外科虚拟仿真平台结合多元化教学模式促进外科实践教学改革

2022-03-01李春生肖慧杰郭明子钱风华

中国实验诊断学 2022年2期

李春生，申震，肖慧杰，谌通，郭明子，钱风华

(吉林大学中日联谊医院，吉林长春130033)

外科医学流程繁杂、操作很多,因此需要临床医师必须具备较高的手眼系统协调能力和熟练度,这就必须进行较长时间的培训,同时由于手术操作往往是不可逆的、有创的,因此外科实践教学风险也较大,同时,随着医疗模式的改革以及病人维护合法权益意识的增强,对医学生临床应用基本技能的提高以及临床应用中实际问题的处理,也成为了目前医学教育改革亟待解决的问题。将虚拟仿真技术导入医疗临床实践教学中的非常有效的方式,也适应于高等教育医学教育体制改革,是高等教育医学教育信息化的必要产物,为医学教育的临床应用技术教育开拓了一种全新的教学方法[1-2]。

1 外科临床教学现状

当前的外科临床实践教学模式仍然以“填鸭式”的教学方式,教师教学是主导,却没有做到以学生为中心,不利于学生发散思维的训练与形成。学生临床操作动手机会少,但很多内容都可以选择通过视频观看的方法开展实际课程,学生在上课时体验感差,学生也缺乏主观思考,创新思维受到限制。

2 外科虚拟仿真平台的特点

腹腔镜阑尾炎手术虚拟仿真平台，由我校与上海“梦之路”公司合作开发，已获得教育部批准，通过3D显示、模拟操作的方式真实的创造了阑尾切除术的实习机会，避免了风险同时又可以反复练习，使学生获得充分的学习机会，得到充分锻炼，从而熟练掌握教学要求的基本技能、基本操作。由于学生已经通过线上练习获得了良好的操作熟练度，在人形模拟器上操作时效率更高，可以获得更好的实习效果，同时大大节省了实习成本。该课程体系教学通过综合运用各种高质量的教学图谱、示意图、动画、视频等，充分调动了我校学生的课堂学习工作兴趣与活动积极性,从而大大提高了课堂学习效果。

2.1 构建急性阑尾炎知识、技术与方法的系统培养教学内容体系

急性阑尾炎的虚拟仿真实验教学项目,内容包括了阑尾切除术前准备工作和术后操作等内容,以实现了急性阑尾炎有关理论知识、技能和方法的有机融合,从而加深了学习者对急性阑尾炎有关理论知识的系统化的了解与把握,进一步提升了临床实践教学效果。

2.2 建立“三结合”的实验教学方式方法

即课内课外结合，线上线下结合，虚实结合。课堂上应用急性阑尾炎虚拟仿真实验项目资源，形象而直观地讲解相关知识、技术与方法，加深学生对知识的理解；课下学生通过人机交互功能实现学生可模拟操作反复多次练习，使学生掌握操作流程、基本技能、手术步骤，提高学生对基本操作和临床工作的实践能力；同时，急性阑尾炎虚拟仿真实验项目将课堂、图书馆、医院搬上学生的个人电脑屏幕，拓展学生知识面，提高学生创新思维能力。通过模拟真实环境下的各种仿真器械、场景和操作，学生再用模拟人、动物实践操作训练，实现虚实结合，逐步提高学生理论联系临床实际的能力，见图1。

图1 腹腔镜阑尾手术虚拟仿真“三结合”的实验教学模式

2.3 建立有利于学生自主学习、研究性学习的开放环境

采用了3D仿真、VR技术、AR仿真技术、动漫仿真技术以及各种新型现代信息技术，并进行综合集成运用,达到的立体、直观、形象、全方位地实现可视自动化的开放式网络教学学习环境,并有效率地实现了教学资源共享,提高教学质量。利用学生的上机学习时间、学生上机实际操作学习状况、与学生问题互动状况等综合考核学生的实验成绩,并建立了多元化实验考核评估方法,以引导学生学习的积极性与主动性,强化学生操作训练的规范性,促进学生积极思考、主动探索。

3 实验内容

腹腔镜下阑尾手术的实践教育主要由课前通过网络平台进行自主培训预习、集中培训面授、实验设备分组(采用传统硬件实验设备和现代虚拟软件仿真实验设备相结合)等三个组成部分共同构成。

3.1 课前网络平台自主学习

学生在网络平台进行自主学习,内容主要涉及腹腔镜阑尾切除术的教学课件、观看录像、网络虚拟练习等。让学生掌握全部作业流程和重点、难点,从而促使学生形成了自主学习的习惯。

3.2 集中面授

在教师的引导下，采用线上、线下混合模式进行集中授课。教师引导学生反思，解答学生在自主测试和练习中所遇到的问题。学生之间相互点评操作者的亮点和不足，最后教师重点做指导性点评。

3.3 实验分组

运用了传统仿真设备与虚拟现实仿真设备相结合的“虚实结合”模式。首先,学生在传统的模拟设备上反复完成腹腔镜阑尾手术动作,然后学生间彼此讨论,由老师进行引导。最后,学生将在虚拟仿真装置上完成腹腔镜及阑尾切除术的虚拟仿真操作训练及考核。虚拟仿真训练系统,提供了腹腔镜阑尾切除术的临床案例情景、使用物品的准备、操作过程、实际工作情景等内容,以尽可能地反映临床的实际情景。学生由此也能够了解实验操作的适应证与禁忌证、实验过程、作业的重点与难点,以及注意事项，见图2。

图2 吉林大学中日联谊医院腹腔镜阑尾炎在线虚拟仿真实验教学系统展示

4 教学效果评价

老师通过虚拟仿真训练体系的客观指标、各个小组的实际成绩和互评结果等一系列内容,对学员做出了多元化评估。同时,在教学任务完成后,对学生进行了调查研究与座谈反馈,具体内容主要涉及学生学习阑尾炎手术后虚拟仿真结果、实验的态度、兴趣,对实验内容的评价、难易程度,及学生对实践课程改革成果的评论、对仿真模拟实验的感受等几个方面，获得了较好的反响。我们曾针对正在进行虚拟仿真培训的吉林大学中日联谊医院2015级五年制临床医学专业的学生展开了相关研究,问卷调查结果表明,96.2%的学生觉得虚实融合教学模式形式创新,大大调动了学习兴趣;临床技能方面获益较大,提高了学习效果。参加教学的老师深刻体会到,在医学虚拟仿真试验平台下,老师能够围绕实践教学计划,创新设计教学内容,积极推动学校课程的深入改革。平台还能够为教师的教学科研活动提供载体,如运用教师实训平台开展专业课程项目化教学改革,研究科学而合理的学科教育评估方法和规范等。同时,积极推动实践教学方法变革,并推动探究式教学方法的运用。以项目探究为中心,学生带着疑问寻找资料、设计方案,可以充分调动学生学习、探究的主动性与积极性,使学习气氛更加高涨,产生教与学的良性互动。

5 讨论

5.1 促进理论与实践教学的深度融合

依托于网络技术的虚拟仿真实践教学方法和传统的面授教学有着较大差别[3]。它突破了传统教学在实验时间、空间、人员上的限制,学员可以随时、随地、反复地完成虚拟教学实验作业,从而克服了传统的实验教学受实验场地与学时的局限,让实验教学从时间与空间上都得以合理扩展。它克服了以往教师临床实践中部分作业无法开展的问题,同时又经过学生的不断实践,促进了“以学生为中心”的更深层次教育,切实提升了学校课程的质量。

5.2 丰富临床教学方式，提升教学效果

外科虚拟仿真平台课程是理论教育和实际间的重要衔接方式,临床实践课程和理论教育相得益彰,同时实践教育手段也应该更为丰富形象,更加真实地接近一线的工作场面,从而满足培养学生实际操作能力的需要。虚拟仿真实验利用了计算机技术,以达到“虚实结合”的现场效应,使教学展示方式不仅拘泥于单纯的2D表现,而且充分调动了学习者的视、听、言乃至躯干运动等多种感觉系统。不仅能够调动学生的学习兴趣,使被动学习变成自主摄取,同时运用了互动式人机教学模式,学生也能够采用自主探究的学习方法,发展符合自身的学习记忆方法,从而培养创造性思维。教师把课堂教学的主动权让给了学生,并进行教学模式的全新改革,既显著提高了课堂教学质量的同时,又符合国家对实用创新型人才的培养要求。

5.3 基于外科虚拟仿真平台，构建合理教学体系

课内与课外紧密结合,线上线下紧密结合,虚实结合的教学方法,主要涵盖了胃肠外科的基本知识和技术,是在夯实本科生教育过程中所应学习的基础实践操作技能能力的基础上,又可以体现基础课与专业课之间的双向渗透性,既适应于从医学生到临床医师等各个阶段和各种阶段人员的实践教学,同时可以用于临床操作技能的训练和考评之中,是全方位、多角度、深层次、系统性的实践课程体系[4]。

5.4 外科虚拟仿真平台在外科实践教学中的不足

目前，本研究仅开展阑尾炎虚拟仿真实验项目，针对外科其它操作性技能尚未开展。通过学员练习使用反馈来看，学员对现有急性阑尾炎虚拟仿真实验平台反应良好，但受技术和研发限制，在操作过程中的感知效果、人机交互和力反馈效果缺少，降低了操作的真实感受[5]。今后要注重校校合作，以资源共享的方式丰富虚拟仿真教学内容，优化资源配置，避免重复建设。要注意结合科研工作,使科研成果向教学过渡,并培养学生的研究能力与创新能力。虚拟仿真教学内容增加外科其它专业类训练项目、思维类训练项目、综合类训练项目等，并将虚拟仿真标准化病人及虚拟仿真多站式考核中心作为建设内容，从而最大限度的丰富教学内容，拓展教学资源[6]。