虚拟仿真技术在医学教育中的应用

[摘 要]伴随着医学教学方式的转型与革新，目前的医学教学方式正逐步转向近代的生物学、心理学、社会性医学教学方式，并与世界范围内的医学教学方式相适应，对提高医学教学质量有更高的要求。医学是对实践能力要求很强的学科，在实践教学过程中，采用虚拟仿真进行实践，对于提高医学上的实践能力起到了积极的作用。在使用虚拟仿真教学过程中，可以让学生对医学知识的认识进一步深化，还可以锻炼学生思维的科学性、独立性和逻辑性，同样也是一种可以对医学学生的临床思维进行有效培养的方式。重点开展医学技能培训，加强实际操作能力，建立“问题导向”的医学技术培训模型；随着虚拟仿真技术的发展，虚拟仿真技术在医学实践教学中的应用越来越广泛。通过将其运用于各专业，提高了医学教育的有效性、科学性和实践性。

[关键词]医学教育；虚拟仿真技术；文献法

虚拟仿真（virtualreality）教学属于一种启发与探索的教学模式，利用计算机信息化技术来协助教学，提供视觉、听觉、触觉等的模拟，让学生有一种深入其中的感觉，将教学内容有机融合，以此来提高学生的学习兴趣，提高教学质量。与此同时，由于目前的医疗资源比较匮乏，因此，能够让学生一起参加到临床实践中的时间也相应减少，学生不能完全地掌握实际操作技能，这对学生今后的发展是不利的，因此，积极地对虚拟仿真教学系统进行研究，并将其运用到实际中去，已经是今后医学教育的一个发展方向。

一、虚拟仿真技术的发展现状

（一）技术背景

“虚拟仿真之父”苏泽兰在1965年第一次对虚拟仿真技术进行探讨，并在此基础上，对其进行了深入的分析。在1987年，福利系统地讨论了虚拟仿真的意义、应用和发展前景，并初步建立了虚拟仿真的基础理论。21世纪以来，伴随着各种信息化技术的日益完善，尤其是计算机软件和硬件的飞速发展，各种面向应用场合的虚拟仿真装备应运而生[1]。2014年，教育部提出“国家级虚拟仿真实验教学中心是高等教育信息化的重要组成部分”，这标志着虚拟仿真技术开始在教育领域展开了广泛的应用。此后，我国各个医学类大专院校纷纷以虚拟仿真技术为基础，对其在实践教学中的应用进行了探讨和运用，同时为促进虚拟仿真实训的发展，教育部发布了《关于开展2015年国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》遴选出100个国家级虚拟仿真实验教学中心。《关于办好开放大学的意见》在2016年发布，提出要研究发展各类适用于高校师生在线教学的教学工具、教学软件，提高师生在线教学的互动效果。从那时起，各层次的开放高校（前身为电大）都在对开放教育中的虚拟仿真技术进行了探讨。《国家开放大学综合改革方案》提出，到2020年，要“依托5G，人工智能，虚拟现实，云计算等新技术，推动信息化和教育的深度融合，提升教育的现代化。”目前，中国“虚拟仿真技术”已经进入了发展的快车道。

（二）教学背景

医学是一种以实践为主的专业，因此，在专业中，课程实践、专业实验以及临床实践都是建立一个完整的知识体系的关键部分，它的学习结果会对将来的工作质量产生很大的影响。但是，由于实际教学中缺乏实践教学资源以及临床训練的特殊性，使得学生在现场进行实践训练存在困难，这极大地降低了他们的学习效果。在实际操作的过程中，出现了一些困难和问题，比如，医学课程的特殊性很强，需要的仪器设备很多，所以，实践操作一定要在实验室中进行。个人实践的危险性高，对实践的条件要求高，需要在教师的引导下才能进行实践，这使得实践教学难以实施；在生理学、药理学和病理生理学的实际操作中，对实验动物的需求量较大，这不仅提高了学生的学习费用，而且与动物伦理相违背；与此同时，由于实践的非重复性和成活率较低的问题，也会极大地影响到学生进行实践的积极性，这些都是医学专业实践中普遍存在的问题，在开放教育中更为明显[2]。

二、在医学教学中使用虚拟仿真技术的重要性

（一）从理论上化解成人的工学矛盾

与传统的全日制教育相比，在开放教育中，存在着比较突出的工学冲突问题，特别是在医学专业中，大部分学生都在从事着临床工作，很少有时间到校园中进行实际的实习和研究。依托虚拟仿真技术，构建一个集医学教学、实习和培训功能于一身的综合实践实训平台，不仅可以确保24小时的全天候工作，还可以实现远程学习，突破了以往实践教学中的时空限制，实现了学生“随时、随地”的学习，激发了学生在实践教学中的学习热情。

（二）对实践教学中“三高三难”的处理

虚拟仿真平台以平台软件仿真为核心，学生通过电脑或手机进入平台，让学生进行实践，而且可以重复实验，并且不会造成动物、器材和试剂等实验物品的消耗，因此，不论进行了多少次实验，都不需要额外增加投入，可以极大地降低实验经费。利用能够与真实的情境相匹配的虚拟仿真实训环境，提升了实践教学的感知性、沉浸性、交互性、智能性，还可以有效地解决资源稀缺、临床真实场景难还原等问题，解决了在实践教学中存在的高投入、高损耗、高风险以及难实施、难观摩、难再现的问题[3]。

（三）提高实践教学的有效性

虚拟仿真技术可以改变传统的实践教学形式简单、内容单一的缺陷，因为其是多个实训内容组合，接近真实情境，极大地激发了学生的学习兴趣。如以医院门诊、病房、药房、急救等为主要内容，使学生更直观地进入实际工作环境；此外，通过使用虚拟的网上教学方式，减少了时空上的局限，保证了在虚拟的环境中，可以对与实际操作有关的深层问题进行思考，提升了学生的学习积极性[4]。

（四）共建共享与社会服务需要

大部分虚拟仿真平台都是从医学职业、岗位和技能这三个方面来进行的，但是还要考虑到社会的最新需要，达到将学员的培训与产业技能培训相结合，将学历证书与职业技能等级证书相结合的目标。它不仅可以适应我国教育文凭的培养要求，也可以适应我国未来的终身学习的要求，而且可以达到我国教育的终身学习的目的。

三、医疗教学中使用虚拟仿真技术的优点

（一）虚拟仿真实验促进了理论联系实际

医学是一门具有较高实践价值的综合课程，在教学过程中，如何提高学生的实践思考能力，是目前我国医学教学中的一个难点。国外学者对精神病学模拟教学进行了系统的评估，具体包括了角色扮演、标准化患者、虚拟仿真实验、人体模型、语音模拟等多种介入方式。虚拟仿真实验是情景模拟教学的方法之一，对学生将临床思维内化为临床行为至关重要。

（二）虚拟仿真技术对提高学生的知识构建和思考能力的作用

虚拟仿真实验教学可以为他们提供一种沉浸式的模拟临床情境，因此，他们可以积极地参与到这个过程当中，对他们的知识建构和思维综合起到推动作用，提升他们的理论和技术的考试结果。根据建构论的观点，一个好的教学环境应由四个基本元素构成：“情境”“协作”“会话”“意义建构”。虚拟仿真实验利用了教育技术，可以模拟出医学专业技术实际应用的临床情境。在学习过程中，学生需要通过协作、对话讨论等方式，来深入认识和了解事物的本质规律，并与已有知识结构发生作用，得到新的认知，进一步完善自己的知识体系，最终达到意义建构的学习目的。

（三）正面的学习经验可以从情感和认识两个方面实现教育效应的最优化

该模式为医学专业的教学和实习带来了良好的教学效果，为医学专业的教学和实习提供了良好的教学条件。在教学中，学生对实验的热情和学习动机都是影响教学效果的重要因素。在虚拟仿真实验教学中，它的交互作用能够构成一种高效的激励方式，让学生在一种轻松愉快的教室气氛中，不断地去尝试和解答问题，这样才能提升他们的成就感和自豪感，激发他们的学习动力。通过对问题的发现和解决，培养了学生的自学能力，提高了对教师的满意程度[5]。

（四）对虚拟仿真教学方法的进一步探讨

在此基础上，提出了一种基于计算机技术的虚拟仿真实验的新方案。在此项调查中，所收录的资料以混合的方式较多，且不同的教学程序亦有不同。采用对虚拟现实系统的反复操作次数以及在到达学习曲线后所需要的时间进行评价，运用累计及控制图来评价受试者是否能够达成稳定性得分，得出在4天内，每日1小时的锻炼能够取得最好的锻炼结果，并且能够将疲劳降到最低。所以，如何进行最优的虚拟仿真实验，仍然是一个值得深入探讨的课题。尽管该技术在医疗教学中具有特殊的优越性，但是也存在着不足之处。

四、医疗教学中虚拟仿真技术的运用

（一）运用虚拟仿真技术进行临床实践

在真实的手术操作中，通过虚拟与真实的互动仿真，能够让医护人员对手术流程有更好的了解，同时，将虚拟仿真系统当作一种工具，能夠让医护人员通过在虚拟的场景中进行训练，对各种仪器进行熟练运用，提高医护人员的职业技能。在即将面对病人并进入临床实习的时候，可以使用虚拟仿真来模拟出在医院里的多种现实情境，如门诊、病房、药房、创伤急救等，在穿戴着特定设备的情况下，能够进入到一个非常真实的医学情境中，就像身临其境一样，在不同的情境中进行培训，能够提升临床诊断能力、心理承受能力、应对突发情况的能力以及与病人进行良好的交流等。从患者的角度出发，在医师的引导下，可以增强患者的诊疗效果。它也可以被当作一种辅助的手段，对病人进行医疗保健。

（二）在牙科教育中使用虚拟仿真技术

在牙科领域，CDS-100仿真软件能对牙科患者进行三维、实时、精确的评价，并能对牙科疾病进行诊断。DentSimTM，Simodont和IDEA虚拟仿真模型在口腔技能操作中起到了非常关键的作用，它可以对学生的手部灵活训练、龋病窝洞制备、修复全冠、桥基牙的备牙、根管充填、疼痛处理等方面起到很大的作用，它还可以对学生的操作进行监控，以确保他们的操作不会发生严重的失误，也可在学生需要的时候对其进行评价。此外，利用虚拟实境技术为颌面外科急诊训练提供了一个良好的学习情境，有助于提升初学者对颌面外科急诊的认识及自信心。

（三）在医疗成像与实验教学中使用虚拟仿真技术

在医学成像教学过程中，因为仪器的数量少和成本比较高，所以很难让学生自己动手对仪器进行操作，学生也就不能感受到标准的检查过程。虚拟仿真能够在没有辐射的条件下，对多种虚拟实训场景进行模拟，让学生在非接触的环境中，对设备工作原理、使用程序及操作流程进行反复练习。有些医学图像还存在着一定的特征，例如，不同的疾病可能显示出类似的图像，或者同一疾病可能显示出不同的图像。借由本系统之模拟，学员可回顾个案资料、临床诊断与影像，来了解与总结病例资料，提升阅读影像之技巧。在此基础上，通过建立一个基于虚拟仿真技术的实验平台，能更好地引导学生掌握检测技术。

（四）中医学教育中虚拟仿真的运用

中医学的学习是一个很长很枯燥的课程，而且所学的东西比较抽象，所以必须要将理论和实际的知识融合在一起。针灸也是一种很有实用价值的科目，所以某中医药大学建立了一个用于针灸的网络模拟系统，它可以把针灸的知识以一种更为直观的方式传递到学生的脑海里，提升了教学的效率。当前，将虚拟仿真技术用于中药的教育，例如，药用植物学、中药炮制学、中医诊断等，推动了中医的推广和发展。

（五）病理学教学中的虚拟仿真

在病理学的教学中，虚拟仿真可以将人体解剖、胚胎学和组织学等多学科有机结合，将正常组织到疾病组织的演变过程呈现出来，让学生可以进行比较和学习。利用该技术，可以对素材的采集和制作过程进行模拟，使学生能够亲自参加片子制作，提升教学效果。利用建立病理数字资源库的方式，教师可以有效地解决切片褪色、易碎及资源匮乏的问题，让学生能够自主在线下进行学习，极大地提高了教学效果。

结束语

综上所述，随着信息化技术的快速发展，虚拟仿真教学是医学教育改革的重点研究方向。但是需认识到虚拟仿真教学只是诸多教学中的一种，不能完全舍弃以往的教学方法，因为虚拟实训只能应用在部分教学中，应该将二者有机结合，提高医学教育质量，培养具有创新性、独立性的医学人才，这才是今后医学教育的发展方向。

参考文献

[1]曹丽娜，张兆国，张中旭，等.黏液性/非黏液性结直肠癌MSCT征象及鉴别诊断价值研

究[J].中国CT和MRI杂志，2022，20（2）：155-157.

[2]R.Markich，J.Palussière，V.Catena，M.Cazayus，M.Fonck，D.Bechade，于文娟.影像组学辅助临床、放射学和技术特征来评估射频消融治疗结直肠癌肺转移的局部病灶控制情况[J].国际医学放射学杂志，2022，45（1）：117.

[3]王雪虎，郭海峰，殷小平，等.基于CT影像组学的结直肠癌肝转移与原发性肝癌病灶分类研究[J].北京生物医学工程，2021，40（6）：551-556.

[4]王振立.结直肠癌淋巴结转移风险预测方法研究与应用[D].济南：济南大学，2021.

[5]朱名毅，李俊，黎淑芳，等.虚拟仿真技术在口腔医学教育中的应用与挑战[J].科教文汇（上旬刊），2021（4）：111-112+121.

作者简介：刘攀（1982— ），男，汉族，江西宜春人，宜春职业技术学院，讲师，本科。

研究方向：医学。