虚拟仿真技术在护理教育中的应用研究

2022-12-31孙晋洁范本霞丁晶晶严红燕

中国继续医学教育 2022年20期

孙晋洁范本霞丁晶晶严红燕

虚拟仿真技术是一种以计算机为核心的现代信息化技术，通过创造按用户所需设定的实时变化和相互作用的虚拟世界，给予使用者视觉、听觉、触觉相结合的环境，用户可以使用必要设备对虚拟对象进行操作，给人一种身临其境的感觉[1]，它的感知性、交互性、构想性等特点给用户带来了真实的感受和体验，给予用户全方位的沉浸式的学习体验，在医学领域具有特殊的优势，在解剖学、药理学、内外科、急危重症学、儿科学以及护理学等应用面不断拓展[2]。1993 年的统计结果显示，世界市场上出现的805 个虚拟仿真技术系统中就有49 个应用于医学体系。发达国家护理教育中虚拟仿真技术较普及，我国相关技术起步相对较晚，伴随其技术突破以及效果凸显，已经逐渐引起了我国护理研究者的关注和重视。在此，文章对虚拟仿真技术在护理教育中的应用进行综述，以期帮助护理教育者更好地认识、使用虚拟仿真技术，从而达到更好的教育教学效果。

1 虚拟仿真技术在在国内外教育系统的应用

1.1 国外应用

虚拟仿真技术最早起源于美国，20 世纪80 年代，美国国家医学图书馆开始人体解剖图像数字化研究，即“可视人体计划”，其利用虚拟仿真技术做出了虚拟人体，并将其用于了解剖学、放射学等学科的虚拟教学，为之后关于各种类型人体的研究提供了逼真的模型。随后的20 世纪90 年代，由美国Immersion Medical 医学公司研制出CathSim 静脉穿刺系统，该系统由计算机和触觉反馈装置联合组成仿真手臂，使用者可以设置临床情境去练习不同的操作，如外周静脉穿刺、经外周中心导管置入等，通过显示屏可以展示区别不同的血管所需的进针角度及深度的变化，还可模拟病人接受穿刺时发出疼痛的声音，让学生体会到如同临床操作的“真实感”。操作中同步录制视频，结束后可以让师生一起去看操作回放，教师能够及时指出操作中的问题，帮助学生发现不足，从而去不断地改进和练习。该系统低成本、高仿真、无风险，给学生带来了很大的益处，相较于传统的橡胶手臂，培训效果大大增加，因此，该系统在全球很多教育机构和学校都得到了应用，与传统方式比较，其在培训效果和教学质量上有更加显著的提高。传统橡胶手臂的优势在于它可以多次的训练能够缩短时间，而针对参加该系统培训人员的调查提示，操作带来的真实感对于练习会是最好的反馈[3]。

虚拟仿真技术有不同类型，有的需要借助一些工具，从而能创建一个逼真的情境，与传统护理教学法相比有显著的创新性，对教学法产生深远影响。有些则是不需要工具，因其实用和实惠的特性被广泛应用到了护理教育中[4]。

2008年Tsai等报道了Port-A Cath注射虚拟模拟系统，用于输液港皮下植入与维护技能，系统含Port-A Cath 模拟和考试系统两个模块。他们对没有临床经验的护理初学者进行了研究，使用该系统可以有效降低初学者在操作时的担忧恐惧，适用于初次学习或初入临床的护士的培训教育。瑞典的Melerit Medical AB 公司设计了Melerit Urecath Vision TM 导尿技能培训系统，包括准备和操作训练两个模块，该系统可提供真实触感，兼具便携式优势，用于导尿管的插入技术训练，也可对培训对象的操作能力进行客观检测和评价，该系统整体的性能评价于2010 年完成，其成果也可于护理人员训练有导尿管置入使用需求的患者掌握相关技能。

2018 年Padiha 等将虚拟仿真技术应用于临床基础护理教学，试验组在教学有效性、技术易操作性、使用意愿方面均获得良好的反馈[5]。虚拟仿真技术自问世开始，从简单的声、形、动态的模拟，发展到想象、交互、沉浸模式，其在护理教育方面应用也在逐渐增加。

1.2 国内应用

在国内，随着信息技术在社会各领域中的广泛应用，以计算机仿真技术、多媒体技术和虚拟现实技术为特征的虚拟仿真实验室开始逐步渗透到教学领域[6]，形成信息技术和教学资源相结合教学形态。华西医科大学于1993 年首次在培训中使用标准化病人，能在教学中展示不同病人的临床表现及症状，让学生可以对病人进行评估、问诊、体格检查等护理操作，并可以根据学生的操作做出相应的反馈，该方法有利于增强学生思维能力、语言沟通能力，能在接触真正的病人之前熟悉临床环境，掌握护理操作技能。2004 年，山东大学开始建设临床仿真训练中心，开发了高水平医学虚拟仿真实验教学系统。该中心由形态数字化教学平台、基础医学虚拟实验平台、临床仿真训练平台、医学虚拟仪器平台综合构建，涵盖了医学基础的所有实验课。这些平台实现了资源共享，改进了教学模式，在技术的创新基础上，给学生提供先进灵活的操作环境，可锻炼学生独立思考能力，激发学生的学习兴趣。在教学模式不断变化的过程中，该中心带来了创新的力量，促进着虚拟仿真技术的不断发展和创新。

2005 年，桂林医学院药理学教研室开发了“计算机虚拟急性毒性实验软件”，该软件能够模拟急性中毒等情境，帮助学生认识临床不同的症状，在节省了实验动物与人力资源的同时，也提高了学生对于新知识的兴趣，改善教学质量。

2007 年大连大学职业技术学院开展“护理技术模拟教学系统”项目，该研发项目有13 个模块，每个模块有教学演示、模拟操作、考核测评三大部分，成果令人瞩目。该研究项目为教育模式带来了新的变革契机，实现了多方资源的共享，它的研发为虚拟仿真技术在护理教育方面的发展和广泛应用提供了参考。

2009 年贵州遵义医学院护理系进行了护理学基础虚拟实验教学的尝试，同年重庆市卫生学院也开展建设了仿真急救护理实训室，两者都收获丰厚成果。随着虚拟仿真技术在教育中发挥的作用越来越大，大众的态度也由怀疑转变为接受，并对该技术开展了更深的推广和应用。

2012 年，李玉玲等借助Photoshop 图像处理软件、Flash 技术和Action Script 开发了虚拟护理记录教学课件，具有数据共享以及修改处理等功能，可用于量血压、体温等护理教学。

2013 年，中华人民共和国教育部根据《教育信息化十年发展规划（2011——2020 年）》决定开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作，并于2015 年批准清华大学等100 个虚拟仿真实验教学中心为国家级虚拟仿真实验教学中心。虚拟仿真技术在护理教育方面作用不同，但都能让学生在逼真的临床情景下直观地学习理论知识、掌握操作技能和培养临床思维。文献查阅结果提示，自2014 年—2017 年我国护理领域中有关虚拟仿真技术研究的文献量持续激增，这跟国家政策支持与护理领域虚拟仿真技术研究的快速发展有关[7]。

2 虚拟仿真技术的作用

2.1 完善理论知识教育

传统教学往往侧重于“教授”理论知识，技能训练方式也是通过教师的指导进行的练习，这种方式会有临床模拟失真的情况[8]。虚拟仿真技术有助于建立较为逼真的临床环境，学生能够将虚拟环境与现实环境相比较，在此基础上进行相应探索，可拓宽知识面，真实领会医学领域概念，锻炼解决问题、环境迁移的能力[9]，这将在护理教育方面产生极大的价值。

2.2 共享教育资源，促进教学平等

在现实的教育中，实验教学因为场地、经费、设备等问题，以及医学实验对象的特殊性，往往使一些开设的实验项目无法进行，从而导致教学资源的减少，无法满足实验教学的需要[10]，也使每个学生所获得的教育资源不对等。通过使用虚拟仿真技术，能将环境设备组合，反复使用而无人为的损坏，弥补了现存教学环境所存在的不足，可作为传统教学模式的有效补充，为学生提供多层次、多样化的教育服务，实现教育资源共享，达到优势互补，促进教育的平等性[11]，这也为今后的护理教育提供了更大的发展空间。

2.3 提高教学能力和水平

在这个信息技术快速发展的时代，教师不仅要面对教学模式的改变、对新的教学方式方法也须有足够清醒的认识，还须思考对策与方法，并将其实施。虚拟仿真技术的应用，实现了完整详细、动态的操作过程的展示，一定程度上也开阔了教师的视野，加深了教师对操作过程关键节点、变化的认知度[12]。教师使用该技术，能够形象生动地给学生演示专业内容，可同时激发教师与学生参与、互动意识，改善教学效果，适应教学改革需求[13]。

2.4 有效避免教学中的伦理问题

在护理教学中，面对的对象是人，而大多数护理实践技能训练都是侵入性操作，其中涉及了患者的安全、伦理等问题[14]。根据我国的相关法律与法规，在校护生不能在患者身上进行技能训练，因此护生的实践技能会局限，而无法得到提高。虚拟仿真技术可以模拟真实的人体解剖结构，实现对操作对象以及突发急症等场景模拟，让护生产生真实体验，而对实验对象无损伤，在伦理学方面具有相当优势[15]。

3 虚拟仿真技术应用中的挑战

虚拟仿真技术应用不断宽泛，但也不可忽略虚拟仿真技术所遇到的挑战。在教学方面，教师的职责已经不仅仅是教学，还需在过程中负责虚拟环境管理、教程安排等工作，提高了对教师计算机水平的要求，对教师能力提出新的要求，而一些未接受过相关训练及技术支持的教师将难以胜任虚拟教学任务。

同时，虚拟患者无法成为真实患者，因此学生往往会忽略与患者之间的沟通，从而使学生的沟通能力无法获得培养。虚拟仿真系统重在技术能力的培训，无法让学生真正体会到患者不适和痛苦，如何在技术落实的同时，提升人文关怀素养的培养，值得研究者探索[16]。

虚拟仿真技术中，并非全部的系统都是低成本低维护，其中新设备的购买、新程序编辑、后期的设备维护、人员培训等方面[17]，可能需要大量人力物力投入，这些都对虚拟仿真技术发展形成限制。同时，所有人也应该认识到，虚拟仿真教学涉及知识产权的保护[18]，不同的教学机构及医院所拥有的虚拟仿真技术都较为封闭，可能存在重复建设，难以共享等问题，需要从管理层面上合理整合、应用，给予开发者适当的报酬，在降低应用成本的基础上，扩大应用面，提升效率。