虚拟仿真在预防医学专业实验教学中的应用

黄大敏，梁建成，杨再上，黄文静，郭 蕊 (右江民族医学院公共卫生与管理学院卫生学教研室， 百色 533000；通讯作者)

职业卫生与环境卫生学实验教学具有可选内容多、范围广等特点，这对于预防医学专业学生实践技能培养具有十分重要的作用[1,2]。但目前职业卫生与环境卫生学实验教学主要以验证性实验为主。我们在开展实验教学过程中发现，学生实验操作兴趣不高、操作不规范等现象较为突出。同时由于实践场地奇缺，无法有效开展现场实践教学，致使学生理论联系实际的能力弱化。因此，如何改进和提高职业卫生与环境卫生的实验教学效果，培养学生理论联系实际的能力，同时又具备现场实践的技能，将成为职业医学和环境卫生学实验教学改革的方向。为此，我们改变以往的职业卫生与环境卫生学实验教学模式，在实验教学过程中形成以虚拟仿真为基础、任务驱动相结合的线上线下实验教学新模式，旨在为职业卫生与环境卫生学实验教学提供新的思路。

1 虚拟仿真实验教学平台的构建

1.1 设计思路

我们以百色市电解铝行业生产场景为参照，通过走访现场，获得生产企业车间分布及全貌、生产工艺流程及工人作业特点等影像资料，为虚拟软件开发和制作提供素材。平台中的职业病危害因素识别、检测与评价流程按照GBZ 159—2004《工作场所空气中有害物质监测的采样规范》、GBZ/T 192.1—2007《工作场所空气中粉尘测定第1部分:总粉尘浓度》、GBZ/T 189—2007《工作场所物理因素测量》、GBZ/T 160—2004《工作场所空气有毒物质测定》、GBZ 2—2007《工作场所有害因素职业接触限值》等职业卫生标准进行设计。学生扮演职业卫生工作人员，采取第一人称视角对企业生产场所存在的主要职业病危害因素进行识别、检测和评价。

1.2 虚拟仿真实验平台的构建

本虚拟仿真实验平台是由我院卫生学教研室资深教师设计脚本，依托上海梦之路有限公司进行软件开发，采用3D技术构建高仿真度的实验场景、人物和动作。该平台分为2个模块，分别为职业病危害因素识别、采样检测模块和职业病危害因素实验室检测分析模块。

1.3 职业病危害因素识别、采样检测模块

此模块包括电解铝生产车间场景、电解铝生产工艺流程、机器设备、工人作业类型、预设问题选项、主要职业病危害因素识别、检测计划、检测工具选项、职业病危害因素虚拟采样操作、操作提示、检测结果评价等。在此模块中，学生需对虚拟生产场景中存在的主要职业病危害因素进行识别及采样检测。

1.4 职业病危害因素实验室检测分析模块

此模块包括实验室场景、预设问题选项、检测分析仪器和器材、检测过程操作、操作提示、检测结果评价等。学生在此模块中对不能通过现场检测仪器直读的职业病危害因素进行虚拟实验检测操作。

2 虚拟仿真实验平台在预防医学专业实验教学中的应用

2.1 研究对象

本研究以右江民族医学院2018级预防医学专业104名学生作为教学改革的研究对象。

2.2 教学实践

在使用本虚拟仿真实验平台之前，学生应掌握职业卫生与职业医学、环境卫生学等相关理论知识。课前环节，教师通过学生班级群发布与虚拟仿真实验相关的规范性文件、职业卫生标准和检测仪器操作视频等资料，帮助学生进行课前预习。课堂环节，学生通过电脑PC端登录本虚拟虚拟仿真实验平台，对工作场所中存在的主要职业病危害因素进行识别、采样和检测分析等操作。系统后台自动记录每个学生每次学习时长及得分情况，并生成实验报告反馈。学生在线上完成虚拟仿真操作后，教师在线下对学生进行职业病危害因素识别、检测和评价等方面的强化训练，并进行操作技能考核。课后环节，通过课后作业的方式，学生需对电解铝行业工作场所主要职业病危害因素进行现状评价。评价报告内容包括评价目的、评价对象、职业卫生现场调查、职业有害因素的识别、职业有害因素的检测方法和结果、检测结果的评价分析、针对性预防措施建议等。

2.3 教学效果评价

教学效果评价包括实验课程考核和问卷调查两个部分。实验课程考核满分为100分，教师依据学生线上虚拟仿真实验操作得分(30%)、线下操作技能考核得分(35%)、评价报告撰写得分(35%)进行综合评分。同时，授课教师以问卷星的形式对学生进行问卷调查，分别调查学生对本教学方式的认可程度、学习效果和教学满意度。

3 结果

3.1 实验课程考核成绩

2018级预防医学专业104名学生全部完成本次实验课程考核，课程考核总成绩90分及以上的学生占23.1%，80-89分的学生占44.2%，70-79分的学生占19.2%，60-69分的学生占13.5%。67.3%的学生实验课程考核等级为优良。

3.2 问卷调查结果

教师通过问卷星发放104份问卷，回收有效问卷100份，问卷有效收回率96.2%。在对本实验教学方式的认可程度方面，有89.09%的学生持认可或中立态度，58%持认可态度，见表1。在对实验教学方式的学习效果评价方面，有99.2%的学生部分至完全掌握，43.6%大部分及完全掌握，见表2。在对本实验教学方式满意度评价方面，有94%的学生持赞成或中立态度，65.8%持赞成态度，见表3。

表1 学生对本实验教学方式的认可程度 (人)

表2 学生对本实验教学方式的学习效果评价 (人)

表3 学生对本实验教学方式的满意度评价 (人)

4 总结与展望

职业卫生与职业医学、环境卫生学这两门课程在预防医学专业课程中是实践性和应用性很强的学科。这两门课程的理论教学和实验教学是相辅相成、不可分割的，二者在本学科的教学中具有同等重要的作用[3，4]。传统的职业卫生和环境卫生学实验教学重理论轻实践、重分数轻能力。实验教学评价主要以学生实验作业分数为主，这不利于预防医学专业学生岗位胜任力的培养。与此同时，传统的实验教学模式以教师为主体，学生按照既定的实验步骤完成实验。这个过程中学生基本处于被动学习的状态，自主学习和探究的意识受到削弱。在这种教学模式下，学生只是掌握了实验仪器的简单操作和样品采集处理方法，缺乏独立思考的过程，发现、分析和解决问题能力受到限制，这导致学生学习积极性和参与度下降。由于实践教学和系统性思维的培养方面相对欠缺，导致传统实验教学模式很难保证实验教学效果，不利于学生专业实践技能和公共卫生系统性思维能力的培养[5]。

目前，虚拟仿真技术日益成熟，虚拟仿真实验教学已成为医学实验教学的重要补充[6]。本虚拟仿真实验平台将教学内容以三维立体仿真动画视频的形式加以呈现，融合了不同类型的资源，实现了虚拟场景、仿真操作对象、教学过程的有机统一，注重体现实验教学的完整性、综合性和高阶性[7]。本研究在职业卫生与环境卫生学实验教学过程中，通过改进传统实验教学方式，采用虚拟仿真为基础、任务驱动相结合的线上线下教学模式，形成新的且被学生认可的实验教学模式。在实验教学效果评价上，本研究改进了以往实验教学的评价模式，以线上虚拟操作、线下考核和实验作业三者得分进行综合评分，可以有效杜绝学生学习积极性不高、实验课参与度差、实践技能偏弱和实验作业抄袭的问题[8，9]。这对于提升职业卫生与环境卫生学实验教学质量、培养学生实践技能具有积极的作用。

本研究结果表明，职业卫生与环境卫生学实验教学设计中增加虚拟仿真教学平台的辅助后，多数学生的实验考核等级为优良，说明虚拟仿真技术能有效提升学生学业水平。同时通过问卷调查发现，多数学生对本实验教学模式的教学效果持正向和积极的评价。综上，虚拟仿真技术融合实验教学改革能弥补职业卫生和环境卫生学教学资源不足，有效提高学生实践操作能力，符合新医科建设背景下公共卫生人才的培养方向，有必要在今后的实验教学中继续实施及推广。