虛擬仿真技術在助產教學中的應用研究進展

趙子冉，郭洪花，周 蓉，張彩虹

海南醫學院，海南 571199

虛擬仿真（virtual simulation，VS）技術是指通過計算機模擬技術來創建和體驗虛擬環境。目前，該技術已廣泛用于國內外各領域。助產士是護理隊伍中的一個特殊群體，其理論知識及技術操作水平直接關系到母嬰生命安全[1]。自2017 年教育部正式批準在我國高校設置助產本科專業以來，全國開設助產本科專業的院校數量急劇增加。隨著產婦及其家屬對分娩隱私及自我保護意識的加強，助產專業學生在臨床實踐中的動手操作機會越來越少，嚴重影響助產教學質量[2]。助產專業學生必須經過專業培訓才能勝任助產工作，但目前的培訓存在針對性差、實用性不強的弊端[3?4]。有研究指出，我國助產士數量少，技術水平及核心勝任能力有待提高[5?6]。因此，亟須改變助產教學及培訓方法，以順應時代發展要求，培養高素質助產人才[7]。虛擬仿真技術在教學中的應用具有可重復性、逼真性、可視化等優點，現對虛擬仿真技術在助產教學中的應用情況進行綜述，分析虛擬仿真技術的不足，旨在為助產教學領域的工作人員充分利用虛擬仿真技術提供新的視角和參考依據。

1 虛擬仿真技術的起源與發展

自20 世紀80 年代美國學者拉尼爾正式提出虛擬仿真技術以來，其作為一門新興學科蓬勃發展，具有沉浸性、交互性、逼真性及感知性特點[8]。目前，該技術已被廣泛用于軍事、醫療、教育等領域[9]。我國引入虛擬仿真技術較晚，20 世紀90 年代該技術才開始被應用于護理領域[10]。目前，虛擬仿真技術在國外護理研究熱點逐漸從護理教育過渡到康復護理、心理健康等領域，國內主要用于護理教學過程中[11]。

2 虛擬仿真技術在助產教學中應用的意義

基于虛擬仿真技術的助產教學是依托虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通信等技術，構建高度仿真的虛擬環境和虛擬對象的新型教學方式[12]。虛擬仿真技術在助產教學中具有較強的適應性，可根據教學內容、授課對象、教學目標與需求選擇合適的虛擬仿真技術進行教學設計與應用，可以在一定程度上彌補傳統教學的不足。虛擬仿真技術在助產教學中可以構建一個與臨床環境相同的虛擬環境，借助相關的設備與虛擬對象進行交互得到一定的感知反饋，學生可以借助手機等移動設備在虛擬環境中完成臨床護理操作，解決傳統教學中時間、地點、設備、教學病例等限制性問題[13]。傳統教學中的實訓教學脫離真實的臨床情景[14]，虛擬仿真技術以臨床真實病例和真實環境為基礎，保證與臨床接軌，參照真實的產房、助產士、產婦、新生兒等人物，借助三維建模技術構建高度仿真的虛擬產房和產婦等，可模擬多種臨床真實情景，并且通過多感知覺特點制造高沉浸感，從而激發學生的學習興趣。在虛擬環境中，學生可通過虛擬仿真技術提前接觸臨床情景，提高其臨床思維能力、溝通能力及綜合護理能力。此外，虛擬仿真技術具有形象化、重復性的優點。助產教學過程具有一定的抽象性，虛擬仿真教學能夠將教學過程可視化、形象化，加深學生的理解。重復性特點可彌補傳統教學中實踐機會少的弊端，學生在漸進和反復嘗試的過程中，其錯誤反應會隨著重復次數的增多而減少，最終提高操作技能的熟練程度[15]，進而提高學生的自信心[16]，激發學生的學習興趣。虛擬仿真技術作為一種新興的教育方法，引入到助產教學領域具有重要的現實意義。

3 虛擬仿真技術在助產領域的應用現狀

3.1 虛擬仿真技術在助產理論教學中的應用 姜小鷹等[17]將虛擬仿真技術運用于助產理論教學中，教師可在透視、360°旋轉模式下講解4 步觸診、陰道指診、分娩機制等，并將其形象化，以提高學生的想象力，幫助學生更好地理解和掌握助產知識，與Hardie 等[18]研究結果一致。黃海龍[19]基于Mimics 軟件構建虛擬3D女性骨盆模型，提高了助產專業學生學習趣味性，學生可從任意角度對該模型進行旋轉和切割，能夠全方位地觀察骨盆結構，與傳統的二維解剖圖譜比較，虛擬3D 女性骨盆模型有更準確的空間定位。研究者將該模型用于助產專業學生的解剖教學中，對照組使用傳統多媒體PPT 教學方法，兩組教學結束后對學生的理論成績、骨盆標識掌握程度、教學滿意度進行測評，結果顯示，觀察組教學效果優于對照組，與王明炎等[20?21]研究結果一致。趙艷忠等[22]將虛擬仿真技術用于臨床本科生女性盆腔教學中，學生借助手持控制器可與計算機界面進行交互，通過手動操作改變界面中的立體環境，觀察組采用傳統方法結合Dextroscope 三維圖視系統教學方式，對照組采用傳統多媒體及模型教學，教學結束后對兩組教學效果進行測評發現，觀察組考核成績優于對照組，說明虛擬仿真技術對女性盆腔教學效果優于傳統教學方式。該研究認為學生在虛擬仿真教學中能夠反復進行操作練習，降低了學習成本，提高了學習自主性。由此可見，虛擬仿真技術在降低教學成本、增加學生實踐機會方面具有可行性。Hanson等[23]將沉浸式虛擬仿真技術用于護理和助產專業本科學生藥理學理論教學，以加強學生對藥物作用機制的理解，觀察組使用可呈現三維物體的液晶平板電腦進行教學，對照組使用傳統二維可視化技術（普通液晶面板）進行教學，在兩組教學開始前及結束后對學生進行知識獲取程度、舒適度體驗、滿意度等測評。結果顯示，觀察組學生對知識的有效獲取高于對照組，表明虛擬仿真技術能夠提高學生對知識的掌握程度，與Richardson等[24]的研究結果一致，同時研究表明，學生使用舒適感體驗較好，滿意度方面雖然兩組差異無統計學意義，但觀察組評分高于對照組，說明學生對于虛擬仿真技術教學有著更高的積極性和熱情。今后研究者可以在虛擬仿真的基礎上嘗試融入不同的虛擬現實技術元素，創新虛擬仿真教學模式，提高助產教學質量。

3.2 虛擬仿真技術在助產實訓教學中的應用

3.2.1 虛擬仿真技術在國外助產實訓教學中的應用

國外虛擬仿真技術在助產實訓教學中的發展相對成熟，側重于臨床助產急癥方面的應用。Urbanová 等[25]基于計算機程序創建了一個包含不同類型（如早產、妊娠糖尿病、無效母乳喂養、產后出血、在家突然分娩等）虛擬病人的虛擬仿真系統，這些虛擬病人都是基于明確的教學目標和教學設計而研發的，且優先選擇真實的臨床病例，設計多種處理方案，鍛煉學生的臨床思維能力，學生通過計算機可以扮演虛擬系統中的虛擬角色（如醫生、助產士），對虛擬病人的情況做出決策，該系統在助產學生中進行了初步應用，學生對虛擬病人有著積極的評價。該研究認為，基于虛擬仿真技術的虛擬病人能夠幫助學生學習少見的臨床病例，提高學生學習的自信心。該研究根據學生的反饋進行二次開發，并推廣應用于當地的醫院。由此可見，基于虛擬仿真技術的虛擬病人在臨床教學中具有一定的可行性，未來可將基于臨床真實病例的不同虛擬病人引入助產教學中，以幫助學生熟悉臨床護理工作，提高臨床思維能力。Scamell 等[26]借助虛擬仿真技術創建了虛擬社區并應用于大學一年級助產專業學生，在虛擬社區中，學生可以在線學習，通過扮演虛擬的助產士角色對虛擬產婦做出臨床決策，也可以通過扮演虛擬產婦角色來體驗孕婦的感受，提高學生的同理心和共情能力。此外，Phillips 等[27]基于Live Sim 軟件開發了包含不同虛擬孕婦的虛擬產科診所，并將該虛擬仿真技術運用于助產本科生和研究生實踐教學中，虛擬產科診所主要教學內容為如何更好地為孕早期婦女提供初級保健服務及社會支持。虛擬產科診所在助產專業學生中的應用獲得了較高的評價。基于該教學，研究者認識到繼續研發孕晚期、分娩等虛擬產科診所系統的必要性和可行性。Balasubramaniam 等[28]對兩所學校的助產本科生和研究生進行了虛擬仿真教學與傳統教學結合的混合模式教學，虛擬教學采用印度護理委員會設計的一個72 h 的虛擬培訓包，該軟件側重于孕產婦和新生兒保健服務的產前、產中、產后護理和計劃生育。學生通過虛擬教室與有經驗的教師進行互動，并且可在虛擬監督下進行助產技能練習。教學結束后采用客觀結構化臨床考試（objective structured clinical examination，OSCE）方法對教學效果進行評價。結果顯示，采用混合教學法的學生考核分數優于采用傳統教學法的學生，說明虛擬仿真技術可在助產實訓教學中推廣。此外，該研究認為混合教學方法能夠彌補基礎教學設施差、教師能力及資源不足的傳統教學現狀。因此，研究者在應用虛擬仿真技術的同時必須重視教學設計，對教學模式進行創新和優化，將傳統教學的優點和虛擬仿真教學的優點結合起來才能達到好的教學效果[29]。Umoren 等[30]將虛擬仿真技術用于助產士的新生兒復蘇技能培訓中，該APP 設置了新生兒常規護理、復蘇及正壓通氣的虛擬模擬場景，助產士通過手機與虛擬環境進行簡單的交互。研究者將該方法與傳統教學方法教學效果進行比較，在干預結束時及干預后1 個月、3 個月、6 個月技能考試及OSCE 考試，結果顯示，干預結束時兩種教學方法技能考核評分比較差異無統計學意義，但在隨訪過程中發現，接受虛擬仿真課程助產士的技能考試和OSCE 通過率均高于接受傳統教學的助產士，且對技能知識的遺忘率下降較慢。此外，虛擬仿真技術也被應用到遠程教學中。Daly 等[31]將基于分布式虛擬仿真系統的虛擬課堂（virtual classroom，VC）應用于丹麥和芬蘭助產專業學生的在線交流學習，該系統使用網絡會議軟件建立聊天室，會議頁面上可顯示發言人的現場視頻及講課幻燈片，學生在聊天室內可以在線進行口頭交流。會議結束后，研究者對學生討論的內容進行主題分析，以此了解兩個國家在助產教育和工作方面的差異。此外，學生認為虛擬課堂能夠了解不同文化背景下的助產教育發展情況，提高自己在課堂上的學習積極性，但其還存在網絡不流暢的問題。由此可見，虛擬課堂在基于空間限制的學習交流方面的應用具有一定的可行性，但仍需要加強技術改革，優化學生的體驗感，使之更好地應用于助產教學。

3.2.2 虛擬仿真技術在國內助產實訓教學中的應用

虛擬仿真技術在我國助產教學中的應用較晚，但發展潛力較大。2019 年護理學7 項國家虛擬仿真實驗教學項目的認定中，助產類項目有2 項[17,32]。其中一項為福建醫科大學研發設計的分娩護理虛擬仿真實驗教學項目[17]，研究者將其以線上線下混合教學模式應用于本科護理及助產方向的助產學課程。教學結束后通過問卷調查對教學效果進行評價，包括對虛擬教學系統和虛擬仿真實驗教學模式的評價，結果表明，學生對虛擬仿真教學系統和教學模式的主觀評價較好。李國正等[33]認為虛實結合的混合教學模式有利于學生理論、技能成績和自主學習能力的提高。宋春雪等[34]將虛擬仿真技術應用于護理專業學生的分娩實訓課程中，觀察組在傳統教學的基礎上采用線上虛擬仿真技術教學，對照組采用傳統教學，結果顯示，虛擬仿真技術能夠提高學生的理論和技能成績。學生對虛擬仿真技術能夠提高操作自信心、學習興趣方面有較高的評價。這與姜小鷹等[17]研究結果一致，可能是因為虛擬仿真教學系統和教學模式的良好結合有助于學生更好地理解抽象知識、更好地進行臨床思維訓練，激發了學生學習的自信心。但部分學生認為虛擬仿真技術不能很好地提高溝通能力和人文關懷能力，原因可能與學生在該過程中未使用交互設備、缺乏沉浸感有關，導致其不能與系統中的虛擬產婦進行良好的交互，無法真實體會產婦的真實感受和情緒變化。故在今后的虛擬仿真教學設計中，應進一步提高技術的沉浸感，加入人文關懷元素，以提升學生的溝通能力和共情能力。周倩倩等[35]設計的虛擬仿真助產教學內容中產婦采用自由體位分娩、新生兒復蘇等虛擬案例培養學生的臨床思維能力，技能訓練方面設置了4 步觸診、平產接生等常見案例；對交互性和沉浸性要求高的操作案例（如肩難產、骨盆案例、產鉗術案例等）則結合了增強式虛擬現實仿真技術，將數據手套應用在實訓教學中，通過該設備可精確定位手部運動，從而實現用雙手操控虛擬對象，有著較高的交互性、沉浸感。該研究認為虛擬仿真技術能夠優化學生的學習體驗，提高學生學習的積極性，有利于培養其臨床思維能力。羅瓊等[36]研究表明，虛擬仿真教學能夠提高學生技能操作成績，但不能提高臨床思維能力，這與多項研究結果[25,37?39]不一致，可能與不同研究的應用主體、教學模式、虛擬病例、評價工具等方面的差異有關。由此可見，針對不同的學生，要選擇合適的虛擬病例和教學設計，在教學評價方面也需確定客觀、統一的評價標準，以明確虛擬仿真技術的應用效果。

4 虛擬仿真技術在助產教學中應用的不足之處

雖然虛擬仿真技術在助產理論和實踐教學中都取得了良好的效果，但其在技術、教學融入方式等方面還有待改進。有使用者反映，虛擬教學平臺存在運行流暢度差、服務器不穩定、服務系統的承載性小等問題[32,40]。另外，在虛擬案例方面還需要多樣化的設計，國外的虛擬案例多集中于臨床產科急癥的應用，注重臨床思維和人文關懷的培養[25,27?28]；國內多集中于單項的助產技能訓練，提高了學生的理論成績和技能成績，但對學生的臨床思維能力、人文素養、護患溝通能力的影響較小。因此，在以后的虛擬案例設計過程中，本著“能實不虛”的原則，著重設計教學中學生難以接觸的臨床案例，適當將案例復雜化并加入思政元素，以鍛煉學生的臨床思維能力，提高學生的人文素養。由于虛擬仿真技術在助產領域的應用剛剛興起，各項技術及教學模式的設計都需要持續改進。此外，虛擬仿真技術與傳統教學方法有較大的不同，目前的評價標準不全面，需要改變教學效果評價方法，建立客觀的教學評價標準[41]。

5 小結

虛擬仿真技術作為新興的教學工具符合現代護理教育的發展要求，將其用于助產理論與實踐教學是大勢所趨，且大多數研究證明，虛擬仿真技術的應用可有效提高學生的臨床技能操作能力、觀察能力、思維決策能力等。但目前虛擬仿真技術在助產教學領域應用較少，還需進一步擴大應用面，以確定其在教學效果方面的有效性。今后護理及助產教育工作者對虛擬仿真教學還需要進行更深入的探索，包括在虛擬案例、教學內容、教學模式等方面的創新和優化，以加強校企合作，提高技術應用在沉浸性、交互性方面的優化，提高虛擬仿真技術在助產領域的教學效果。