物理治療虛擬仿真教學實驗建設

［摘 要］ 物理治療專業教育進入國內不足20年，物理治療實驗教學模式主要借鑒國外的模式，臨床試驗教學存在案例不足、師資力量薄弱、診療措施不規范等問題。旨在探討運用虛擬仿真教學手段結合物理治療傳統教學模式，采用案例為導向、虛實結合、過程教學與評價一體化的實驗教學方式，通過對康復物理治療虛擬仿真教學實驗的建設，提高康復物理治療教學的效果和質量，為進一步促進康復物理治療實踐教學的發展和創新提供參考。

［關鍵詞］ 物理治療；虛擬仿真；教學改革

［基金項目］ 2022年度上海健康醫學院師資人才百人庫項目（A3-0200-22-311007）

［作者簡介］ 李 靜（1974—），女，浙江湖州人，學士，上海健康醫學院康復學院實驗師，主要從事康復物理治療研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）46-0117-04 ［收稿日期］ 2023-09-25

引言

虛擬仿真實驗教學是近年來一項重要的教學實驗建設，依靠虛擬仿真計算機可視化技術，將物理治療實驗課程中難以理解或無法通過語言準確表述的知識點，簡潔、直觀地呈現在學生面前，使學生更好地理解和掌握。系統設計臨床案例，標準化學習模塊、考核模塊，可以解決臨床試驗不足、病例不穩定、優秀師資不足、學生規范操作訓練不足、同質化實驗教學評價相對匱乏等問題。

開展物理治療虛擬仿真實驗建設，探討虛擬仿真技術在物理治療實驗教學中的優缺點，為虛擬仿真技術在相關康復專業實驗教學中的推廣與應用提供更多參考。

一、“物理治療學”實驗教學與虛擬仿真教學

（一）“物理治療學”實驗教學模式現狀

1.知識點繁雜、理論抽象——“填鴨式”被動教學模式。物理治療教育在我國起步較晚，教學模式還是傳統的“理論+實驗”模式，即便是實驗課程中，內容依舊包含大量理論講解。實驗教學以教師演示講解為主的“填鴨式”被動教學模式開展，這種教學方式會降低學生學習興趣，削減學生創新思維，不利于專業人才的培養。

2.臨床實踐不足、病源庫不足、專業師資不足——實踐小班化教學。物理治療教學需要大量實踐操作和臨床實踐，而目前行業專業師資無法滿足小班化教學，且臨床實踐環節供學生學習的資源有限，學生常圍繞一個病人反復問診查體，實踐操作場地、設備存在局限，不足以容納學生的實踐操作。

3.臨床邏輯思維培養訓練不足、同質化實踐評價不足——多模式教學。近幾年對康復治療學的教學模式做過許多探索，如互助式教學、PBL教學、CBL教學、TBL教學、OTD教學、“工作坊”模式教學等［1］。這些教學模式的探索都注重激發學生思考，但在一定程度上忽視了學生實踐能力的培養，同質化實踐評價達不到預期效果，培養的學生無法勝任物理治療師崗位需求。

（二）虛擬仿真技術在醫學教育中的應用

1.技術創新、學生體驗感好——教學方法創新。虛擬仿真實驗系統是以計算機虛擬現實和數碼仿真技術為核心，以生物仿真引擎、處理因素數據庫、虛擬環境界面等多種技術為支撐的虛擬現實系統［2］。虛擬仿真實驗教學模式依托虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通信等技術，根據實驗教學需求設計出用于實驗的虛擬實驗場景、虛擬環境、虛擬儀器設備、判別實驗效果的判別標準等［3］的虛擬仿真實驗，學生能夠在實驗中獲得更好的體驗感。與傳統實驗教學體系、模式內容及方法等相比具有明顯優勢。

2.全面性評價、綜合性評價——評價體系創新。將虛擬仿真技術應用于醫學教學，可實現課程學習的全過程記錄，記錄學生的操作數據和決策過程，對學生的學習效果進行評估和反饋，有助于教師更好地指導學生學習。同時，實時學習、實時考核記錄，也有效地避免了傳統實驗只能考查學生理論知識和簡單操作能力的局限性，實現了對學生全過程評價、綜合實驗能力的評價。

3.實踐操作可重復、均衡享有優質教學資源——教學成本低。由于醫學教育普遍存在資源缺乏的情況，學生全面參與實踐的機會很少，不利于激發學生的積極性與主動性，難以培養出色的醫學人才。虛擬仿真教學可解決資源稀缺、教學成本高、不能還原真實場景等問題。因此，在當前“互聯網+”時代，虛擬仿真教學已成為高等醫學院校教育改革的重點研究方向，并將其普遍運用于解剖、病理、生理實驗等的教學中［4］。虛擬仿真實驗操作的可重復性及簡明易懂的實驗操作原理，節省了學習時間成本，為學生綜合能力、創新精神和創新能力的培養提供了高效、安全和經濟保障。

（三）物理治療虛擬仿真實驗教學的應用

我國物理治療本科教育晚于康復治療本科教育，能夠通過國際認證物理治療教育準入課程的學校更寥寥無幾。物理治療虛擬仿真實驗教學只能參考康復治療本科教學、運動醫學本科教學開展的虛擬仿真實驗教學經驗。中國康復研究中心［5］研制了虛擬現實訓練教學系統，通過實驗證實了在康復傳統的教學模式中加入虛擬現實訓練教學，其教學效果優于單純的傳統教學，有效提高了本科教學質量，對學生綜合素質的提升大有裨益。楊辰等［6］在“運動康復生物力學實驗”教學中的應用，實現了以“脊柱運動康復生物力學”的虛擬仿真實驗教學，包括脊柱認知、篩查、力學分析、運動康復4個環節，涵蓋了脊柱相關的解剖和力學知識，儀器操作、損傷評定與康復等實踐方法的全面考核。學生能更直觀、全面地了解脊柱運動康復生物力學的理論知識和實驗操作過程。其對培養體育與醫療復合型人才有重要意義。

目前，物理治療虛擬仿真教學實驗雖然未達成教學共識，但部分康復治療的單課程實驗、單實驗項目的形式已經進行了一些探索，如技術發展、臨床場景模擬、學習效果評估都有涉及。

二、物理治療虛擬仿真教學實驗開發建設

（一）物理治療虛擬仿真教學實驗開發建設思路

上海健康醫學院物理治療虛擬仿真教學實驗依托平臺的開發Ue4引擎開發，將物理治療四大核心課程（“骨骼肌肉物理治療”“神經物理治療”“心肺物理治療”“兒童物理治療”）融入康復工程相關學科實驗教學內容，通過將信息化、數字化技術引入課程實驗教學，解決物理治療實驗項目存在臨床病例病源庫不足、實踐條件受限、實踐時間不穩定等問題。物理治療虛擬仿真教學實驗以學生為中心，以“能實不虛、虛實結合、相互補充”為原則，采用線上虛擬交互與線下模擬實驗相結合的方式，將虛擬仿真技術融入輔助教學、PBL教學、CBL教學、互動開發式教學，通過3D情景再現臨床物理治療醫療環境、患者反饋、物理治療檢查、評估、治療等，使學生直觀地了解臨床各個診療時期物理治療將面臨的各種情況，培養學生的臨床邏輯思維能力，提升物理治療的實踐能力。學生通過環環相扣的物理治療溝通問診—評估—治療—評估的思維訓練，熟悉臨床物理治療的各個環節，體會物理治療教育中的人文關懷和課程思政，將“要我學”轉變為“我要學”，逐步樹立成為優秀物理治療師的職業理想。

（二）物理治療虛擬仿真教學系統的構建與功能設計

物理治療虛擬仿真教學實驗系統建設，包括用戶管理、課程管理、虛擬場景構建等基礎模塊。課程教學實驗模塊設計了物理治療相關課程實驗，每門課程根據實驗性質不同、實驗教學內容不同，又逐一建設了動作庫、案例庫。動作庫建設側重實驗課程教師。教師通過動作庫中的成熟3D解剖結構結合課程教學情景，學生通過視覺感受手法操作中肌肉、骨骼、韌帶、關節、神經受到的外力擠壓時產生的位移變化，如關節松動、牽伸、骨關節研磨實驗等。案例庫建設側重學生自主學習。學生通過系統登錄，選擇目標案例模塊進行學習。系統提供逼真的臨床物理治療虛擬場景，包括病房、診室、訓練室等，添加虛擬角色，如患者、醫生、物理治療師、護士等。教學內容上，包括案例介紹、手術再現、知識點學習、物理治療原理解釋、物理治療方法選擇、操作步驟等。教學功能上，學生通過互動和模擬真實情境對病患進行問診、檢查，并回答實驗過程中的實時問題、進行案例分析等，能主動參與和思考。教學評價上，系統實時記錄學生學習過程，并根據案例設定的考核內容、考核評判標準判定學生是否通過實驗關卡，是否需要重新學習。另外，物理治療虛擬仿真教學系統設計了人性化的登入導航，確保教師與學生能夠便捷地訪問并操作系統。數據庫結構及存儲空間設計提前預估了用戶使用量、存儲用戶信息量、課程信息量、學習記錄存儲量等，確保實驗數據的穩定記錄與導出、信息安全等。

（三）物理治療虛擬仿真實驗課程案例設計——以骨肌案例實驗為例

基于骨肌實驗課程案例的特點，建設虛擬仿真實驗教學項目，將臨床真實案例以虛擬環境再現真實呈現給學生，彌補臨床試驗教學病源庫不足、患者流失、重復操作效果差、人文關懷意識不足等缺陷，以提高學生的臨床綜合能力為此次實踐教改目標。

1.實驗內容設計。骨骼肌肉物理治療是一種常見的物理治療方法，可用于改善骨骼肌肉系統的功能、緩解疼痛和促進康復。虛擬仿真實驗的開發以骨骼肌肉物理治療課程標準和崗位勝任力為引領，結合國際物理治療師教育框架，深入分析崗位任職典型工作任務、研究行業操作標準指南。骨骼肌肉物理治療病例虛擬仿真實驗包含病例介紹、評估與治療、病例分析和討論、知識點考核等模塊。（1）病例介紹，患者一般病情記錄、疾病既往史、手術情況、醫療診斷。該模塊需設計虛擬仿真的臨床、手術情景環節，醫療知識點。（2）評估與治療流程，評估和診斷—治療計劃—物理治療—再評估。該模塊需設計虛擬仿真的臨床診療環境、醫患角色、溝通環節、原理知識介紹、可選擇的物理治療評估治療工具等。（3）病例討論和病例分析，一般涉及骨折恢復情況、脊柱姿勢穩定性情況、關節炎、關節損傷情況、肌肉損傷、運動損傷預防并發癥處理。該模塊需設計學生小組討論模式、教師指導模式。（4）知識點考核，包括問診、一般評估、特殊評估、治療方法、治療劑量、治療頻率、治療適應證、禁忌證等。該模塊需設計學生理論、實踐、操作技能考核模式和評判標準等。

2.實驗教學方法。學生登錄物理治療虛擬仿真教學實驗系統，選擇骨骼肌肉物理治療案例實驗項目。實驗過程中，學生通過交互式虛擬實驗操作、視頻、知識點測評、案例分析等學習可掌握骨肌運動損傷案例功能障礙情況、評定要點，物理治療流程、治療方法和原理，物理治療評定、治療操作內容和方法。

運用虛擬仿真技術，將真實案例在虛擬工作環境中呈現，將診療過程中的理論知識融入案例，幫助學生接受和理解，體現助學、輔學、能力本位的培養理念，激發學生自主學習的潛能。

虛實結合的實踐教學既能夠發揮網絡互動的優勢，又結合了虛擬影像技術交互動畫的特點，在“虛實”的雙向交互中開展可視化、體驗性學習，為學生營造出探索性的教學實踐環境，創設了線上線下教學相結合的“因材施教”智能化實驗教學新模式，激發了學生的學習興趣。

通過虛擬實驗與評價一體化的實踐教學，實驗的每個步驟都能夠結合知識點和教學目標，學生每完成一步即可獲得評價，若操作連續錯誤多次便終止操作并給予正確操作提示，客觀體現了過程性與總結性評價的結合。虛擬仿真技術貫穿教學的全過程，學生可進行反復練習，不斷鞏固操作要點與步驟順序，強化規范性操作訓練，培養臨床思維。

3.實驗教學考核。將線上物理治療虛擬仿真實驗教學考核方式和線下考核相結合，教師可選擇使用線上資源對學生進行診療思路考核、評定方法流程考核、治療方法流程考核，線下進行實踐技能考核。通過線上、線下考核實現多維度評價，真正建立起全過程性實踐教學評價體系，使其成為物理治療實踐教學客觀、方便的評價指標。

三、康復物理治療虛擬仿真教學實驗效果評價

基于康復物理治療虛擬仿真教學實驗建設還在起步階段，后續可對康復物理治療虛擬仿真教學實驗的效果進行如下幾方面的評價：（1）學習效果評估。通過物理治療虛擬仿真實驗教學和傳統教學方式之間的學生學習成果比較，評估虛擬仿真教學的效果，可通過測量學生的知識和技能水平、考試成績等指標實現。（2）滿意度評價。通過問卷調查、訪談等方式了解學生對虛擬仿真教學的滿意度和意見，為進一步改進教學內容、方式和評估提供寶貴的反饋資料。（3）實踐效果評估。通過實踐效果評估了解學生在實際臨床工作中對虛擬仿真教學的應用效果，可通過臨床實踐表現、患者康復效果、治療方案制定等指標實現。（4）資源成本評估。比較虛擬仿真教學和傳統教學方式之間的資源成本，包括教師和學生的時間成本、設備成本和維護成本等，幫助決策者更好地管理教育資源，提高資源利用效率。

綜合考慮上述評價指標，可實現對康復物理治療虛擬仿真教學實驗效果的全面評價，通過不斷改進和優化教學內容和方式，可提高學生學習成效和實踐能力，進而提高患者康復水平。

四、結束與展望

物理治療實驗教學研究在國內處于起步階段，現有的虛擬仿真技術對實驗教學可起到一定的輔助作用。其可視化、直觀互動的方式，克服了知識點繁雜、理論抽象；實驗操作可重復性，解決了臨床實踐不足、病源庫不足、專業師資不足；標準化、過程化評價優勢，解決了傳統實驗教學缺乏實時評價問題。然而，虛擬仿真實驗課程制作復雜，動畫設計煩瑣，需課程教師和系統設計工程師進行長時間的磨合，軟件底層框架依托國外技術，對于非計算機軟件設計專業的教師操作不友好。未來隨著科技進步與發展和人工智能的介入，師生友好操作界面的不斷開發，物理治療虛擬仿真實驗教學建設將繼續朝著增加真實性、個性化學習、多模態多媒體教學、遠程教學和協同學習及評估與反饋系統等方向發展，以提高教學效果和學生的學習體驗。

參考文獻

［1］劉韻，肖麗.康復醫學教育的現狀與改革策略分析［J］.教育教學論壇，2016（21）：105-106.

［2］楊江華，李成文，郭夕源.虛擬仿真實驗在醫學實驗教學中的應用探索［J］.教育教學論壇，2016（25）：260-261.

［3］胡今鴻，李鴻飛，黃濤.高校虛擬仿真實驗教學資源開放共享機制探究［J］.實驗室研究與探索，2015，34（2）：140-144+201.

［4］余雨滋，桂璐晨，潘永良，等.醫學形態學虛擬仿真實驗平臺的實踐探索［J］.現代職業教育，2021（33）：96-97.

［5］張通，李冰潔，金玲.虛擬現實訓練系統在康復醫學教育中的應用［J］.中國康復理論與實踐，2015，21（7）：861-864.

［6］楊辰，宋雅偉，馮茹.虛擬仿真技術在運動康復生物力學實驗教學中的應用［J］.當代體育科技，2021，11（26）：1-3.

Construction of Virtual Simulation Teaching Experiment for Physical Therapy

LI Jing

（College of Rehabilitation Sciences， Shanghai University of Medicine amp; Health Sciences，

Shanghai 201318， China）

Abstract： Physiotherapy professional education has been in China for less than 20 years， and the experimental teaching mode of physiotherapy mainly draws on foreign models， resulting in problems such as insufficient cases， weak teachers， and non-standard diagnosis and treatment measures in clinical experimental teaching. The purpose of this paper is to explore the use of virtual simulation teaching methods combined with the traditional teaching mode of physical therapy， and the experimental teaching method of case-oriented， virtual and real， process teaching and evaluation integration， and improve the effect and quality of rehabilitation physical therapy teaching through the construction of rehabilitation physical therapy virtual simulation teaching experiments， so as to provide a reference for further promoting the development and innovation of rehabilitation physical therapy practice teaching.

Key words： physical therapy; virtual simulation; teaching reform