新疆医科大学教务处 唐金华 魏东 叶晨航 张文红 830011
摘要：实践操作是当代医学生提高临床综合素质的重要环节，也是衡量高校医学教育质量和效果的核心标准。随着医学教育改革的不断推进、科学技术的蓬勃发展，高等教育信息化建设对医学教育传统的实践操作模式提出了新的要求，因此将虚拟仿真技术融入医学教育的实践教学中，有助于提高医学生实践操作能力，是新形势下“科教兴国、人才强国”战略地位的根本保障。
关键词：虚拟仿真；临床实践操作；实验教学
Relying on Virtual Reality teaching resources to improve the practical ability of medical students
Abstract: Practice is an important part of improving the comprehensive clinical quality of contemporary medical students, and it is also a core standard for measuring the quality and effectiveness of medical education in colleges and universities. With the continuous advancement of medical education reform and the vigorous development of science and technology, the construction of higher education informatization has put forward new requirements for the traditional operating modes of medical practice. Therefore, incorporating virtual simulation technology into the practical teaching of medical education will help improve The ability of medical students to practice clinical practice in the new era is the fundamental guarantee for "rejuvenating the country through science and education and strengthening the country with talents" and a new strategic position in the new situation.
Key words: virtual simulation；clinical practice；experimental teaching
1.前言
医学一直以来都是一门实践性很强的学科，需要在实践中形成并在实践中发展，实践教学作为医学教育的重要环节，旨在培养医学生熟练且规范的临床实践操作[1]，促进医学生临床综合能力初步形成并迅速增强，对其承担临床工作具有重大意义。然而传统医学实践教学体系存在教学模式单一、缺乏医学人文渗透、医学生技能训练欠缺、教学评价效果不科学等[2]不足，限制了医学生在当今环境下综合能力的提升，实践教学模式亟待改进。近年来虚拟仿真技术日益成熟，本着成本低、安全性高、效果显著等特点，被广泛应用于全国各大高校医学教育人才培养建设中，为医学教育的产教融合提供了新的思路[3]。
1.虚拟仿真技术的特点
虚拟仿真技术，又称虚拟现实技术，是用计算机创建一个可视化实验操作环境，通过操作这些虚拟实验仪器或设备，即可进行各种实验，达到与真实实验相一致的教学目的和要求[4]。虚拟仿真技术具有“多感知性、沉浸感、交互性和构想性”等特征[5]，通过在计算机网络中建立的虚拟实验环境，使实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验操作，实现模拟操作人员的各种感官反馈，使其获得身临其境的学习体验。
2.虚拟仿真实验在实践教学中的优势
2.1不受医学伦理学的限制
随着人们对医学伦理学的逐步重视，以及医患关系的日趋紧张，医学生在临床实践中获得的动手机会越来越少，特别是如心肺复苏急救、临床穿刺治疗等技能操作更是不允许学生直接在病人身体上进行，学生很难达到较好的学习效果。虚拟仿真实验可允许医学生在相应的虚拟仿真项目上进行操作，更允许学生重复实验，巩固技能操作的同时打破伦理学的制约。
2.2不受实验特殊条件的限制
部分医学实验项目涉及多种高致病菌和剧毒性物质等，如高致病性病原微生物、放射性和剧毒类物质，实验人员和学生可能会面临较大的风险，因此对实验条件要求非常高，学校一般不具备面向全体学生开设此类实验项目的条件。虚拟仿真实验可完全消除实验特殊条件对实验人员的危害，避免造成严重后果。
2.3不受动物实验不可逆性、实验成本和资源的限制
大多数医学实验项目所需实验仪器设备昂贵、试剂耗材价格较高，或者某些实验动物损耗较多或较贵，尤其是人体解剖实验所需要的尸体等条件限制，往往导致实验项目的开展难以达到理想的实验效果。虚拟仿真实验可通过完成网络虚拟操作，降低实验成本。
2.4对医学知识理论教学起到支撑作用
医学该学科具有课程较多、知识点繁杂、各理论知识间相关性强等特点[5]，导致教学过程中存在学生无法将理论知识和实际操作紧密结合的困难，因此单纯的理论授课对学生实践操作水平的提高具有局限性。依靠虚拟仿真技术，可以将医学各种实践操作例如内外科手术操作[6]、中医针灸推拿[7]、传染病防控[8]等直观、动态的反馈给学生，对于复杂抽象的理论知识的学习起到支撑作用。
2.5打破时间空间限制，实现资源共享
虚拟仿真实验通过网络信息化管理实验平台，可以实现资源共享。一方面学生所在地只要具备网络条件，就能够进行医学相关知识的学习与操作，打破了时间与空间的限制，提高学习效率。另一方面我国各地区经济发展不平衡，医学教育水平参差不齐，借助虚拟仿真实验平台可实现不同地区之间医学教育资源共享，便于低水平地区获得向高水平地区学习的机会，拓展虚拟仿真实验的受益面。
2.6提升医学高校实验教学管理的效率
虚拟仿真实验除了给学生提供人机交互帮助其完成实验操作以外，还可以实现学生教师实时互动、在线答疑，实验结束后及时给学生反馈成绩，生成实验报告为其纠错。此外实验教师可通过此系统安排学生在线测试，发布信息公告，在前台首页进行展示。
3.如何通过虚拟仿真教学资源提升医学生实践操作能力
3.1提升虚拟仿真实验辅助真实教学的能力
现阶段高等医学院校实践教学主要是以真实实践操作为主，虚拟仿真教学更多作为真实教学的补充，真实教学与虚拟仿真教学相结合，可以进一步完善实验教学体系，提升实验教学效果，提高学生实践操作能力。空军军医大学将虚拟仿真实验运用于心血管实验中，通过比较两组学生是否使用心血管相关实验的虚拟仿真操作，发现使用虚拟仿真实验的学生在实验原理理解、实验步骤掌握、实验操作技术掌握、实验掌控能力、学习兴趣的提高、临床和科研思维的形成等方面效果更好[9]。徐州医科大学麻醉学院对虚拟仿真实验的应用也相当重视[10]，建设急救医学、危重病医学、疼痛及麻醉护理等学科的虚拟仿真实验项目，旨在完善教学内容，提升麻醉学教学质量，推进麻醉学实验信息化、技术化更好更快的发展，也为麻醉学培训更多的创新型人才做出有益的探索。
3.2加强校企合作，提升教学质量
虚拟仿真实验教学对于提升医学生实践操作水平的效果，不仅在于拥有好的实验内容，高质量的虚拟仿真实验项目也非常重要。因此必须加强校企合作，这就要求虚拟仿真实验项目相关科技公司需要研发人员深入医学院校，积极与实验教师沟通协作，掌握医学教育的规律、授课方式、医学生的需求等细节，两者相结合实现双赢；教师向研发人员提供合适的教学内容、实验设备、实验预期目标的同时，也需要与其探讨实验操作、实验管理、实验设置、后期维护等问题，便于创造更有效、更稳定、更人性化、效果更好的实验教学[11]。
3.3加强虚拟仿真实验平台及项目建设
虚拟仿真实验平台的建设应当依照“统一规划、快捷实施、资源共享、统一集成”的原则，紧密结合虚拟仿真实验室的实际情况及发展规划，以建立实验室科学化、智能化、门户化管理为重点，以高效率的业务管理、有效的管理监控、完全的实验教学资源统一集成管理与开放服务为宗旨，以充分发挥实验室资源利用效率，服务于师生为目标，进一步满足实验室使用者和管理者的需求，实现实验室从门户集成、实验资源、实验教学、创新实践、实验开放到实验过程、实验人员以及设备耗材的全方位立体化智能管理。因此虚拟仿真实验平台建设需满足以下两点：（1）管理系统的整合性。医学院校有着学科丰富、各学科间实验项目间差异大、实验项目专业性强、实验操作难度大等特点，因此医学院校的虚拟仿真实验教学无法将所有学科的所有实验项目在一个平台上实现，管理系统的建设需要具备通用的整合功能，方便所有学科接入，按照每个学科自身的特殊要求，建立不同的虚拟仿真实验项目，系统对所有项目进行进行分类汇总，展示在网页上，供学生选择操作。（2）管理系统功能的完整性与可靠性。管理系统更重要的作用应当是对学生前台操作和实验教师后台操作的管理，学生用户前台操作内容必须包括学生登录、实验操作、实验报告提交、在线测试、个人信息显示修改、在线提问等功能；实验教师后台操作内容包括完成平台的维护、信息的查询、实验作业的布置、批阅实验报告、统计学生成绩等。
3.4增强虚拟仿真实验项目真实性
医学虚拟仿真技术构建的主要是让学生通过专用的交互设备，实现对仿真人体器官在仿真手术器械作用下的各种变化的模拟和对学习操作人员的各种感官反馈的模拟，以获得身临其境的学习体验。所构建的医学虚拟仿真教学环境可广泛应用于医学解剖教学、手术操作技能训练、手术方案设计、手术规划教学和术后效果评估等方面。与其他领域虚拟仿真教学环境相比，医学虚拟仿真项目的建设必须满足以下要求：（1）作为医学虚拟仿真教学环境，其几何模型的构建必须来源于真实的人体医学影像数据，不论真实的还是虚拟的医学实验教学模型，必须满足数据量大、个体化差异大、来源丰富、精度高、比例合适等要求，医学是一门严肃的学科，最终服务的对象是人，因此在实验操作的练习上不能出现任何误差。（2）逼真程度要求高，衡量一个医学虚拟仿真环境的好坏，重要的一点就是逼真度，高逼真度的环境可为学习者提供身临其境的沉浸感，需要在视、触、听觉等感知通道提供真实感的体验。（3）人体几何模型要求准确。医学教育的目的是培养合格的医务工作者，是为人提供疾病诊治服务的。在仿真教学的过程中，各种学习和操作的对象均为人体组织器官的几何模型，如构建的各种脏器、神经、血管等模型，因此对人体进行几何建模，在考虑个体差异的同时，需要精细、准确地表现人体的解剖结构。（4）体现人体的生物物理特性，与其他领域的仿真不同，医学虚拟仿真教学训练时，人体模型多体现为软组织的生物物理特性。例如:在探钩的按压下脏器会发生弹性形变；使用手术刀切割会发生组织的撕裂和流血；以及仿真治疗的过程中，人体的血压、脉搏等生理参数会实时发生变化，这些生物物理特性的仿真也是目前学术界研究的热点和难点。（5）触觉反馈的精确性和实时性，由于交互对象为人体模型，所以需建立复杂的模拟弹性力学模型。在虚拟仿真教学环境中，让学习者用手或身体的其他能动部分去操作虚拟物体，并在操作的同时能够感觉到虚拟物体的反作用。这种触觉和力学反馈是一个复杂的、与视听觉等其他刺激有关的过程，例如外科医生用手术刀进行精密手术时，他需要有力量的感知，甚至要感觉到手术刀在不同皮肤上操作产生的摩擦阻力和弹力，因此建立高逼真度的力学模型非常重要。
3.5我校虚拟仿真教学资源建设
我校也积极响应国家政策，逐步完善虚拟仿真实验教学建设。2017年我校第一临床医学院《三腔二囊管止血术虚拟训练》项目获批国家级虚拟仿真实验教学项目立项。2019年我校口腔医学院《牙体窝洞预备的数字化虚拟仿真教学》获批虚拟仿真实验教学项目公示，对于我校促进医学教育改革，提升医学教育质量，提高医学生临床技能操作能力意义重大。
4.结束语
综上所述，虚拟仿真教学资源的建设对提高医学生临床技能操作能力效果显著，为解决部分医学生实践动手能力不强、临床思维欠缺、创新意识不够、专业能力不足等制约医学人才培养质量的“瓶颈”问题开辟了新的思路。然而医学生日后大多面对的都是真实的患者，虚拟的实验仍然无法替代真实的体验，还是需要通过真实的实验锻炼临床技能基本功，因此在实际实验教学过程中，可充分发挥虚拟仿真实验的补充作用，通过让学生先进行虚拟实验操作后再进入实际操作，可起到较好的实验效果，始终要秉承“以实补虚、虚实结合、互相补充”的理念，指导实验教师和学生明确医学虚拟仿真实验室的教学功的正确定位，将医学虚拟仿真实验室与传统实验室进行科学整合，对促进医学实验教学改革、提高实验教学质量具有重要意义。
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[11]刘长欣,郭改文.利用虚拟仿真技术提升实践教学的时效性[J].河南教育学院学报(自然科学版),2019,28(04):64-67.
基金项目：新疆维吾尔自治区高校科研计划科学研究重点项目（XJEDU2016C02）
作者简介：唐金华（1974-），男，硕士，研究方向：医学教育管理研究