虚拟仿真实验平台在职业卫生与职业医学实验教学中的应用探索

王高阳，袁 媛，李筱晨，贺冰雪，赵凤红，金亚平

（中国医科大学公共卫生学院，辽宁 沈阳 110122）

职业卫生与职业医学是预防医学专业的重要课程，具有很强的实践性。职业卫生与职业医学的实验教学旨在培养学生的实践能力和独立思考能力，对于学生综合素质的提高有重要作用[1]。在新冠肺炎疫情影响下，各高校为实现“停课不停教，停课不停学”，纷纷开展线上教学。对于职业卫生与职业医学理论课而言，可通过雨课堂、腾讯会议、钉钉等直播软件实现线上教学，但实验课的线上教学仍然是困扰各学校的难题[2]。鉴于职业卫生与职业医学实验课的特点，为保障实验教学顺利进行，虚拟仿真技术的应用势在必行。虚拟仿真实验是指利用虚拟现实、人工智能、网络通信、多媒体等技术，模拟出符合要求的实验环境和实验对象，获得接近甚至优于真实环境的教学效果。虚拟仿真技术可使学生在沉浸式互动中，从多种空间视角获得丰富的感官和心理体验[3-4]。职业卫生与职业医学高危实验、高消耗及慢性实验等，尤其适合借助虚拟仿真技术开展[5]。为此，中国医科大学引入上海梦之路公司研发的虚拟仿真实验教学云平台。本教研室精选了其中4个和职业卫生与职业医学实验相近或互补的虚拟仿真实验项目应用于实验教学中。同时选择2016级预防医学专业学生为对象进行了初步实践，得到了积极和正面的反馈评价，现介绍如下。

1 对象与方法

1.1 对象

选择本校2016级预防医学专业48名学生为研究对象。

1.2 教学设计思路

教师在完成职业卫生与职业医学理论课教学的基础上，向学生发布虚拟仿真实验课的学习任务，学生在规定时间内完成虚拟仿真实验课的学习。课程结束后，教师通过课程考核和问卷调查对教学效果进行评价。

1.3 方法

1.3.1 教学内容 本教研室选取了4个虚拟仿真实验项目作为具体的教学内容，分别是“职业性尘肺病诊断虚拟仿真实验仿真软件”“急性职业中毒事件应急处理仿真案例”“职业性有害因素的识别与控制——以汽车制造业为例”“铅中毒案例虚拟仿真实验教学项目”。

1.3.2 教学过程 梦之路云平台虚拟仿真实验系统分为教师系统和学生系统。教师利用教师账号登录，发布学习任务。学生通过学生账号登录，查看自己的学习任务，完成实验课程学习。教师可随时登录系统查看学生课程学习情况，从而针对性督促学生进一步完成学习任务。课程结束后，学生从实验目的、器材、步骤、结果等方面进行实验记录，撰写实验报告。

1.3.3 教学效果评价 教学效果评价包括课程考核和问卷调查两个部分。课程考核成绩满分为100分，由课程完成度（40%）、实验报告（30%）、课后测验（30%）三部分构成。待所有学生完成虚拟仿真实验后，采用自行设计的调查问卷进行调查，了解学生对虚拟仿真实验教学的效果评价。调查前向学生说明目的和意义，规定15分钟内完成问卷并统一回收。调查问卷共设置7道选择题和1道开放式简答题。选择题包括学生对虚拟仿真实验教学的整体评价、学习兴趣和积极程度、公共卫生处理能力是否得到提升等，开放式简答题为学生对虚拟仿真实验教学的意见和建议。

2 结果

2.1 课程考核成绩

通过汇总课程完成度、实验报告、课后测验三部分成绩发现，课程考核总成绩90分及以上的学生占58.34%，80～89分的学生占 33.33%，70～79 分的学生占 6.25%，60～69 分的学生占2.08%，大部分学生的课程考核成绩优良（见图1）。

图1 学生成绩区间分布

2.2 问卷调查结果

通过问卷星发放48份问卷，回收有效问卷48份，问卷有效收回率100%。79.17%的学生认为虚拟仿真实验内容具有较好的综合性，68.75%的学生认为虚拟仿真软件操作有较好的便利性，75.00%的学生认为虚拟仿真实验具有较强的互动性，81.25%的学生认为虚拟仿真实验对提高公共卫生综合处理能力有帮助，81.25%的学生认为虚拟仿真实验对掌握和巩固专业理论知识有帮助，54.17%的学生表示愿意在课后反复学习虚拟仿真实验，68.75%的学生希望在今后的学习中增加此类虚拟仿真实验项目（见表1）。在开放性简答题中，大部分学生认为目前的虚拟仿真实验很好，无其他意见和建议。少部分学生认为虚拟仿真实验仍有改进空间，主要集中在“只能使用电脑操作而不能使用手机操作”“软件兼容性有待提高”等。

表1 学生对虚拟仿真教学模式的效果评价[n（%）]

3 讨论

3.1 虚拟仿真实验平台能够提高职业卫生与职业医学实验教学质量

职业卫生与职业医学具有较强的实践性和应用性，然而传统实验教学有一定局限性。在实验场所方面，传统实验教学只能在固定时间和固定地点进行，并不利于提高学生主动学习的兴趣。在实验内容方面，传统实验课多为演示性和验证性实验，如工作场所噪声、振动、温度、辐射等物理因素的测量；工作场所粉尘浓度、分散度的测量；血铅、尿铅、全血胆碱酯酶活性等生物标记物的测定等[6]。同时，由于实验条件限制，无法开设高风险、高投入的实验，如煤矿井下噪声控制、疲劳状态下人体生理反应、职业性突发化学中毒事件应急处理等。这些实验很难采取传统方式进行，不仅实验场所受到限制，对学生安全也会造成威胁[7-8]。虚拟仿真技术可以解决上述问题，本次引入4个和职业卫生与职业医学真实实验相近或互补的虚拟仿真实验项目，不仅打破了传统实验教学在场所和条件方面的限制，还能让学生在安全的环境下进行实验操作，对职业卫生与职业医学实验教学质量的提高具有重要的意义。

3.2 虚拟仿真实验平台能够提高职业卫生与职业医学实验教学效果

传统的实验教学模式以教师为主体，学生在实验中只是被动、机械地模仿教师的操作，并按照既定的实验步骤进行。在这种教学模式下，学生仅仅掌握了一些基本的仪器操作和样品采集处理方法，缺乏独立思考的过程，限制了学生发现、分析和解决问题能力，导致学生学习积极性和参与度下降，很难保证实验教学效果[9]。本次我们引入的虚拟仿真实验项目，其内容具有较强的代入感和互动性，激发了学生的学习兴趣，提高了学生的自主学习能力，提升了教学效果。在实验课程考核中，大部分学生的考核成绩优良。同时，通过问卷调查发现，大部分学生对虚拟仿真实验教学效果持正向和积极的评价。但是，我们通过问卷调查也发现，由于虚拟仿真实验系统刚刚兴起，还有很多需要完善的地方，后期应着力加强建设线上数字资源库、丰富实验教学资源、优化操作界面、提高软件与各类移动设备的兼容性。