基于虚拟仿真技术的诊断学实验教学应用

乔卫卫 曹景花

滨州医学院第二临床医学院诊断学实验室 山东 烟台 264003

诊断学作为临床医学生的专业基础课、必修课,是运用医学基础理论、基础知识和基本技能对疾病进行诊断的一门学科,是进入医学殿堂的第一道关口,其重要性毋庸置疑。诊断学实验教学中临床基本操作能力的培养尤其重要,不断改革诊断学实验教学,多措并举提高医学生的临床技能,成为医学教育中亟待解决的新课题。近年来,虚拟仿真实验技术成为高等医学教育领域继多媒体、网络技术之后的又一项应用类新技术[1],我校诊断学实验室于2019年春季开始引入虚拟仿真技术助力诊断学实验教学,增设了线上虚拟仿真实验,完成了传统实验教学难以实现的目标和效果,也为新冠病毒疫情防控时期的诊断学实验教学提供了有效途径和可靠方案。

1 虚拟仿真技术成为诊断学实验教学的必然选择

2019年,中共中央、国务院印发《中国教育现代化2035》指出,应“利用现代技术加快推动人才培养模式改革,实现规模化教育与个性化培养的有机结合”[2]。中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《加快推进教育现代化实施方案(2018—2022年)》中明确提出“大力推进教育信息化,开展国家虚拟仿真实验教学项目建设”[3]。虚拟仿真教学平台的建设与应用已经成为高等教育领域的不可或缺的一种教学手段,它不仅是“互联网+”背景下教育改革的需要,更是特殊时期应对教育难题的有效举措[4]。虚拟仿真技术是一种以计算机为核心,运用多媒体技术、网络通信技术、虚拟现实技术等信息技术为基础,将所看、所听、所触和所闻综合为一体,给体验者呈现一个相对逼真的虚拟环境[5]。虚拟仿真技术可以将典型的临床诊疗场景进行加工和再现,能充分利用各种优质的医疗资源,并将其有效转换为教学资源,同时可借助信息网络技术进行传播,成为开放、共享的教学平台。在当前信息化教育的背景下,有效推动课堂教学模式转变,对于培养学生自主学习能力,培养临床思维能力、促进医学教育改革至关重要。虚拟仿真技术和现代信息技术构建的教学新模式,能够为学生提供一个生动、逼真和便捷的学习环境,帮助教师和学生达到教学大纲所要求的教学效果,被越来越广泛地用于教学和科研领域,其中虚拟仿真技术与医学教育的融合已经成为国内外教育研究的热点,代表着教育的发展趋势[6]。诊断学实验技术是一门实践性很强的学科,尤其胸腔穿刺、腹腔穿刺、腰椎穿刺、骨髓穿刺(以下简称四大穿刺)是作为一名合格临床医师必须掌握的基本技能,必须强化训练、熟练掌握,单纯靠传统的医学教学模式已经无法满足诊断学的实验教学需求。虚拟仿真技术应用于诊断学实验教学便成为解决这一问题的有效手段和必然选择,在培养医学生正确临床思维方法有着重要作用,还能提升学生的临床实践操作能力方面和岗位适应力。

2 虚拟仿真技术具有良好的诊断学实验教学效果

2.1 诊断学虚拟仿真教学设计 2019年诊断学实验室依托网络化仿真实验教学平台完成了临床基本技能(四大穿刺)虚拟仿真实验教学项目,改革教学模式,至今课题组已经进行了4年的教学研究和实践。

2.1.1 设计理念与目标 诊断学是由基础医学学习阶段向临床医学实践阶段过渡的桥梁课程,临床基本操作能力的培养十分重要。我校根据“虚实结合、相互补充”的原则,采用“线上虚拟与线下仿真相结合”的方式,将现代信息技术与传统教学手段融入到临床模拟实践教学中,设计研发了以培养临床能力为目标的“临床基本技能虚拟仿真教学系统”的四大穿刺课程。目的在于培养学生的临床思维和实际工作能力,使学生得到正确、规范的临床基本技能训练,从而成长为合格的临床医师。

2.1.2 设计内容与方案 我校采用的是虚拟实验教学和传统仿真教学相结合的线上线下混合式教学模式。教学流程一般分为以下几个步骤。第一步:课前线上预习,①教师引导学生登录“滨州医学院医学虚拟仿真实验教学中心”平台;②学生输入账号、密码登录平台,就可以看到每个实验项目,进入后可以进行学习和操作。第二步:线下教师示教与学生仿真模拟人练习。教师有针对性地示教,学生在仿真模拟人上练习操作,教师巡回指导,提高临床操作教学质量。第三步:课后复习与反复练习。课后实验室开放,配有指导教师,学生可结合移动终端和仿真模拟人反复训练,直至熟练掌握该项临床技能。第四步:临床技能操作考核。教师对学生在仿真模拟人上的项目操作进行考核。

2.2 诊断学虚拟仿真实验教学效果

2.2.1 实验的程序化、标准化 平台上每一个穿刺项目均包括问诊、体格检查、操作前准备、具体操作流程及术后处理五个方面,每一步均由学生正确操作以后才能进入下一环节的练习,如果操作有误系统给予及时提示,以保证实验能顺利完成。

2.2.2 实验的可重复性 课后虚拟仿真实验教学平台以及实验室均开放,且配有指导教师,学生可以随时登录平台,结合仿真模拟人反复训练每一个项目,直至操作标准、流程完美,收到良好的教学效果。

2.2.3 实验的有效性 我校在2019年至2022年针对2016～2019级临床医学专业本科生的诊断学实验教学中,使用线上虚拟仿真和线下实践操作相结合的混合式教学模式。在学期末的线下技能考核模式同2015级,其中四大穿刺占实验考试总成绩的30%。分别随机抽取临床医学2016～2019各级的2个班和2015级2个班各92名学生的四大穿刺成绩进行对比,结果显示各级实验组的成绩明显优于2015级。见表1。

表1 2015—2019级我校临床医学专业本科生的四大穿刺考核成绩

3 虚拟仿真技术在诊断学实验教学中的优势

通过虚拟仿真技术的应用实现了理论与实践的结合、现实与虚拟的结合、抽象与形象的结合,实现多元化教学,促进现代化教学模式的改革,优化了教学过程,提高了实践操作能力。

3.1 虚拟仿真技术实现了理论到实践的模拟 诊断思维的培养需要理论与实践的密切结合。医学虚拟仿真实验平台的运用,利用教育优质资源,通过将教学内容立体化,实践与理论课有机结合,将抽象、艰深的理论内容转化为形象、易懂且可视化的虚拟现实内容,实现了理论的理解、实验的验证,加深了印象,缩短了教学时间,提高了教学效率[7];实现虚拟与现实结合,多元化教学,教学资源共享,从而更好地匹配临床医学相关课程教学目标,更好地培养学生分析问题和解决问题的能力。

3.2 虚拟仿真技术实现了被动学习和探知学习的结合 学生潜能和创新意识培养需要“规定动作和自选动作”融合贯通。首先按照大纲和规范要求,必须通过实验内容和操作规程的制定实现基本操作和基本流程的规范和标准,通过虚拟仿真平台实现诊断学实验中临床技能操作的规范化和标准化能力和水平;其次通过虚拟仿真技术自主实验设计,可实现自主探索,能够充分掌握学情,设置个性化的任务,激发学生的学习兴趣和创造潜能[8]。调动起所有学生学习的“味蕾”,以学生自身学习为主,增加学生探究精神和成就感的激励,最大限度地发挥学生的学习主观能动性和开拓性[9]。

3.3 虚拟仿真技术实现了虚实结合效果的保障 虚拟仿真实验将抽象的实验内容,通过 flash 动画或短片的形式呈现出来,构建一个虚拟的、境界逼真的视觉环境,将学生置身于临床情景中,在第一视角下展开各项技能训练与考核。生动逼真地展示实验过程,增强趣味性,加深学生对知识技能的掌握,提高实验教学效果。

3.4 虚拟仿真技术可实现全时空训练和师生互动 虚拟仿真技术在模拟培训上具有很多优势[10]。诊断学临床技能是学生必须经过反复的强化训练才能熟练掌握的。实验课上学习时间严重不足,近几年新冠疫情中“停课不停学”,在线上的虚拟实验室有不知疲倦和不会拒绝的“临床病人”随时配合,学生不受时间和空间限制,无论在教室、图书馆以及宿舍均可以通过手机和电脑客户端进行操作练习。真正惠及学生,构建“真实-虚拟-真实”的现代化教学模式。网络教学平台具备互动与交流功能,教师可以线上随时为学生进行指导并和学生沟通交流,可以线上观看学生操作全过程并为学生打分,有利于形成性评价的进一步实施,同时实现了学情的及时反馈。

3.5 有利于“课程思政”教育理念的渗透 坚持“立德树人”是大学的立身之本[11],时刻牢记“良好的职业素质和政治修养是医学生的必备品质,决定着医学生未来的发展”[12]。诊断学实验课上的“课程思政”教育必不可少。利用虚拟仿真技术设计线上虚拟实验过程中,把临床医疗场景尽力模拟“逼真”,以学生标准化病人模拟的痛苦面容为切入点唤起学生们的同情心及爱伤情怀,实时进行医德教育,既弥补了思政课上无法模拟临床场景对学生进行人文关怀教育的弊端,又可以起到“立竿见影”的作用。

3.6 虚拟仿真技术有利于医学生终身学习能力培养 新型医生必须具备终身学习和自我发展能力,才能适应新时代对医学人才的要求,应对时代挑战。本科阶段的自主学习能力培养至关重要[13],虚拟仿真实验可使医学生以自我发展为中心,实现自我学习个性化,学生自主学习能力得到有效提高,对于医学生终身学习能力培养具有积极意义。

综上所述,虚拟仿真技术在解决高成本、高危险、高消耗、不可逆操作、大型综合训练等实验问题已展现出巨大成效[14],尤其是应用于医学领域的虚拟仿真实验,为高等医学院校临床教学面临的困境提供了新的发展路径。然而,任何新生事物都有其两面性,虚拟仿真实验技术毕竟不是真正的实际操作,存在一定的局限性。比如在提高教学效率的同时给学生带来的其他诱惑和潜在风险,对学生精神世界关注的弱化,容易导致他们学习的思维惰性[15]。教师难以挣脱传统线下教学模式,将教材大纲、教案、课程设计、实践考核等教学内容进行全面转换,会淡化对基本训练和动手能力的培养,由于仿真实验的软件过于智能化,对学生实验操作出现的错误,系统会迅速给出提示,减少学生思考辨识的时间,使学生产生依赖等等诸多方面的弊端也应该在运用过程中尽力克服,但笔者相信,随着技术的成熟、应用的深入、医学教育工作者的努力,虚拟仿真技术将会更好地为医学教育的发展做出更加重大的贡献。