%的學(xué)生1次達(dá)到，41.09%的學(xué)生2次達(dá)到，34.25%的學(xué)生3次達(dá)到，15.07%的學(xué)生4次及以上達(dá)到。在多選題調(diào)查中，對于哪些實驗更適合被虛擬化，有63人（86.30%）認(rèn)為是耗時長、成本高的實驗，67人（91.78%）認(rèn)為是危險性高的實驗，48人（65.75%）認(rèn)為是需要反復(fù)操作形成熟悉印象的實驗。在問到虛擬仿真實驗相比傳統(tǒng)實驗有什么好處，選擇實驗環(huán)境安全的有53人（72.60%），選擇理論聯(lián)系實踐，將知識較好地運用于實驗中的有57人（78.08%），選擇多重學(xué)習(xí)模式，可反復(fù)學(xué)習(xí)，很實用的有60人（82.19%），選擇操作容易、簡單的有38人（52.05%），選擇不擔(dān)心設(shè)備損壞的有57人（78.08%），選擇可作為實際操作之前的演練的有41人（56.16%），選擇可以隨時隨地進(jìn)行實驗的有45人（61.64%），選擇虛擬實驗不需要投入大量的人力、物力的有41人（56.16%）。由此可見，多數(shù)學(xué)生對虛擬仿真實驗的開設(shè)是認(rèn)同的。在開放性簡答題中，大部分學(xué)生認(rèn)為當(dāng)前的虛擬仿真實驗平臺很好，少部分學(xué)生認(rèn)為當(dāng)前虛擬仿真實驗平臺仍有改進(jìn)空間，主要集中在“增加開設(shè)虛擬仿真實驗的項目數(shù)”“適當(dāng)增加導(dǎo)向或者提示內(nèi)容”等。

3 討論

3.1 利用虛擬仿真實驗平臺可提高職業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量

職業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)醫(yī)學(xué)的實踐內(nèi)容往往發(fā)生在職業(yè)環(huán)境中，傳統(tǒng)實驗教學(xué)只能在學(xué)校普通實驗室中進(jìn)行，有一定局限性，學(xué)生很難身臨其境。此外，由于學(xué)校實驗場所等條件限制，無法開設(shè)耗時長、成本高、危險性高的實驗，如職業(yè)衛(wèi)生事故調(diào)查、電離輻射的測量、職業(yè)性突發(fā)化學(xué)中毒事件應(yīng)急處理等。虛擬仿真技術(shù)在一定程度上解決了以上問題，這種方式能節(jié)約大量資源，并且能避免由于部分實驗所產(chǎn)生的“三廢”對環(huán)境的污染，特別適合在職業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)醫(yī)學(xué)實驗中應(yīng)用[3]。課程中引入的4個職業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)醫(yī)學(xué)虛擬仿真實驗案例，打破了傳統(tǒng)實驗教學(xué)場所等方面的限制，能讓學(xué)生在安全環(huán)境下進(jìn)行實驗操作，對職業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量的提高具有重要意義。

3.2 利用虛擬仿真實驗平臺可提高職業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)效果

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式主要是教師講授，學(xué)生按照報告中的實驗步驟進(jìn)行驗證性的實驗操作。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生的基本動手操作能力可得到提升，但學(xué)生缺乏處理一個完整職業(yè)案例的思維邏輯訓(xùn)練，這在一定程度上限制了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題能力的提高，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和積極性下降，實驗教學(xué)效果也會隨之下降。此次在職業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)醫(yī)學(xué)中引入虛擬仿真實驗項目，內(nèi)容豐富生動，激發(fā)了學(xué)生的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，教學(xué)效果顯著提升。在實驗效果評價中，大部分學(xué)生的成績在80分及以上。通過發(fā)布問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生對虛擬仿真實驗教學(xué)效果持積極的評價，愿意在今后的學(xué)習(xí)中繼續(xù)使用。

3.3 合理利用虛擬仿真技術(shù)

在利用虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的過程中，要以學(xué)生的需求為導(dǎo)向，充分考慮使用虛擬仿真技術(shù)的必要性和建設(shè)后的使用率，結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)和課程特征，凸顯專業(yè)特色和學(xué)科優(yōu)勢，按照“以虛促實、以虛促學(xué)、虛實結(jié)合、相輔相成”的原則，充分利用現(xiàn)代最新虛擬仿真技術(shù)，解決因現(xiàn)場環(huán)境、儀器設(shè)備及安全因素等現(xiàn)實條件受限導(dǎo)致無法正常開展線下實驗教學(xué)的突出問題[4]。另外，由于虛擬仿真實驗平臺開發(fā)的難度、系統(tǒng)的兼容性等原因，還有很多需要更新升級的地方，如增加實驗項目數(shù)量、提升系統(tǒng)的流暢度等。在虛擬仿真課程的制作過程中，存在一些技術(shù)挑戰(zhàn)，例如醫(yī)學(xué)教師雖然有計算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)，但是缺乏課程開發(fā)能力，而開發(fā)課程的技術(shù)人員大多無醫(yī)學(xué)背景，無法直接完成課程設(shè)計，因此，在虛擬仿真實驗項目制作開發(fā)的過程中，技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)與高校任課教師的溝通。相關(guān)部門要制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及評價標(biāo)準(zhǔn)，保證教學(xué)內(nèi)容的完整性、教學(xué)過程的準(zhǔn)確性，加強(qiáng)實驗教學(xué)資源的多樣性，提高軟件與各類移動設(shè)備的兼容性。要對使用虛擬仿真實驗平臺的教師進(jìn)行專項培訓(xùn)，以達(dá)到完全掌握平臺基本操作、注意事項等的程度。

3.4 建立虛擬仿真實驗室

虛擬仿真教學(xué)是一種值得探索和推廣的教學(xué)方法，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，VR虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)也在不斷更新，它是在基于互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)基礎(chǔ)上的綜合性智能技術(shù)，以計算機(jī)仿真系統(tǒng)為依托，結(jié)合用戶實際需求，設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，將抽象、靜態(tài)的信息通過VR技術(shù)處理創(chuàng)建出動態(tài)的立體畫面，為使用者呈現(xiàn)仿真實體行為的情境，感受身臨其境的虛擬仿真世界，能全身心地沉浸其中。通過仿真情景化教學(xué)，讓學(xué)生在虛擬實踐過程中將所學(xué)理論知識融會貫通，真切體會虛擬仿真教學(xué)所強(qiáng)調(diào)的實踐動手能力及解決問題的邏輯思維等，培養(yǎng)綜合素養(yǎng)[5]。目前，虛擬仿真實驗室得到國內(nèi)外高校和研究機(jī)構(gòu)的高度重視[2]，建議有經(jīng)費支持的高校建立專業(yè)的虛擬仿真實驗室，利用該實驗室打造一批虛擬仿真“金課”[6]。相比傳統(tǒng)的數(shù)字語言實驗室或多媒體實驗室只能提供聽覺、視覺的感知，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用能為用戶帶來包括觸覺、嗅覺等更為豐富的感知體驗[7]。雖然虛擬仿真實驗室開發(fā)成本略高，但真正運用起來成本卻很低，后期可通過高校之間合作共建的方式，整合優(yōu)化教學(xué)資源，將虛擬仿真實驗項目進(jìn)行資源共享，提升虛擬仿真實驗教學(xué)建設(shè)成效，推進(jìn)高校實驗教學(xué)信息化更好更快發(fā)展[8]。

虛擬仿真實驗室利用VR在可視化方面的優(yōu)勢，大大減少了實驗中的耗材，降低了在應(yīng)用和使用過程中的成本。此外，虛擬仿真實驗室可以通過虛擬環(huán)境技術(shù)，實現(xiàn)合作實驗、遠(yuǎn)程實驗、協(xié)同研究等，其具有的協(xié)作性優(yōu)勢是傳統(tǒng)實驗室不具備的。隨著越來越多的專業(yè)領(lǐng)域利用虛擬仿真實驗平臺，虛擬仿真技術(shù)也會越來越成熟，將成為未來實驗室發(fā)展的中堅力量。