疫情下护理虚拟仿真实训教学体系的构建与应用

吕云玲，潘常春，李 艳*，王会荣，吴俊晓，刘 倩

（1.南阳医学高等专科学校，河南 南阳 473000；2.杭州万维镜像科技有限公司，浙江 杭州 310000）

2020年，新冠肺炎疫情蔓延全球，为防止新冠肺炎疫情的传播，学校停止了常规教学。截至2020年4月7日，全球191个国家的15.8亿学生停课，占全部在校学生的91.3%。与之相对的，我国社会数字化进程按下快进键，各行各业都在经历互联网、人工智能和5G等新兴技术快速发展带来的机遇与挑战，基于5G、虚拟现实（VR）、直播等新技术的“云教学”也逐步发展起来。疫情期间，各校积极开展线上教学模式来克服课堂教学中止的困难，以保证教育教学的连续性。本研究以南阳医学高等专科学校的护理专业为例，构建以VR仿真实训软件库与交互式视频软件库为“两翼”，虚拟仿真教学管理云平台为“本体”的，具有“一体两翼”架构的护理虚拟仿真实训教学体系，结合护理实训教学实践，分析其在大规模疫情期间的应用价值，以期为特殊情况下的实训教学模式探索一条可行之路。

1 疫情背景下高职护理实训教学面临的问题

高仿真教学是模拟真实临床情景，通过实践教学、情景教学和个体化教学，以其有医疗环境而无医疗风险为突出优点，成为护理教育的新趋势[1]。然而，在大规模疫情期间，线下集中式教学转变为线上分布式学习[2]，这种教学组织结构的转变给高职护理虚拟仿真实训教学带来了一系列问题：（1）异位散布式学习方式导致学生的实训时间难以集中，遇到问题教师无法及时解答；（2）不同地区的网络条件与学生的设备情况存在差异，需要灵活的实训手段适应不同的信息化条件，以实现与线下教学等质等效；（3）缺乏有效的技术手段对学生的学习进行全过程、全场景的行为采集，无法获取学习大数据，难以评估和提升实训效果。当前，“互联网+”、云计算、VR虚拟仿真、大数据等的高速发展为开展仿真实训教学提供了必要保证。但是，教师如何借助虚拟学习环境，在仿真实训教学中实施与高职护理学科特点深度融合的“学与练”交互策略，充分体现学生的个性与主体性，促使学生深度学习，是护理实训教学面临的关键性挑战[3]。

2 高职护理虚拟仿真实训教学体系建设路径

针对疫情期间高职护理实训教学面临的问题，本研究选取典型的实训项目，开发VR仿真实训软件以及与之配套的交互式视频软件，同时引入基于B/S架构的虚拟仿真教学管理云平台，形成具有“一体两翼”架构的虚拟仿真实训教学体系，满足异位散布式学习与不同信息化条件下的等质等效教学，并通过采集学生的学习痕迹数据，对教学效果进行评估。

2.1 高职护理实训项目设计

基于高职护理实训教学的人才培养目标，参照教学大纲，引入标准化病人，运用虚拟仿真技术设计临床场景，再现临床环境；采用三维建模与虚拟仿真相结合的方式，可以有效将实训教学的重、难点用现代信息技术与虚拟教学手段相融合[4]，实训项目设计流程见图1。在内容设置上，根据“能实不虚”原则，选取隐私性强、创伤性大、在实训室内无法重现的实训项目，最终制订出符合当前教学实践的17项护理虚拟仿真实训项目，包括女性留置导尿、输血（含输血前准备采血标本）、胃肠减压、体位引流、心电监护、妇科检查、胸腔闭式引流、小儿股动脉穿刺、小儿头皮静脉穿刺、胎头吸引术、腹部触诊、心肺听诊、胸腹部叩诊、院外心肺复苏、气管切开吸痰、灌肠、双气囊三腔管压迫止血。

图1 实训项目设计流程

2.2 高职护理实训软件

实训软件是整个虚拟仿真实训教学体系的核心部分，为适应疫情期间不同地区学生的学习设备、网络环境等差异，开发基于浏览器的VR仿真实训软件及与之配套的交互式视频软件，前者可在PC端使用，后者适用于PC、手机等各种智能终端，可支持不同信息化条件下的学习。

2.2.1 VR仿真实训软件 采用3D Max、Unity 3D、VeryEngine软件构建一个逼真的三维交互虚拟场景，包括地点、人物、周边建筑、语音、医用物品等，系统设置3个功能模块。（1）教学模块。实现虚拟护理实训教学的业务逻辑，主要包括实训教学情境的创设、实训内容的设计、进行所有步骤的示范教学。教学过程中同步伴随文字和语音说明，在此过程中，学生可使用进度控制面板，调节演示速度，快速选择不同的操作阶段。（2）操作训练模块。提供与真实装备相同的操作训练，用手、眼图标指示下一步操作，伴随步骤说明、进度条控制、阶段选择等。在实训教学演示过程中，无须任何切换，就可以操作练习，即演示和操作练习可以随时转换。（3）操作考核模块。对学生的每一步操作痕迹进行记录，并根据操作的正确、规范与安全性进行评估，最后给出详细的考核记录单。

2.2.2 交互式视频软件 以典型护理操作流程视频为载体，在线性视频中增加热点拓展、逻辑分支、拖拽匹配、操作反馈、知识考核等交互功能，在短时间内向学生展示完整的知识点，并为学生提供一个自主动手实践的操作平台[5]，具有创设情境、生动真实、形象直观、短小精悍的优势[6-7]，系统设置3个功能模块。（1）知识拓展模块。对于场景中出现的设备、操作及其工作原理进行知识拓展，拓展内容包括图文、视频、3D模型、360°全景等多种媒体形式，以实现对护理设备、操作及其工作原理的全方位展示。（2）护理操作模块。在护理操作流程中增加交互热点，比如下一步操作名称等，选择正确与否都会有提示，只有选择正确才可以继续播放视频，从而增加学生对护理操作流程的了解。（3）操作考核模块。对学生的每一步操作痕迹进行记录，并根据操作的正确、规范与安全性进行评估，最后给出详细的考核记录单。

2.3 虚拟仿真教学管理云平台

在高水平仿真实训软件开发的基础上，还需要将这些教学资源真正应用到教学中，使护理虚拟仿真实训教学体系真正“落地”。围绕护理专业实训教学的真实需求，引进可承载VR仿真实训软件库以及交互式视频软件库的虚拟仿真教学管理云平台，形成具有“一体两翼”架构的虚拟仿真实训教学体系。平台设置管理员、教师和学生3种角色（见图2），3种角色权限不同。管理员具有机构管理、用户管理、班级设置等权限；教师具有上传课程资源、划分课程成绩构成、试卷编辑、成绩管理等权限；学生有查询成绩、课程学习、学习交流等权限。

图2 虚拟仿真教学管理云平台

3 护理虚拟仿真实训教学实施与效果评价

3.1 对象与方法

3.1.1 研究对象 以本校2017级护理专业1班70名学生（对照组）及2018级护理专业1班70名学生（观察组）作为研究对象。课程结束后分别对两组学生进行实训考核，并向两组学生发放不记名的线上调查问卷。

3.1.2 方法 对照组利用人体模型等进行传统方式教学；观察组利用护理虚拟仿真实训教学体系辅助教学，贯穿课前（预习）、课中（实训操作）、课后（实训报告）整个学习过程，并于返校后开展一周的集中实训。其他如授课教师、所用教材、教学内容、学时安排、考核方式、评价标准等两组均保持一致。

教学结束后，对两组进行实训技能操作考核，满分100分，并对两组学生进行问卷调查。采用自行编制的实训教学效果评价调查问卷，运用Likert 5级计分法，1分为“非常赞同”，2分为“比较赞同”，3 分为“一般”，4 分为“不太赞同”，5 分为“完全反对”。问卷内容分为两部分：第一部分为学生对实训教学效果的评价，包括“促进课前预习”“促进独立学习”“激发学习兴趣”“把所学内容较好地应用到临床实际中”“实现‘玩中学’”“提高学习效率”及“提高实训操作熟练程度”7个方面；第二部分为专业胜任力自评量表，量表从观察能力、动手能力、创新能力、分析问题能力4个维度进行评价，该量表具有较好的信效度，Cronbach's α 系数为 0.948。

3.1.3 数据分析 采用SPSS 26.0统计软件进行数据分析处理。计量资料以（±s）表示，考试成绩和评价得分采用t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

3.2 结果与分析

3.2.1 两组学生实训考核成绩比较 实训考核结果显示，观察组学生的技能操作得分显著高于对照组（P<0.05），见表1。这表明将护理虚拟仿真实训教学体系应用于实训教学，能显著提高学生的实训技能成绩。

表1 两组学生实训考核成绩比较（±s，分）

表1 两组学生实训考核成绩比较（±s，分）

组别n观察组对照组70 70 t P技能操作得分87.61±1.71 86.73±2.34 2.523 0.013

3.2.2 两组学生问卷调查结果分析 问卷调查结果显示，在“促进课前预习”“促进独立学习”“激发学习兴趣”“把所学内容较好地应用到临床实际中”“实现‘玩中学’”“提高学习效率”及“提高实训操作熟练程度”7个方面，观察组的评价得分均高于对照组。其中，“促进课前预习”“促进独立学习”“激发学习兴趣”“把所学内容较好地应用到临床实际中”几个方面差异显著（P<0.05），见表2。

表2 两组学生对实训教学效果的评价（±s，分）

表2 两组学生对实训教学效果的评价（±s，分）

项目t P促进课前预习促进独立学习激发学习兴趣把所学内容较好地应用到临床实际中实现“玩中学”提高学习效率提高实训操作熟练程度观察组4.39±0.69 4.34±0.70 4.30±0.73 4.37±0.68 4.39±0.69 4.23±0.82 4.33±0.72对照组3.91±0.92 3.77±0.89 3.86±0.83 3.95±0.79 4.09±0.75 4.05±0.65 4.14±0.64 2.606 2.675 2.320 2.404 1.717 0.956 1.124 0.011 0.009 0.023 0.018 0.089 0.342 0.264

此外，观察组认为，护理虚拟仿真实训教学体系对提升观察、动手、创新、分析问题4个方面的能力均有所帮助。其中，除动手能力之外，其他3种专业能力提高的评价显著优于对照组（P<0.05），见表3。

表3 两组学生认为实训教学方式对自身专业胜任力的影响（±s，分）

表3 两组学生认为实训教学方式对自身专业胜任力的影响（±s，分）

项目t P观察能力有所提高动手能力有所提高创新能力有所提高分析问题能力有所提高观察组4.40±0.67 4.31±0.69 4.29±0.82 4.36±0.70对照组3.86±0.89 4.05±0.72 3.86±0.94 3.82±0.96 3.024 1.572 2.034 2.864 0.003 0.119 0.045 0.005

4 讨论

本研究通过建设高职护理虚拟仿真实训教学体系，将其应用于疫情期间的实训教学中，培养学生的自主学习、自我钻研、团队协作与沟通能力，为疫情期间高职护理实训教学面临的问题提供了解决方案。

4.1 护理虚拟仿真实训教学体系可有效解决疫情期间缺乏实物实训的问题

本研究结果显示，应用护理虚拟仿真实训教学体系，可有效解决疫情期间缺乏实物实训的问题，提高学生的学习效果，主要体现在：（1）3A式实训。护理虚拟仿真实训教学体系的建设为师生、生生之间搭建了一个畅所欲言、互动交流的24小时“在线课堂”，满足 3A（Anywhere、Anytime、Anyone）式实训，适应了疫情期间的异位散布式学习。（2）实训工具先进。VR仿真实训软件与交互式视频软件可适应不同信息化条件下的学习。前者适用于PC端、网速较好的情况；后者适用于PC、手机等各种智能终端以及网络条件稍差的地区。（3）教学形式丰富。通过构建高度仿真的教学场景，引导学生学习和运用护理相关知识，用形象生动的实训项目引导学生自主探究学习，以游戏闯关的形式代替传统枯燥的被动式学习，以人机交互的模式认识护理操作的基本原理与流程，增强学习趣味性以及学生学习主动性。（4）过程性评价体系。护理虚拟仿真实训教学体系注重过程性评价，评价贯穿护理实训的全过程，设置“教、学、练、考、评”多个环节，支持学生在平台多次练习、反复试错。此外，以智能考核的方式对学生每步操作的正确性、规范性、安全性进行自动记录、评估、计分，并给出详细的考核记录单，以确保每名学生都能达成学习目标，熟练掌握理论知识与实操技能。

4.2 虚拟仿真实训教学体系可有效提高学生的专业胜任力

本研究结果显示，学生对护理虚拟仿真实训教学效果的评价较高，并认为可有效提高自身专业胜任力，主要体现在：（1）高阶性：紧跟时代教学需求，以典型的护理实训项目为基础，将知识、能力、素质有机融合，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维。（2）创新性：基于构建主义理论创建生动逼真的虚拟仿真学习情境，以便学生能从不同的角度探索学习，强调学生的主体地位与主观能动性，促进深入学习。（3）挑战度：在实训环节中随时考查学生知识掌握情况，让学生在解决实际问题的过程中将知识系统化，获得主动内化知识的机会。

5 结语

本研究围绕高职护理专业实训教学的现实需求，结合虚拟现实、三维建模、数据储存、快速数据处理等多种技术，构建由VR仿真实训软件库、交互式视频软件库及虚拟仿真教学管理云平台构成的，具有“一体两翼”架构的虚拟仿真实训教学体系。该体系在疫情期间应用，解决了高职护理专业实训教学面临的关键性问题，并收到了良好的教学效果。

尽管在疫情期间，护理虚拟仿真实训教学体系的应用取得了一定的成果，但仍存在一定的局限性。例如：虚拟仿真实训项目制作模式化，操作步骤都是预先设计好的，与实际情况存在差异；实训教学设计难度大，需要教师花费大量时间和精力设计实训步骤；实训项目缺乏对学生团队协作精神等的培养。因此，不能过度依赖虚拟仿真实训系统，要本着“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则来开展实训教学，将其作为对传统实训教学的辅助和补充。2020年新冠肺炎疫情发生以来，暴露出医护专业人才培养方面的短板，即缺乏传染病防控等方面的系统培训，急需建立传染病防控培训与演练制度，而当前高校普遍缺乏公共卫生事件现场模拟训练的条件，下一步可以利用虚拟仿真技术来创建疫情发生的场景，进行大规模协同防疫演练，弥补传统教学的不足，以提高学生突发重大疫情的防控能力和水平。可以预测，随着虚拟仿真技术的不断更新与发展，如将虚拟仿真技术与实物结合，将增强现实技术运用于教学，或者采用全息投影技术将整个虚拟场景投放到现实的空间内，可以让更多的人参与学习，这种现代化的教学手段今后一定会在教育领域发挥重要的作用。