虚拟仿真训练在“双耳变温冷热试验”临床技能培训中的应用

于 蒙, 吴洪海, 吴庚华, 朱云祥

(1. 扬州大学附属医院, 江苏 扬州, 225001; 2. 扬州大学医学院, 江苏 扬州, 225009)

“双耳变温冷热试验”为前庭功能检查的重要试验，是医学本科生临床技能培训和住院医师规范化培训需要掌握的操作项目。临床实验教学注重培养学生的实践技能，而头面部的解剖结构精细、血管神经分布复杂，传统“教师演示-学生操作练习-教师指导”的教学模式下，学生动手操作的机会少，影响学习积极性，根据医学生临床技能培训的教学目的和教学要求，实践教学有必要进行改革和创新[1-3]。

虚拟仿真技术是采用以计算机为核心的现代化高科技手段生成逼真的视觉、听觉、触觉一体化虚拟环境效果的信息化技术。虚拟仿真训练实验教学主要以计算机和各种辅助设备为工具，采用“面向对象”的设计理念创建，用户借助必要的设备对虚拟环境中的对象进行操作，产生如同在真实环境中实践操作的感受，从而完成真实环境中临床医学技能培训的各项实训项目[4]。本课题组依托国家级虚拟仿真实验教学中心和省级虚拟仿真实验教学项目开展前庭功能检查虚拟仿真实验教学研究[5-7], 探索智能化条件下“教与学”方法，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 研究资料

将扬州大学医学院统招录取的2016级临床医学专业、中西医结合临床医学专业在校学生的学号导入计算机，按随机原则选取120名学生作为研究对象，其中男生46名，女生74名，平均年龄(20.12±1.18)岁。虚拟仿真教学系统由扬州大学与扬州市萤火虫网络科技有限公司共同研发，是一种供临床医学专业使用的三维学习系统，使用Unity引擎，其中负责虚拟仿真实验项目架构设计、脚本撰写、模型质量监控和在线教学应用的专职/兼职实验在线教学教师6名，负责虚拟仿真实验项目运行控制平台程序设计、质量监控资源管理、虚拟教学系统在线管理与维护的外聘信息技术从业人员2名。该系统采用Unity 3D场景设计，通过点击键盘和鼠标，学生根据提示逐步完成实验教学设计问答习题后才能进行后续操作。

1.2 虚拟仿真训练的教学任务设计

根据教学目标、教学内容和耳鼻咽喉头颈外科学临床技能培训大纲要求，虚拟仿真训练设计为3个等级(Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级)。Ⅰ级任务中，采用鼠标点击、拖拽方式模拟真实操作进行耳解剖结构功能操作(见图1)，如点击“前庭蜗器”进行外耳、中耳、内耳的血管、神经、骨迷路、膜迷路等的解剖(操作步骤设置错误或缺漏项问题供交互和考核)，整个前庭器官运动过程可360 °动态观察，且可720 °旋转、缩放、切换前后左右上下视图。

图1 耳的3D虚拟仿真解剖结构功能

Ⅱ级任务中，检查者做好检查前各项检查准备工作并进行医患沟通，通过询问病史、既往健康状况、过敏史等掌握患者的病因、症状和体征。虚拟仿真“双耳变温冷热试验”通过3D动画形态展现检查方法，运用动画模拟被检查者取仰卧位、头前屈30 °, 360 °旋转透视被检查者冷热水灌注迷路半规管的三维空间位置关系及与眼震频率相互运动反馈变化。

Ⅲ级任务中, 3D场景仿真检查者打开双耳变温冷热试验仪，调试仪器并选择正确的注气量、注气时间、热刺激温度、冷刺激温度。灌注时(半规管垂直位透明，画中画可视化路径)嘱受试者闭眼，向受试者外耳道分别注入气体，参数分别为流量8 L、灌注时间60 s、热刺激温度50 ℃、冷刺激温度24 ℃。

虚拟仿真“双耳变温冷热试验”实训操作中设置问答供交互和考核: ① 虚拟患者水、气灌注次序。② 眼震COWS原则(冷刺激为抑制性刺激眼震向对侧，热刺激为刺激性刺激眼震向同侧)特征分析。③ 中枢性眩晕和周围性眩晕的诊断与鉴别诊断方法。④ 当鼓膜穿孔时, 4 ℃氯霉素滴眼液微量冰水试验的灌注方法和诊断意义。⑤ 半规管轻瘫(CP)诊断数据分析。⑥ 优势偏向(DP)诊断数据分析。⑦ 诊断病例，完成报告。⑧ 虚拟仿真训练操作过程中可随时重新加载程序，重置所有界面操作，虚拟仿真技能训练Ⅰ～Ⅲ级任务结束，进行问卷调查。见表1。

表1 虚拟仿真训练临床技能Ⅰ～Ⅲ级任务

1.3 虚拟仿真训练系统使用方法

待学生学完人体系统解剖学、人体局部解剖学、耳鼻咽喉头颈外科学相应的理论课和实验课，教师安排学生使用虚拟仿真实验教学系统，具体操作训练时间为每周一至周五16: 30—18: 30以及周六、周日全天。学生有特殊情况可通过微信/QQ软件与在线教学老师联系，调整操作训练时间。制作网页端版本，登录需注册(已有账号密码者直接登录)，可选择学生端、教师端、管理员端的方式点击进入。登录界面: 双耳变温冷热试验实景图。学生登录端平台内容有: 个人信息管理(可进行密码重置)、虚拟仿真实验、个人实验操作记录(时间、次数、成绩、错误点)、互动交流管理(可进行提问解答)、实验报告批改(提交报告后，可看到提交内容)。教师登录端平台内容有: 信息管理(可进行密码重置)、虚拟仿真实验(可查看实验操作记录，包括时间、次数、成绩、错误点)、互动交流管理(可进行提问解答)、实验报告批改、教学资源管理按钮、在线测试按钮、系统设置按钮、刷新列表按钮、平台管理等。管理员登录端平台内容同教师端，且信息管理中增加实验公告管理、平台管理。

1.4 虚拟仿真训练的评价方法

学生虚拟仿真训练任务有虚拟仿真实训操作、实验考核、报告提交、问题讨论、师生互动、教学档案归档等。考试内容依据耳鼻咽喉头颈外科学课程教学大纲要求进行选择。课程考试采用闭卷形式，考察学生对理论知识的掌握情况，满分100分; 平时成绩根据医学生临床技能培训Ⅰ～Ⅳ级实操训练考试内容进行考核，满分100分; 学生成绩构成比为课程考试占70%，平时成绩占30%。虚拟仿真训练作为医学生临床技能培训的辅助学习手段，完成情况不计入总成绩。医学人文科学素养、人际交流与团队协作、执业环境设计与实施等培育方法以文献阅读和案例研讨为主，完成情况不计入总成绩。

咨询医学心理学和医学统计学专家意见后设计问卷调查表，问卷Cronbach′sα=0.896，效信度良好[8-12]。学生问卷调查设: ① 理论学习3个条目; ② 技能训练4个条目; ③ 兴趣、爱好、人文3个条目。教师问卷调查设: ① 理论教学3个条目; ② 技能训练4个条目; ③ 兴趣、爱好、人文3个条目。问卷题目均为选择题，每题选项为是(3分)、尚可(2分)、不是(1分)，学生问卷和教师问卷满分均为30分。问卷以无记名方式填写，当场发放、填写并回收，共发放学生问卷120份、教师问卷30份，问卷有效回收率为100%。

1.5 统计学分析

2 结 果

2.1 虚拟仿真训练考核成绩

学生使用正确的用户名和密码登录，即可进行虚拟仿真实验Ⅰ～Ⅲ级训练任务。带教老师可精密化跟踪学生实操训练过程，并由终端采集数据反馈给师生，师生可就学习过程中遇到的问题进行交互讨论。在训练操作中，所有学生依次完成虚拟仿真训练Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级阶梯式学习任务，对鼓室六壁构造、小儿咽鼓管解剖特点、听功能主客观检查、双耳变温冷热试验、模拟患者等理论知识和临床技能的熟练度提高，课程学习成绩提高, Ⅰ～Ⅲ级虚拟仿真训练任务完成情况较好，成绩呈正态分布曲线，见图2～4。Ⅰ级任务学习考核得分>90分者有77名，平均成绩(86.33±10.51)分; Ⅱ级任务学习考核得分>90分者有93名，平均成绩(89.89±8.37)分; Ⅲ级任务学习考核得分>90分者有109名，平均成绩(92.23±5.04)分。Ⅲ级任务考核成绩优于Ⅱ级、Ⅰ级任务，且Ⅲ级任务成绩优秀(>90分)者人数多于Ⅱ级、Ⅰ级任务，差异有统计学意义(P<0.05)。

图2 Ⅰ级考核成绩得分

图3 Ⅱ级考核成绩得分

图4 Ⅲ级考核成绩得分

2.2 虚拟仿真训练的效果评价

三维模拟仿真动画最基础的技术是还原人体器官或组织的原貌，“双耳变温冷热试验”虚拟仿真实验对前庭功能器官透视化呈现有利于教师教学与学生研习。大多数学生表示喜欢虚拟仿真训练实操方式，认为使用虚拟仿真系统学习加深了对理论知识的掌握程度，3D动感界面能提高学习医学知识的兴趣，有助于提高临床技能实际操作训练的熟练程度等，见表2。

表2 120名学生对虚拟仿真训练的学习效果评价[n(%)]

“双耳变温冷热试验”通过页面文字提示引导学生进行虚拟仿真实验操作，包括动手操作和仪器参数设置。对于关键性步骤如灌注气的流量、温度、患者的特殊体位等界面会给出提示。实验结束后，实验页面总结出检查操作的注意事项，能帮助学生克服学习焦虑，促进其顺利完成“医学生—医生”的角色转换。学生对虚拟仿真实验教学的满意度与虚拟仿真训练能帮助理解记忆理论知识、3D动感界面激发创新思维、提高操作熟练度、提高动手能力、有利于临床实习和职业医师规范化培训呈正相关关系，见表3。

表3 学生对虚拟仿真训练满意度的影响因素分析

本次发放教师问卷30份，参与问卷调查的教师平均年龄为(45.23±18.69)岁，均有PBL教学经验，并教授过1～2门理论课程。大多数教师认为，虚拟仿真训练可以提高教学效果，有利于学生掌握耳部解剖结构和双耳变温冷热试验检查方法的临床技能培训内容，教学方法创新性好，能调动学生的学习兴趣和激发学生的创造性思维等，见表4。

3 讨 论

临床辅助诊疗仪器具有精密度高、操作性能不易掌握等特点，因而高等医学院校迫切需要加强临床医学技能培训的虚拟仿真实验教学建设，以满足临床需求[13-14]。

虚拟仿真训练教学可克服传统医学教学的弊端[15-16]。人体结构精细化、生理功能复杂化、神经血管分布非可直视化等特点，使得以人体为研究对象的医学领域的教学方法和技能培训方法受到了一定限制。虚拟仿真技术借助计算机技术生成的实验室诊疗环境可产生逼真的视觉、听觉效果，学生通过操作鼠标或键盘对仪器设备和被检查者进行360 °观察、720 °解构，克服了传统医学课程教学中挂图、幻灯片、录像等方法的缺点，是当前耳鼻咽喉头颈外科学的一种新型实验教学模式。

虚拟仿真训练教学可激发学生的学习兴趣。以“双耳变温冷热试验”虚拟仿真训练为例，实验教学中解剖功能结构重要部分采用画中画技术设计，检查方法重要参数设为高亮标尺，做到重点、难点突出。虚拟仿真训练的教学模式使得学生可以不受时间、空间的限制，而Unity 3D场景设计可以让学生有身临其境的感觉。在人体标本紧缺的前提下，对人体内部器官组织的仿真模拟有助于学生提高实操技能熟练度和巩固理论知识。本研究学生考核成绩直方图显示, Ⅰ～Ⅲ级理论知识考核成绩呈正态分布曲线，且Ⅲ级任务考核成绩优秀者人数多于Ⅱ级、Ⅰ级任务，差异有统计学意义(P<0.05)。

虚拟仿真训练教学可激发学生的创新思维。临床医生的人体解剖学功底与外科手术操作能力呈正相关，但人体解剖学标本的稀缺性和临床技能操作训练假体的珍贵性限制了学生实训操作练习的次数，也影响了学习的便捷性。虚拟仿真训练可使学生实验操作虚实互补，既能锻炼基本操作能力，又能提高临床诊疗技术水平，打通了医学生学习基础医学知识和临床医学知识的通路，提高了学生医学知识整体水平和临床诊疗技术水平[17-20]。

虚拟仿真训练教学可促进教学模式的改变。本研究认为，以临床思维和临床实践能力培养为核心，打通基础医学和临床医疗的通路是医学教育发展的内在要求。虚拟仿真实验教学构建了基础医学与临床医学相结合的新型实验课程体系[21-23]。“双耳变温冷热试验”虚拟仿真训练是基于器官功能和疾病体征的虚拟实训操作练习，设计了临床技能培训实操训练教学课程、教学风控质量与评价、学生自主管理学习流程, Ⅰ～Ⅲ级任务实现了“教与学”的交互评价[24-25]。本研究结果显示，虚拟仿真训练能将课程理论知识和技能培训实操练习有机结合，借助虚拟仿真教学手段，使学生早期接触临床，后期回归基础，实现医学生全课程、大跨度学科实操训练整合，改变了临床技能实训教学的模式。学生问卷调查结果分析显示，学生对虚拟仿真实验平台的满意度与虚拟仿真训练帮助理解记忆理论知识、激发创新思维、提高操作熟练度、提高动手能力、有利于临床实习和职业医师规范化培训呈正相关。