我国医学虚拟仿真教学的文献可视化分析

宁桂林，潘锦芳，杨轶博，熊佳慧，高 文

（广西医科大学护理学院，广西 南宁 530021）

2020 年，受疫情影响，教育教学方式发生了巨大变化，传统的线下教学受到冲击，线上教学也得到前所未有的重视。为保证教学质量，学校和教师利用信息化手段进行线上教学[1]，如在医学课程教学中融入信息化技术，为医学生呈现临床真实环境[2]。虚拟仿真技术的应用对教学质量有一定影响，因此对虚拟仿真技术的探索和应用成为未来医学教育领域的研究热点。

本研究采用CiteSpace.6.1.R3 软件绘制高产作者合作网络图谱、Timezone 关键词突现图谱、Timeline 图谱等，分析2020 年前后医学教育与医学边缘学科研究方向的变化，以期为今后的研究提供参考。

1 数据来源与处理

1.1 数据来源

选择中国知网（CNKI）数据库进行文献检索，检索词为“虚拟仿真”，检索范围设定为医学教育与医学边缘学科，找出最早发表的相关文献，共检出1 657 篇文献，以2020 年为节点分为两个阶段进行对比分析。2004 年1 月至2019 年12 月共发表文献653 篇，2020 年1 月至2022 年10 月7 日共发表文献1 004篇。纳入期刊论文、学位论文，剔除报纸文章、会议论文、综述、资讯等类型文献。从中国知网数据库导出所选文献，将Refworks 纯文本格式转换为txt 文件。

1.2 数据处理

以txt 格式进行数据整理，将Refworks 格式的文献数据导入CiteSpace.6.1.R3 软件进行整理、转换、分析。以2020 年以前的653 篇文献为例，设置时间跨度为2004—2019 年，时间切片选择1 年；“New project” 选择已整理好的数据，“Project Home”选择Project 文件夹，“Data Directory”选择Data 文件夹，数据来源选择CSSCI，参数设置完毕后运行软件，对作者、机构、关键词进行可视化分析。2020 年及以后发表的文献按照相同方法进行数据分析。

2 结果

2.1 年度发文量分析

发文量变化能够反映该领域的发展程度及研究水平[2]。以X 轴为文献发表年份，Y 轴为发文量绘图（见图1），2004 年首发的虚拟仿真相关文献[3]发表于《医学研究生学报》。由图1 可见，近年来虚拟仿真在医学领域应用的文章数量呈增长趋势，2019 年180 篇，2020 年357 篇，2021 年384 篇，截至10 月17日2022 年的发文量为263 篇。

图1 2004—2022 年度发文量Figure 1 Quantity of publications from 2004 to 2022

2.2 发表期刊分布情况

纳入的1 657 篇文献共发表在96 种期刊上，发文量最多的是《卫生职业教育》，共70 篇，占4.2%；其次为《基础医学教育》，共52 篇，是发文最多的核心期刊。统计发文量排名前20 的期刊，核心期刊占45.0%。96 种期刊中有26 种为医学教育类期刊，说明研究成果被广泛应用于医学教育领域（见图2）。

图2 发文量排名前20 的期刊Figure 2 Top 20 journals in terms of quantity of publication

2.3 高产作者合作情况及发文量分析

运用CiteSpace.6.1.R3 软件绘制两个时间段的高产作者合作网络图谱（见图3、4），并对2020 年前后高产作者的发文量进行比较（见表1）。

表1 高产作者发文量比较Table 1 Comparison of the quantity of publications by high-yield authors

图3 2020 年以前高产作者合作网络图谱Figure 3 Network graph of high-yield author collaboration before 2020

2020 年以前，发文量排名前3 的作者是袁艺标（9 篇）、李玲（8 篇）、刘琼（7 篇）。图3 中共308 个节点（N）、398 条连线（E），以李玲、刘琼、唐媛媛、周丽芬、李涛为代表的团队联系紧密，合作较为密切。2020 年以前，李玲团队重点研究虚拟仿真在实验教学中的应用，倾向于实验教学模式改革、网络平台建设；2020 年及以后该团队侧重于加强实验队伍管理，建立培养创新型人才的“线上预习—线下操作—线上考核”高校虚拟仿真实验平台。刘琼团队在2020 年以前构建了独立学院生物医学虚拟仿真学习平台，主要分析学生的学习情况；2020 年及以后研究重点转为虚拟仿真实验平台建设。周丽芬团队2020 年以前研究虚拟仿真教学软件的开发，针对传统医学实验高耗材性、高危险性等问题，构建虚拟仿真实验教学共享平台，研发虚拟仿真软件[4]，并在2019 年尝试将虚拟仿真实验教学模式与线上、线下教学有机结合[5]；2020 年及以后，该团队的研究方向转为利用超星学习通、QQ 群、虚拟仿真平台开展实验教学。早在2016 年李涛团队就尝试将虚拟仿真技术引入慕课建设。2020年以前，李涛团队的研究集中于实验教学和学习平台建设；2020 年及以后，倾向于“互联网+”虚拟仿真教学资源建设。

2020 年及以后，发文量排名前3 的是王丽（6 篇）、王强（4篇）、邹玲（3 篇）。王丽关注的领域是网络课程、网络教学中虚拟仿真技术的应用，王强则在疫情防控期间进行虚拟仿真实验教学建设，邹玲关注的是虚拟仿真线上线下教学模式。图4 中共109 个节点（N）、142 条连线（E），其中合作较密切的有以陈一凡、赵鲁杭、孙见飞为代表的几个团队。2020 年及以后，陈一凡团队对CIPP（背景、输入、过程、成果）评价模型联合虚拟仿真技术在中医骨科课程教学中的应用进行研究，从图4 可知该团队合作最为密切；赵鲁杭团队利用虚拟仿真技术解决线上实验教学中的难题，该团队的霍朝霞还对线上线下结合的医学实验教学进行研究，提出在理论学习后，结合虚拟仿真实验进行操作培训；孙见飞团队则围绕人才培养目标，利用虚拟仿真技术构建线上线下混合式实验教学模式。

图4 2020 年及以后高产作者合作网络图谱Figure 4 Network graph of high-yield author collaborations in 2020 and after 2020

2.4 研究机构分析（见表2）

表2 研究机构发文量比较Table 2 Comparison of the quantity of publications by research institutions

2020 年以前，发文量排在首位的是中山大学新华学院（8篇），其次是南京医科大学基础医学国家级实验教学示范中心（6 篇）和成都医学院基础医学院（4 篇）。2020 年及以后，上海地区的医学院校对虚拟仿真的研究较多，上海中医药大学发文量为5 篇，上海健康医学院医学技术学院、上医健康医学院医学影像学院的发文量均为3 篇。

2.5 关键词聚类分析（见图5、6）

图5 2020 年以前的关键词聚类分析Figure 5 Keyword clustering analysis before 2020

图6 2020 年及以后的关键词聚类分析Figure 6 Keyword Cluster Analysis for 2020 after 2020

2020 年以前的关键词聚类分析结果显示，11 个关键词聚类模块能清晰地展示医学教育及医学边缘学科领域相关研究的主题分布情况，有利于对该领域的了解和分析。共5 个领域：教学（教学改革、教学方法、教学模式、教育），实验（实验教学、实训教学），虚拟仿真技术（虚拟现实、仿真技术），翻转课堂，人才培养。

2020 年及以后的关键词聚类分析结果显示，与2020 年以前的关键词聚类模块相比，2020 年及以后该领域的研究重点仍在实验教学层面，共4 个领域：人才培养，教学（实践教学、实验教学、临床教学、课程模式、课程建设等），虚拟技术（虚拟仿真、虚拟现实、信息化），线上教学（微课、在线教学、雨课堂、线上线下结合等）。

2.6 Timeline 图谱可视化分析

以时间为基点，绘制2020年前后出现的关键词Timeline 图谱（见图7、8）。图7 中Q=0.829＞0.3，S=0.965 6＞0.7，表示聚类关系具有较高可信度，排除关键词“虚拟仿真”，可见，该领域的相关研究主要聚焦在教学改革和实验教学方面，占比较大的有互动三维、实践教学、教学改革、实验教学、高职护理。

图7 2020 年以前的Timeline 图谱Figure 7 Timeline graph before 2020

图8 中Q=0.841＞0.3，S=0.959 7＞0.7，表示聚类关系具有较高可信度，该领域的相关研究已从教学改革转变为实践教学和人才培养，图中与护理相关的词汇出现比例较高，说明该阶段的主要变化是将虚拟仿真引入护理学专业课程教学、实验操作、教学改革、综合技能训练。其中，在线教学、线上教学、翻转课堂等关键词开始突现。

图8 2020 年及以后的Timeline 图谱Figure 8 Timeline graph for 2020 and after 2020

2.7 Timezone 关键词突现分析（见图9、10）

图9 2020 年以前的Timezone 关键词突现分析Figure 9 Analysis of Timezone keyword emergence before 2020

关键词突现能反映随着时间的推移，研究重点的演变情况，并预测未来研究趋势和发展方向。提取2020 年以前的13个关键词进行Timezone 关键词突现分析发现，2020 年以前，对虚拟仿真的研究主要聚焦于虚拟实验、药理学、实训教学、虚拟现实方面，突现强度较弱的关键词有护理专业、临床教学、医学教育、应用。2020 年及以后的Timezone 关键词突现分析结果显示虚拟仿真在线上教学中的应用已成为一种趋势，2020 年突现的关键词是教学模式，2021 年和2022 年突现的关键词是信息化、创新、线上线下、实验课、实验等。

2.8 高频关键词

运用CiteSpace.6.1R3 软件对关键词进行分析，找到2020年前后的高频关键词（见表3）。可以看出，2020 年前后实验教学、教学改革、实践教学均为研究重点；教学模式、线上教学、翻转课堂等关键词在2020 年及以后的出现频次呈上升趋势。

表3 2020 年前后的高频关键词Table 3 High frequency keywords before and after 2020

3 讨论

3.1 虚拟仿真的重要性在疫情后逐步显现

图1 显示，2020 年及以后，虚拟仿真技术在医学教育领域中的应用呈上升趋势，2020 年以前的发文量为653 篇，2020 年及以后的发文量为1 004 篇，表明虚拟仿真技术在医学教育领域得到迅速发展。2020 年及以后发表的1 004 篇文献内容涵盖虚拟仿真实验教学、虚拟仿真在医学教学中的应用、教学改革、线上教学等。可以看出，疫情前人们对虚拟仿真技术的关注度并不高，认为其在日常生活中并不重要；疫情发生后，传统的面对面教学模式受到限制，无法开展正常的实验教学活动，急需一种能进行线上实验教学的技术。利用虚拟仿真技术通过远程教育平台进行在线培训和实验教学，可实现知识的快速传递与交流。因此，人们对医学教育的研究开始向虚拟仿真技术的应用转变，并尝试将虚拟仿真技术融入医学教学活动。2020 年以前的关键词聚类分析结果显示，“教学改革”排在首位，说明疫情前，人们已经开始进行教学改革，并将虚拟仿真技术融入医学教学。2020 年及以后的关键词聚类分析结果显示，“实践教学”排在首位，说明人们已经认识到虚拟仿真技术应用于医学实践教学的重要性，利用医学虚拟仿真技术教学逐渐被重视。图6 中出现的临床实践、教育、信息化、虚实结合等关键词，也显示虚拟仿真技术被广泛引入医学教学，医学教育领域掀起虚拟仿真研究热潮。

3.2 医学教学逐渐转为虚拟仿真技术结合线上教学

由表1、图3 可知，2020 年以前，高产作者的研究方向倾向于如何利用虚拟仿真技术减少医疗耗材、进行实验教学以及虚拟仿真学习平台建设。2020 年及以后，这些高产作者的研究方向开始转向线上线下虚拟仿真实验平台建设、“互联网+” 虚拟仿真实验平台建设。由表1、图4 可见，2020 年及以后，高产作者及其团队开始研究网络课程、网络教学、线上线下混合式教学以及将医学课程与虚拟仿真相融合。说明2020 年以前，医学教育领域研究的方向主要是探索虚拟仿真技术的应用，研究内容较单一，2020 年及以后开始向多层次、多角度融合，以及构建线上虚拟仿真教学平台转变。对检出文献进行深入分析发现，2020 年及以后，共有19 篇文献的研究方向是将虚拟仿真技术引入翻转课堂等线上教学平台，多为线上线下混合式教学、实验教学。利用虚拟仿真技术为学生提供一个安全、真实的学习环境。翻转课堂是一种以学生为中心、将课外学习和课内交流相结合的教学模式。虚拟仿真技术与翻转课堂相结合，学生可以自主进行实验操作，并针对自身情况不断改进。疫情防控期间，虚拟仿真技术结合翻转课堂的混合教学模式解决了无法面对面授课的难题，在一定程度上保证了教学有序进行。

3.3 我国医学教育领域的虚拟仿真演化路径

2004—2014 年，虚拟仿真医学教学模式建设阶段。该阶段将虚拟仿真技术引入医学教学及课程建设。古耀达[6]在其2007年发表的文章中指出，将虚拟现实（VR）技术引入医疗培训，建立医学虚拟示教系统。同年，郭争鸣等[7]介绍了其所在单位构建的模拟仿真中医诊疗教学体系，解决了实践教学中遇到的难题。之后有学者对虚拟仿真技术在医学各个领域中的应用展开研究，如在病历讨论[8]、公共事件应急救援系统构建[9]、护理实践教学系统建设[10]、医学虚拟仿真实验室建设[11]等。此阶段的重点是建立医学虚拟仿真教学模式，由于虚拟仿真技术尚未成熟，因此在医学教育领域的应用也只是初级阶段，相关研究较少。

2015—2019 年，虚拟仿真医学实验教学阶段。Timezone 关键词突现分析显示，2015—2019 年出现关键词实验室、虚拟实验、实训教学。2015 年，李媛媛等[12]对医学虚拟仿真实验室与传统实验室进行分析对比，对医学仿真实验室的教学功能进行准确定位。之后虚拟仿真技术在中医药、医学检验、护理、解剖、口腔等课程实验教学领域得到一定程度的发展，该阶段的虚拟仿真技术相对较成熟。

2020—2022 年，医学虚拟仿真线上线下混合式教学阶段。2020 年及以后，该领域趋向对教学模式的研究，图10 显示，2020 年及以后“教学模式” 的突现强度排名第一。表3 显示，2020 年以前，“线上教学”的出现频次为0 次，2020 年及以后为21 次。该阶段主要是将翻转课堂、雨课堂、慕课与虚拟仿真训练相结合，开展混合式虚拟仿真线上教学方面的研究。

图10 2020 年及以后的Timezone 关键词突现分析Figure 10 Analysis of Timezone keyword emergence in 2020 after 2020

3.4 虚拟仿真在医学教学中的重要性

2020 年及以后，虚拟仿真在医学教学中的应用呈爆发式增长，出现了线上线下相结合的医学实验教学模式。疫情使得许多国家和地区的医学教育、实践教学面临前所未有的挑战，在此背景下，虚拟仿真技术被广泛运用，教学也向线上、线下相结合的方向发展。

疫情防控期间，各地纷纷采取限制出行和聚集等相关措施，这也给医学教学带来很大挑战，而虚拟仿真技术可以通过在线模拟和虚拟现实等方式进行教学。汤继辉等[13]将虚拟仿真实验结合翻转课堂引入药剂教学；穆清爽等[14]基于慕课和SPOC理论，利用翻转课堂开展呼吸内科教学。疫情防控期间，学生居家或在宿舍学习，实验教学的开展受到限制，而虚拟仿真技术可以提供病例和场景，模拟常见病、多发病、疑难杂症，学生通过线上学习也能进行实践，从而更好地理解和掌握知识。此外，虚拟仿真系统能作为医学生课前预习、课中学习、课后强化的线上辅助系统，提高实验教学的实效性，具有较强的实用性。

3.5 研究的局限性

本研究仅分析了中国知网数据库2004—2022 年收录的关于虚拟仿真在医学教育及医学边缘学科领域应用的文献，数据来源局限于一个数据库，可能会遗漏其他数据库中的文献，使可视化分析结果出现偏倚。此外，针对高产作者的合作关系分析未能体现其贡献度。

4 结语

本研究使用可视化软件CiteSpace.6.1.R3 对高产作者、研究机构、关键词聚类模块等进行可视化分析，绘制相应图谱，提取高频词汇，研究内容与当前时代变化一致。通过分析可得出以下结论：2020 年及以后，人们开始关注虚拟仿真技术在医学教育领域的应用，研究热点聚焦于线上教学、人才培养、实验教学等，未来虚拟仿真技术还会更多地融入医学教育，促进医学学科发展。