护理学虚拟现实实验教学平台的构建

王 萍, 颜文贞, 蔡宏亚, 罗安安, 陈敏琦, 赵 青

(广东医科大学 护理学实验教学中心, 广东 东莞 523808)

采用虚拟现实技术(virtual reality technology)能够感知参与者的位置,捕捉参与者的动作信息,替代或者增强一种或者多种感官反馈,使用户沉浸于仿真环境(虚拟世界)中[1]。虚拟现实技术作为未来解决深度学习的关键技术,于2016年登入《地平线报告》高等教育版[2]。这项技术在教育领域的应用将改变护理学实验教学模式和学习方式,提高学生在虚拟的环境中与实验对象的互动性和沉浸感,特别是解决了侵入性操作不能在真人身上反复练习、贵重器械无法反复使用等教学难题,在护理实验教学中有广泛的应用前景。

广东医科大学护理实验教学中心构建了护理学虚拟现实实验教学平台,基于虚拟现实技术自主研发了实验教学软件,创设了“真人对练+模型辅助+虚拟固化”的实验教学体系,形成了以岗位胜任力为导向的多元化实践教学模式,提高了学生动手能力、实践能力和创新能力,在实验教学中取得了明显成效。

1 构建护理学虚拟现实教学平台的意义

1.1 更好地实现护理专业培养目标

《全国护理事业发展规划(2016—2020年)》指出：加强护教协同工作,以岗位胜任力为核心,提高护理人才培养质量[3]。护理学是一门实践性和应用性很强的学科,培养学生熟练掌握常用护理技能,胜任各类护理工作岗位,是实验教学重要的教学目标。传统护理学教学常常通过模拟人进行技能训练,但传统模拟人存在着一些无法展现的盲点,并且无法呈现临床护理的情境效果,影响教学效果的提高,限制了对护理岗位胜任能力的培养。而虚拟仿真实验可创造出一个逼真的虚拟环境,能灵活地将病理、生理、临床、心理等层面的知识融合在虚拟情境中,以人机互动的方式丰富学生的学习体验,激发学生的学习兴趣和独立思考判断能力,增加学生自主学习的灵活性,提高学生自主学习能力[4]。

1.2 提高护理实践教学质量

(1) 实现护理技术训练标准化。传统护理学实验教学的形式是多个教师分组示教、学生分组训练。但不同教师示教的护理操作方法却有所不同,学生训练缺乏统一标准,这也是学生反馈的主要意见。通过三维虚拟仿真技术,护理技能各项操作均能以三维动漫形式呈现,有统一的步骤和细节,这将有助于学生进行统一的训练操作,达到标准化护理技术训练的目的。

(2) 提高学生自主训练的效果。学生要掌握临床护理操作技能,需要课堂教学和课后训练的无缝对接。实验室开放后,学生自主训练时缺乏教师的指导,训练效果受到影响。而建设虚拟仿真操作训练系统,每项操作有清晰的操作进程和完整的操作步骤。学生的护理训练有规范的蓝本指导,可大大提高训练效果,弥补课后辅导师资缺乏的问题。虚拟现实教学平台还可借助校园网,实现在平板电脑、手机和台式电脑等设备上自由访问,能大大拓展学生课后学习的时间和空间,有利于教学质量的提高。

1.3 规避护理教学中的伦理问题

护生的护理实践技能训练多数需要侵入性操作,涉及患者的安全[5]。根据我国医疗法律与法规,尚未取得护理职业资格证书的在校护生,临床护理实践技能培训不能在临床患者身上进行[6]。护生因缺乏操作训练对象而难以提高临床实践技能[7]。

三维虚拟仿真不但可解决由于伦理问题导致护生临床实践少的现实问题,而且由于虚拟仿真训练具有无创性、可重复性和可编辑性等独特优势,非常适合护理教学和实践操作[8]。此外,在护理案例教学和情境教学中,突发的临床情境十分重要。虚拟仿真实验可模拟部分难实现的场景、事件或人体的解剖结构,大大提高教学的便利性,使得真实实验平台无法开展或难以用口头表达的操作流程、知识点,采用图片、空间信息等以虚拟现实的方式生动形象地展示出来。

1.4 提高学生的学习兴趣和学习效率

虚拟仿真护理实验系统能够构建具有情境化、沉浸式的临床交互训练空间[9],具有教学过程三维记录、训练过程智能反馈、讲评过程智能分析、考试过程智能评判等功能,使整个教学内容生动化、形象化、具体化,弥补了传统教学的不足,提高学生的学习兴趣,提高了护理训练的效果。每次学生进行护理训练后,系统会自动评分,形成注重过程性评价的实验教学模式。

2 护理学虚拟现实教学平台的建设

2.1 护理学虚拟仿真教学平台的构建

广东医科大学护理专业是第三批全国高等学校特色专业。广东医科大学护理学实验教学中心于2014年被列为省级实验教学示范中心建设单位,2017年通过验收并被评为优秀项目。中心秉承“以岗位胜任力为导向”的护理人才培养模式,形成了基础护理模块、专科护理模块、人文护理模块的实验课程教学体系。实验中心既重视实体护理实验技能操作的教学,也不断进行信息化、仿真化的实验教学改革,以适应“以岗位胜任力为导向”的护理人才培养模式的需要,力求突破教学中的瓶颈,化解学生实践训练要求高与患者维权意识强的矛盾,寻求强化学生实践能力的新途径,并逐渐形成虚实结合的实验教学平台。

2.2 真人对练+模型辅助+虚拟固化的实验教学体系

在传统的护理学实验教学中,注射技术训练采用学生对练的方式。因为注射技术是有创实验,故不能在学生身上反复练习；又因为在校学生尚未取得护士资格证,学生之间对练还存在无法规避的伦理问题。为此,学校购买了模型辅助学生练习,但因为材料工艺等问题也存在血管穿刺感觉不逼真、多次穿刺易导致模型渗液发霉而常需更换等问题。由于我校每届护理本科招生数超过500人,故要保证教学质量，必须寻找更有效的方式,增加学生练习的机会。

其后,学校重新购置了虚拟静脉穿刺训练系统辅助教学。该系统的优点是可以编辑不同案例,可将皮肤评估、血管选择、穿刺针选择、滴速选择等知识点以不同病例的形式呈现出来,将虚拟技术和力反馈技术相结合，用于静脉穿刺的实验教学,实现了真实实验不具备或难以完成的教学功能；缺点是呈现的是二维空间,是平面的图像变化,没有身临其境的感觉。

虚拟现实技术让护理学实验教学由二维变为三维立体化体系。护理学实验教学中心与2家网络科技公司合作,共同研发了“虚拟静脉注射训练系统”和“VR手术器械识别训练项目”护理学实验教学软件。“虚拟静脉注射训练系统”主要解决静脉注射这种有创性实验不能在真人身上反复训练的难题；“VR手术器械识别训练项目”主要解决手术过程中快速识别腹腔镜等贵重设备的问题,降低教学成本,提高教学效果。

虚拟现实技术使学生在虚拟现实世界获得知识与技能,学生置身于虚拟世界的学习中[10],激发了学生的创新意识,提升了学生的学习积极性。以护士必须掌握的注射技术为例,我们在实验教学中构建了“真人对练+模型辅助+虚拟固化”的三维立体实验教学体系,为学生提供了多元化的训练方式,加深了学生对知识点的掌握,提升了教学效果。

2.3 以岗位胜任力为导向的多元化实践教学模式

护理学实验教学中心加大虚拟仿真实验教学的建设力度,形成了以岗位胜任力为导向的多元化实践教学模式。通过购置情境化静脉输液系统、VR虚拟现实设备、计算机交互式分娩及急救演示系统、智能模型人、高级分娩与母子急救模拟人、高级多功能婴儿综合急救训练模型人等高级仿真虚拟系统和模拟人,全面提升护理学实验教学中心的虚拟设备硬件水平,使学生能够通过直观性和交互性好的仿真教学系统,在一个安全、可控、仿真的环境下练习护理技术,提高操作技巧及熟练程度。

在实验教学中将信息技术与护理专业深度融合,实现了理论与实践相结合、护理技能训练与临床情境相结合、课内学习与课外自主学习相结合的教学构想。学生可根据自身情况自主选择学习环境,可在教室、图书馆、宿舍等不同环境下利用学习机、电脑、移动终端等多种设备进行重复学习、训练与测试,使实验教学资源得到最大化利用。

中心建设了较为完善的网站,建立了护理实验室网上预约系统,提高虚拟实验设备的利用率,实现实验室设备和耗材的信息化管理；建立了学生手机移动客户端,实现实验管理的手机移动客户端管理,供学生随时随地查看网站信息,完成网上预约服务和师生互动服务。中心按照岗位胜任力要求,利用虚拟仿真平台开设新的实验项目,探索线上线下教学相结合的个性化、智能化、泛在化实验教学新模式。

3 护理学虚拟现实教学平台的成果

护理学实验教学中心于2017年初步构建了由基础护理虚拟仿真实验平台、专科虚拟仿真实验平台、综合护理虚拟仿真实验平台、老年护理虚拟仿真实验平台等模块构成虚拟仿真实验教学体系,形成了以岗位胜任力为导向的多元化实践教学模式,新开展虚拟仿真实验教学项目19项,开展实验教学改革项目多项。例如“基础护理学”实验课开展虚实结合的混合式教学,“妇产科护理学”开展情境模拟教学及探究式教学。中心指导学生团队进行“大学生创新创业训练计划项目”24项,其中国家级3项,省级6项。中心教师自主研发了“老年人护理病床”教具,指导学生自主研发了“一种针帽及包含该针帽的针头和注射器”实验,获得2项国家实用新型专利。中心自主研发的“虚拟静脉给药系统”获软件著作权。

4 结语

虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容,在护理学实验教学中有着补充、拓展、完善的作用,也是实验室建设的重要内容。护理学虚拟仿真实验教学平台解决了以下实验教学问题：(1)实现复杂问题的可视化,让学生更易习得；(2)基于软件的开放性和可设计性,方便师生自主设计和开发创新型实验项目,有利于培养学生的创新能力[11]；(3)解决了实验室硬件更新快、设备维护困难、需要维护人员多等问题；(4)克服了仪器台套少而无法普及实验的问题。

护理学虚拟仿真实验教学平台的建立,使实验走出了实验室,走进了课堂,也走进了自主学习的空间,提高了学生的学习兴趣、创新意识和实践能力[12],提高了以岗位胜任力为核心的护理人才培养质量。