虛擬仿真技術在軍隊環境衛生學實踐教學中的應用

[摘要] 虛擬仿真技術是一種新型實踐教學手段，是將專業課實踐教學融入電子信息系統，使學生沉浸于實踐學習中，是高校實踐教學改革的重要措施之一。軍隊環境衛生學是一門實踐性很強的應用學科，涉及高危、高消耗、高難度和慢性實踐教學內容。在軍隊環境衛生學實踐教學中運用虛擬仿真技術，提供安全、高效和可重復的實踐環境，可提高學生的參與度、實踐思維和解決問題的能力，加強學生對軍隊環境衛生學的理解和興趣。然而，虛擬仿真技術的運用也面臨技術限制、教學模式和案例真實性的挑戰，需要不斷推進技術發展和應用創新，調整教學模式和評估機制，積極與用人單位交流，提升學生的學習效果、實踐能力和崗位勝任力，提高人才培養質量。

[關鍵詞] 軍隊環境衛生學；實踐教學；虛擬仿真技術

[中圖分類號] R12" """"[文獻標識碼] A """""[DOI] 10.3969/j.issn.1673-9701.2025.04.018

軍隊環境衛生學是軍事預防醫學專業的一門主干學科，教學內容包括大氣衛生、給水衛生、土壤衛生、營區衛生、特殊環境衛生、軍隊環境衛生監測與監督等。課程內容實踐性強，要求學生不僅掌握相關基本理論和基礎知識，還應掌握基本實踐技能，培養學生分析、解決實際問題和做出相應技術決策建議的能力。軍隊環境衛生學實踐教學涉及高危實驗、高消耗及慢性實驗、高難度實驗較多，然而課程既定課時有限，無法滿足學生全程、全時、全部完成課程相關實踐內容，且在傳統實踐教學環境中難以讓學生切身體驗軍隊環境衛生學的高原、高寒、低氧等特殊環境。學生畢業后進入工作崗位，仍需要繼續深化學習課程相關的專業技能，繼續教育和任職培訓等線上教學難以通過傳統實驗教學完成教與學的目標^[1-2]。以上特征對傳統實踐教學提出挑戰，因此，將虛擬仿真技術與軍隊環境衛生學實踐教學相聯系，是促進課程實踐教學改革、提高授課質量和人才培養質量的重要選擇，也是強化軍隊專業技術人員崗位勝任能力的重要手段。

實踐教學中的虛擬仿真技術是指利用計算機技術和虛擬現實技術，通過創建虛擬環境和模擬真實場景，學生在虛擬場景下進行實踐操作和體驗，不僅可個性化學習，還能進行場景化團隊協作完成既定任務，達到“以學生為中心”的實踐教學目的^[3]。通過虛擬仿真技術建設符合條件的實驗環境和實驗對象以獲得接近真實情景下實踐教學效果的智慧教學手段稱為虛擬仿真實驗^[4-5]。虛擬仿真實驗可使學生從多種空間視角獲得豐富的感官和沉浸式體驗，能將信息技術融合到專業課程實踐教學中，培養學生的創新精神和實踐創造能力，推進實踐教學信息化建設和實驗教學資源的開放共享，推動高校實驗教學改革與創新^[6]。

1 "虛擬仿真在軍隊環境衛生學實踐教學中的應用

筆者建立以多媒體電腦為核心的虛擬仿真實驗室，該虛擬仿真實驗室設備配置完整，于2022年自主開發軍隊環境衛生學虛擬仿真訓練系統2套，購買在線虛擬仿真系統1套，均已裝配于該實驗室；實驗室搭建專門的服務器，為順利完成虛擬仿真實驗提供高效的運行保障和數據存儲；同時配置虛擬仿真成績管理系統，以上實驗室設備條件為軍隊環境衛生學虛擬仿真實踐教學提供有力保障。

目前，已開發的內容有軍隊環境衛生學中給水衛生、營區衛生、野營衛生；同時構建突發應急事件虛擬案例和實踐環境^[7]。教學過程中，學生可通過學生端進行訪問，在虛擬現實環境中完成樣本采集、檢測設備操作、污染物處理等各種實踐操作，培養實踐思維和解決實際問題的能力。通過與虛擬環境的交互，學生可切身感受環境問題的影響和解決方法，增強對環境衛生學的理解和興趣。學生操作時，教師可通過管理終端實時監控，針對學生在實踐過程中存在的問題提出實時反饋和錯誤糾正，并進行討論和交流，促進知識的掌握和能力的提升。同時，教師結合理論教學為學生提供必要的背景知識和理論支持，促進實踐和理論的有機結合。

以給水衛生為例，設定的場景為部隊需要到某地駐訓，學生的任務是根據需要為駐訓官兵提供足夠的生活飲用水保障。學生進入訓練系統，通過角色扮演完成既定任務，虛擬場景主要包括出發前籌劃和準備保障物資、偵察水源、測量水量、調查水源衛生流行病學、檢測及評價水質、凈化水源水為生活飲用水和出具水質檢測報告等。每一步都以現實為背景設置虛擬場景，提高學生的體驗感，每個內容完成后給出知識點相關練習題，學生完成練習題方能通關到下一個內容，完成所有內容訓練后自動退出系統，自動生成成績和答案解析。學生通過答案解析回顧知識點，教師通過訓練效果（任務完成度、完成的時間及答題情況）評價學生對知識點的掌握程度，及時查缺補漏。由于場景、任務、案例、知識點和練習題已于課前準備妥當，根據教學目標設置相應的角色，確保每名學生都能在有限的課時內得到訓練，這可解決軍隊環境衛生學實踐內容多、課時不足的問題。

2 "虛擬仿真技術在軍隊環境衛生學實踐教學中的優勢和影響

軍隊環境衛生學傳統實踐教學往往根據實踐內容不同，對實驗室條件的要求也不同。比如對環境病原微生物檢測需要生物安全實驗室，研究環境有毒有害物質對健康影響的相關實驗需具備相應條件的實驗室^[8]。相比之下，虛擬仿真技術在實踐教學中具有諸多優勢和積極作用。

2.1" 降低危險性和成本

軍隊環境衛生學實踐教學中涉及較多強酸、強堿、劇毒等物質，學生可能面臨各種潛在的風險和安全問題，而虛擬實驗室可消除這些風險，提供安全、高效、可多次試錯的實踐環境，低成本提高學生實踐操作和決策建議的能力。對人數較多的大班教學因受限于資源和時間，傳統實驗室不能保證每位學生達到相應的教學目標，影響教學效果。在虛擬實驗室可進行各種虛擬仿真實踐操作，如設備操作和維護、實驗設計和執行等，確保每位學生都能提升實踐技能。短時間內完成多個實踐任務，降低投入/產出比。學生進行角色扮演，組建小組協同實驗，不僅提高教學效果，還增進學生之間的配合協作，對培養學生的合作精神具有促進作用^[9]。

2.2" 培養實踐思維和解決問題的能力

通過虛擬實驗室模擬現場實踐教學，嵌入案例，引導學生更加投入學習，培養其自主探索、分析和解決問題的能力^[10]。本教研室作為軍隊院校教學單位，課程中涉及較多特殊環境，如戰場的實踐教學在和平年代就無法提供真實場景進行現場實踐教學。虛擬仿真實驗室通過模擬相關現場的想定案例、想定場景讓學生體驗沉浸式學習氛圍，身臨其境、設身處地發現問題、分析問題、解決問題^[11]。通過虛擬-現實對比、多角度、多方面的實踐教學模式培養學生的批判性思維和創新創造能力^[12]。

2.3" 增強學生對軍隊環境衛生學的理解和興趣

在研究環境有毒有害物質對機體損害機制實驗中，肉眼甚至普通顯微鏡下觀察不到的微觀層面機制可通過虛擬仿真技術模擬其作用過程，幫助學生直觀感受微觀變化，有利于學生通過虛擬實驗，深入理解和鞏固理論知識^[13]。如通過模擬系統檢測環境中化學污染物對機體的損傷機制，讓學生在實驗中直觀、形象地理解環境化學污染物如何進入機體、如何進入靶器官或靶細胞損害機體健康的過程，甚至可模擬損害后的效果，從另一個側面喚醒學生重視預防醫學工作的意識。同時，虛擬仿真技術還可與多媒體教學、互動案例研究等教學手段結合，進一步豐富學生的學習體驗和知識獲取途徑^[14-15]。

2.4" 有效提高理論教學效果

虛擬仿真技術在實踐教學中的應用需要與理論教學相結合，形成有機的教學體系。虛擬仿真技術作為實踐教學的輔助手段，幫助學生將理論知識轉化為解決實際問題的能力。同時，理論教學也為虛擬仿真實踐提供必要的理論基礎和背景知識。理論與實踐的有機結合促進學生全面的知識和能力培養，提高教學的效果和學生的學習體驗。虛擬仿真技術可記錄學生的學習痕跡，在實踐過程中融入模擬現實場景，幫助學生從多角度理解枯燥的專業課程理論知識，將學習記錄和思考題答題數據導出，幫助教師進行學習情況分析，實時評價教學效果，及時改進教學方法。

2.5" 提高人才培養質量

人才培養是高校教育教學主責主業，實踐教學是促進畢業生快速適應工作崗位需要、提高人才培養質量的重要方法^[16]。由于高等教育擴招政策，高等教育人才培養從“精英化”向“大眾化”轉變，學員數量劇增，相應的教學條件尤其是實踐課的教學條件與需求之間的匹配程度尚有差距，導致技術性要求較強的專業畢業生踏入崗位后難以快速具備相應的勝任能力^[17]。與傳統實踐教學相比，將虛擬仿真技術引入實踐教學，學生可在有限的時間內掌握更多與崗位相關的知識和技能，是培養面向未來的高素質專業化新型人才的重要手段。

3" 虛擬仿真技術用于軍隊環境衛生學實踐教學的挑戰與展望

虛擬仿真技術可提高軍隊環境衛生學實踐教學效果。然而，應用虛擬仿真技術仍面臨技術限制、教學模式和案例真實性等各方面挑戰。

3.1" 虛擬仿真模型精度、物理模擬的準確性等技術仍有待提高

現行虛擬仿真技術在軍隊環境衛生學實踐教學中的運用仍受到技術限制，交互性、真實性不足。需要針對不同的環境污染類型和疫情防控場景開發更加細致的模擬方案和模型，并結合頭顯裝備、反饋設備等提高體驗和互動，提供更真實、交互性更高的環境模擬系統。此外，還需要通過強化人工智能能力，增加一對多推演和隨機事件插入，進一步提高案例的真實性，訓練學生團隊協作能力。

3.2" 教學模式和評估機制需完善

虛擬仿真技術的應用對傳統的教學模式和評估機制提出新的要求和挑戰。傳統的教學模式往往側重于知識傳授和聽課，而虛擬仿真技術鼓勵學生主動參與和實踐操作，需要教師在教學過程中扮演更多的指導和引導角色。此外，針對虛擬仿真技術的評估也需要進行相應的調整和改進，以更好地評價學生的實踐操作和解決問題的能力。教師需要思考如何將虛擬仿真技術與傳統教學方法有機結合，提供更全面、有效的教學過程和評估體系，推動以學生為中心的教與學，提高育人質量。如將學生的學習記錄數據化，作為形成性成績，可有效個性化量化每位學生的成績^[18]；還能促使部分在傳統實踐課堂中“渾水摸魚”的學生行動起來，驅動他們主動學習，進一步提高教學效果。

3.3" 積極與用人單位交流

虛擬仿真技術應用的核心在于案例的真實性，高校教師缺乏足夠的部隊實踐經歷，難以編寫貼近部隊實際的案例，可能導致學生通過虛擬仿真技術獲得的實踐經驗與實際脫節。因此構建“學校-崗位”交互模式：組織各用人單位共同參與案例的編寫設計，將實際工作經歷開發為虛擬仿真場景應用案例。一方面，切實做到“學為戰、教為戰”，提高學生畢業后的實際工作能力；另一方面，案例編寫者通過設計、編寫案例。復盤事件現場處置工作，檢討現場處置時存在的問題，提升自身工作能力。同時，各單位工作人員也可通過在線虛擬仿真實驗室學習尚未掌握的技能，提高自身工作經驗，為繼續教育開辟新模式^[19]。

4 "結語

虛擬仿真技術可有效提高軍隊環境衛生學實踐教學質量、精準量化實踐教學效果；尤其是在線開放虛擬仿真實驗技術可實現教學資源遠程共享、在校學生自主學習、畢業學生自主提高職業實踐技能。虛擬仿真技術對軍隊環境衛生學實踐教學改革具有重要的意義。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

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（收稿日期：2024–11–17）

（修回日期：2024–12–30）