模拟环境下间隔学习对临床技能习得与保持的影响研究进展

陈玉涛，袁 宇，方碧妹

南方医科大学：1.第二临床医学院；2.珠江医院临床技能中心， 广州 510282

优化医学教育，培养高素质的医学人才一直是教育研究的重要课题。2001年，国际医学教育委员会(Institute for International Medical Education,IIME)正式出台了《全球医学生最低基本要求》。其中，临床技能作为基本素质之一，是临床医师培养计划的重要一环。临床技能的培训能使临床医学生通过临床实践逐步得到锻炼和提高，从而更好地掌握临床医学这门实践性很强的科学[1]。因此，如何高效获取临床技能并保持较长时间，是医学教育发展面临的重要问题。

间隔学习是一种包括有时间间隔的学习过程和知识回顾的学习模式[2]，强调时间间隔与重复相结合。间隔效应作为间隔学习的理论基础，是学习和记忆研究历史上最古老、文献记载最完备的现象之一[3]。相对于间隔学习，集中学习作为一种较传统的学习模式，是指集中在一段时间内完成全部学习内容。有大量实验证明，间隔学习相较于集中学习，是一种更为高效的学习方式。具体到医学教育方面，间隔学习能促进医学知识增长和临床操作水平提升[4]，并被广泛应用于医学生临床教育实践中。

为了解间隔学习提升学习效率可能的机制，并探究间隔学习对临床技能习得与保持的影响，寻找现代教育技术和理论在医学教育实践中可能的应用模式，进而优化医学教育，更好地指导医学生临床技能教学培训，我们对近几年的有关研究做了系统性总结。

1 间隔学习对临床技能习得与保持可能的机制

随着间隔学习概念的提出，有研究者针对间隔学习提升学习效率的机制进行了研究，其中不乏提出间隔学习对临床技能习得与保持的可能的机制。

加工缺陷假说是对间隔效应最直观的解释之一，并被广泛接受[5]。该假说认为，与间隔呈现学习内容相比，集中呈现引起学习者大脑的加工量最少，因此记忆力更差；而无论学习者是否将注意力控制在他们正在学习的内容上，间隔学习都将增加其大脑加工量，从而对技能习得产生积极影响[5]。

间隔学习通过增加提取作用和增强先前神经表征的模式恢复来改善长时记忆[6]。Feng K等[6]在进行了基于时空模式相似度(spatiotemporal pattern similarity，STPS)的脑电数据分析后发现，在刺激开始后543～727 ms，右额前叶中出现的特异性STPS越多，学习者记忆表现越好；且相比于集中学习，这种STPS在间隔学习中表现得更明显。

间隔学习通过减少神经重复抑制来增强后续识别记忆[5,7]。Xue G等[7]让两组受试者分别用集中学习和间隔学习的方式有意地记忆120张不寻常面孔并进行识别记忆测试。结果显示，间隔学习组比集中学习组记忆的项目多。而成功的面孔记忆与双侧梭状回更强的激活有关，显示出重复抑制效应。

间隔学习还可能降低顺势提取强度，从而增强记忆和提取能力[5]。Zhao X等利用功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)和脑电波(electroencephalogram,EEG)数据研究发现，间隔学习对增强提取能力有微小影响；同时，他们还发现间隔学习有效地增强了编码过程，从而导致了更强的存储强度。

元认知是由美国心理学家Flavell J H 提出的概念，即对认知的认知。其具体表现为对认知活动的再感知、再记忆、再思维，主要包括元认知知识、元认知体验、元认知监控三部分。

利用元认知理论还可以解释间隔学习中出现的认知偏见。为解决这个问题，Vlach等[8]重新定义了元认知与间隔学习的关系。该研究发现，成人心理上认为集中学习优于间隔学习是因为存在集中学习偏见；而儿童一开始就没有集中学习偏见，所以针对儿童进行间隔学习的研究所产生的偏倚较成人少。

2 模拟环境下的间隔学习的临床教育应用现状

临床医学作为一门实践性很强的科学，其技能的习得与保持需要大量实践操作；但传统技能培训主要以课堂上集中播放临床操作视频及教师讲解为主，学习者缺乏动手机会，导致学习者很难形成对技能的形象记忆，进而造成遗忘：因此，医学模拟教育应运而生，它具有科学、灵活、多样、安全、可控、合理等优势[9]。而且，目前已有几项系统评价评估了在医学大背景下医学模拟教育(simulation-based medical education，SB- ME)的有效性，结果均表明SBME比传统医学教育模式更能提高学习者的效率[10]。

与模拟环境下的间隔学习模式相比，传统“手把手式”教学模式对操作时间、治疗效果、患者的安全和舒适度等都存在不利影响。更重要的是，临床技能多为复杂的运动，模拟教育与集中教育结合的模式难以满足当今及未来医学教育需求。因此，我们可以尝试采用模拟环境下的间隔学习模式。已有研究表明，高难度且复杂的运动技能可能会导致大量认知负荷，而这些认知负荷会影响学习者对于该技能的习得与保持；间隔学习作为一种高效的训练模式，与集中学习相比，更能让学习者在模拟学习中持续降低认知负荷[11-12]，从而获取熟练的操作能力：由此可见，模拟环境下的间隔学习在临床技能习得与保持上具有良好的发展趋势。实际上，虽然该学习模式优势众多，但是在医学领域，将间隔教育和模拟教育结合起来的教育模式直到近十年才被逐渐应用。

随着医学与科技的不断进步和发展，模拟学习在临床技能习得方面的应用从低到高主要分为以下五种：①基础解剖模型；②局部功能性训练模型；③计算机辅助箱式模型；④虚拟培训系统；⑤生理驱动型模拟系统或全方位模拟系统[13]。然而，目前模拟环境下间隔学习研究的模拟技术主要是箱式模拟学习和虚拟现实模拟学习。虽然有研究人员认为前者在评估客观测量方面不如后者，但是在这两种模拟系统上获得的技能都可成功有效地转移至真实患者[14-16]。

2.2.1间隔学习在箱式模拟器中的应用

随着现代科技对医学领域的不断渗透，微创手术正变得越来越常规；而内镜作为一种新型微创治疗工具，如何提高医务人员内镜操作技能是目前医学临床教育面临的重要课题：因此，近年来，国外研究人员在间隔学习应用于箱式模拟器的研究主要集中于内镜方面。根据目前研究结果，间隔学习在箱式模拟器中的应用有助于学习者对内镜技能的习得，尤其在腹腔镜方面的研究更甚：在探究学习效果持久性方面，Ed- ward S等[17]研究表明，无论是学习后的短期还是长期结果，间隔学习在箱式模拟器中的应用效果均优于集中训练；而针对最佳学习间隔方面，Dimitrios S等[18]的研究结果没有发现学习间隔与技能操作表现提升的精准关系，但发现了较短间隔的积极影响更大。

此外，研究者还用学习者自信心和满意度的提升来评价间隔学习在箱式模拟器中的应用对于临床技能习得与保持的影响。例如：Boettcher J等[19-20]设计了动机问卷，通过测量四个动机因素(焦虑、成功的概率、兴趣和挑战)以评估该模式下学习者的自信心和满意度；且研究表明，学习者在操作能力提高的同时也增加了自信心和满意度。类似的研究也显示，该学习模式对于其他复杂的内镜术(如宫腔镜[21])的操作技能习得也有显著的提升作用。

2.2.2间隔学习在虚拟现实模拟中的应用

虚拟现实(virtual reality，VR)技术通过计算机技术生成一个逼真生动的感觉世界，允许体验者通过手势、眼球和头部的转动及其他动作对虚拟实体进行交互考察，以此体验真实过程。该技术具有构想性、交互性以及沉浸性等特征[22]。近年来，随着计算机技术的快速发展，VR技术已广泛应用于医学相关领域，尤其是在医学教育方面取得了很好的效果，具有广阔的应用前景。

Andersen S A W等[23-24]的研究通过元认知机制表明，在虚拟现实模拟学习乳突切除术中，间隔学习能够减少认知负荷，在此条件下获得的乳突切除技能比集中学习条件下获得的技能保留得更好。而Ander- sen S A W等[25]又从学习曲线方面进行分析，表明间隔学习与虚拟现实模拟学习的结合有助于加快初始学习曲线；且停止学习后，接受间隔学习的学习者成绩下降的幅度比集中学习者小，印证了间隔学习的神经学机制。在内镜方面，间隔学习应用于虚拟现实模拟系统的建立成本较高，但也有所应用，例如：Galla- gher A G等[26]认为间隔学习应用于VR模拟有助于腹腔镜技能的获得与保持。

2.2.3比较

值得肯定的是，将间隔学习应用于箱式模拟学习和虚拟现实模拟学习后都可以有效地将从中习得的技能转移至临床[14-16]。但是在此次研究中，检索得到VR模拟器应用在间隔学习方面的文献较少，该领域还有待进一步研究。虽然目前还没有关于在间隔学习条件下箱式模拟学习和VR模拟学习对临床技能习得与保持进行比较的相关研究，但是我们检索发现，VR模拟学习在普通学习条件下效果更优。例如：在妇产科临床技能培训中，学习者一般所接受的是腹腔镜模拟技能训练，即将硅胶板、线圈等材料放入箱内，在进行缝合、钳夹、打结等操作时，只需要采用真实手术器械与镜头就能实施相关的操作[27]。较为复杂的腹腔镜手术训练，一般采用动物实践操作；但由于动物与人体的解剖结构之间存在一定差异，模拟学习转化到临床还存在一些不足，如参照实例的缺乏、训练熟练程度评价的缺乏等。而VR模拟训练集视、听、触等多感官于一体，学习者可通过操作交互、传感与显示设备，体验身临其境的感受，能够高效掌握技能[28]。在宫腔镜学习中，VR模拟学习优于箱式模拟学习，这是因为前者能使学习者感受到子宫壁与尿道的阻力感以及肌瘤的碰撞感，而且还能够实现多种宫腔内的增生、肌瘤等病理情况[29]；除此之外，现今VR技术已经在血管外科[30]、神经外科[31]、骨科[32]等学科手术中得到开展和应用。由此可见，模拟环境下的间隔学习教育模式尤其是间隔学习应用于VR模拟教育的模式具有良好的应用前景。

与发达国家相比，我国的间隔学习在医学模拟教育的应用研究尚处于起步阶段。我国虽然分别在间隔学习和模拟教育方面有所涉足，但对于二者的结合(即间隔模拟学习领域)缺乏研究。在此次研究中，只检索到少量的国内有关于间隔学习应用于模拟教育对临床技能习得影响的研究文献。Li W等[33]在关节镜术研究方面和黄翠青等[34]在急救操作技能中的研究都认为模拟环境下间隔学习较传统学习方式效果更好。可见，我国未来在此方向的研究有很大空间。

3 结束语

随着近年来对间隔效应研究的迅速发展和医学模式的转变，模拟环境下间隔学习对临床技能习得与保持的积极作用已逐渐显现。该学习模式对教育者和学习者来说无疑是一种与学习者发展规律相符合的高效学习策略，但在临床技能教学实践中的应用中需要注意以下几点：

尽管模拟学习模式日益成熟，在医学教育、技术培训等领域取得了显著的发展和进步；但是，我们必须承认该学习模式仅仅是对真实教学的补充，它不能取代真实的患者，也无法培养学习者在真实操作中的协作、沟通和交流能力；而且，目前模拟器学习还存在价格昂贵、技术手段尚不成熟等问题：因此，须加大临床投入，提升研发技术，不断探索，才能让每位学习者都有机会参与临床实践。

模拟环境下间隔学习的研究是一个不断深入的过程，早期关于该学习模式的研究主要集中于间隔学习或模拟学习单方面。近年来，研究者开始将间隔学习和模拟学习结合起来，将其研究逐渐拓展到医学教育领域，为该领域相关研究提供了更多证据。然而，模拟环境下间隔学习本身就是一个复杂的研究领域，在临床技能教学中考察该学习模式须深入研究其特点。间隔可分为零间隔和间隔、等距间隔和非等距间隔、长中短间隔[35]。间隔学习效果更好几乎无争议，但是最佳间隔的探究却缺少明确证据。探索间隔学习对技能保持影响中，须通过机制研究无关变量对实验的干扰。此外，目前间隔学习应用于VR模拟方面的应用较少，该领域还有待研究，还须继续探究比较间隔学习应用于箱式模拟和VR模拟对临床技能习得与保持的更优选择。基于上面提出的多个问题，还需我们不断深入研究，从而探索出最佳的学习模式。

此次研究发现，我国在模拟环境下间隔学习方面的探究较为空白，发展潜力与空间较大。基于我国近年来科技与医学快速发展的背景，对该学习模式对临床技能习得与保持的影响的探究应该由浅入深。间隔学习与较为简单的箱式模拟学习可以先结合在一起应用于教学实践，等待技术发展成熟后再过渡到虚拟现实模拟学习，甚至使间隔学习与生理驱动型模拟系统或全方位模拟系统结合，从而更真实地模拟临床操作，真正解决我国医学教育需求，促进我国医学领域蓬勃发展。

综上所述，模拟环境下的间隔学习模式是多学科多领域交叉、渗透融合的时代医学产物，其可以有效整合各种医学教育资源，帮助学习者获取医学知识、提高临床技能、培养临床思维，促进医学教育的改革。这种新型学习模式有助于学习者实现高效率学习，符合我国绿色教育发展观的核心。虽然目前仍存在缺乏深入研究等问题，但随着计算机网络技术的不断发展，模拟环境下的间隔学习模式必将在我国乃至全世界医学教育领域得到更加广泛、更加深入的应用。