護理學虛擬現實實驗教學平臺的構建

王 萍, 顏文貞, 蔡宏亞, 羅安安, 陳敏琦, 趙 青

(廣東醫科大學 護理學實驗教學中心, 廣東 東莞 523808)

采用虛擬現實技術(virtual reality technology)能夠感知參與者的位置,捕捉參與者的動作信息,替代或者增強一種或者多種感官反饋,使用戶沉浸于仿真環境(虛擬世界)中[1]。虛擬現實技術作為未來解決深度學習的關鍵技術,于2016年登入《地平線報告》高等教育版[2]。這項技術在教育領域的應用將改變護理學實驗教學模式和學習方式,提高學生在虛擬的環境中與實驗對象的互動性和沉浸感,特別是解決了侵入性操作不能在真人身上反復練習、貴重器械無法反復使用等教學難題,在護理實驗教學中有廣泛的應用前景。

廣東醫科大學護理實驗教學中心構建了護理學虛擬現實實驗教學平臺,基于虛擬現實技術自主研發了實驗教學軟件,創設了“真人對練+模型輔助+虛擬固化”的實驗教學體系,形成了以崗位勝任力為導向的多元化實踐教學模式,提高了學生動手能力、實踐能力和創新能力,在實驗教學中取得了明顯成效。

1 構建護理學虛擬現實教學平臺的意義

1.1 更好地實現護理專業培養目標

《全國護理事業發展規劃(2016—2020年)》指出：加強護教協同工作,以崗位勝任力為核心,提高護理人才培養質量[3]。護理學是一門實踐性和應用性很強的學科,培養學生熟練掌握常用護理技能,勝任各類護理工作崗位,是實驗教學重要的教學目標。傳統護理學教學常常通過模擬人進行技能訓練,但傳統模擬人存在著一些無法展現的盲點,并且無法呈現臨床護理的情境效果,影響教學效果的提高,限制了對護理崗位勝任能力的培養。而虛擬仿真實驗可創造出一個逼真的虛擬環境,能靈活地將病理、生理、臨床、心理等層面的知識融合在虛擬情境中,以人機互動的方式豐富學生的學習體驗,激發學生的學習興趣和獨立思考判斷能力,增加學生自主學習的靈活性,提高學生自主學習能力[4]。

1.2 提高護理實踐教學質量

(1) 實現護理技術訓練標準化。傳統護理學實驗教學的形式是多個教師分組示教、學生分組訓練。但不同教師示教的護理操作方法卻有所不同,學生訓練缺乏統一標準,這也是學生反饋的主要意見。通過三維虛擬仿真技術,護理技能各項操作均能以三維動漫形式呈現,有統一的步驟和細節,這將有助于學生進行統一的訓練操作,達到標準化護理技術訓練的目的。

(2) 提高學生自主訓練的效果。學生要掌握臨床護理操作技能,需要課堂教學和課后訓練的無縫對接。實驗室開放后,學生自主訓練時缺乏教師的指導,訓練效果受到影響。而建設虛擬仿真操作訓練系統,每項操作有清晰的操作進程和完整的操作步驟。學生的護理訓練有規范的藍本指導,可大大提高訓練效果,彌補課后輔導師資缺乏的問題。虛擬現實教學平臺還可借助校園網,實現在平板電腦、手機和臺式電腦等設備上自由訪問,能大大拓展學生課后學習的時間和空間,有利于教學質量的提高。

1.3 規避護理教學中的倫理問題

護生的護理實踐技能訓練多數需要侵入性操作,涉及患者的安全[5]。根據我國醫療法律與法規,尚未取得護理職業資格證書的在校護生,臨床護理實踐技能培訓不能在臨床患者身上進行[6]。護生因缺乏操作訓練對象而難以提高臨床實踐技能[7]。

三維虛擬仿真不但可解決由于倫理問題導致護生臨床實踐少的現實問題,而且由于虛擬仿真訓練具有無創性、可重復性和可編輯性等獨特優勢,非常適合護理教學和實踐操作[8]。此外,在護理案例教學和情境教學中,突發的臨床情境十分重要。虛擬仿真實驗可模擬部分難實現的場景、事件或人體的解剖結構,大大提高教學的便利性,使得真實實驗平臺無法開展或難以用口頭表達的操作流程、知識點,采用圖片、空間信息等以虛擬現實的方式生動形象地展示出來。

1.4 提高學生的學習興趣和學習效率

虛擬仿真護理實驗系統能夠構建具有情境化、沉浸式的臨床交互訓練空間[9],具有教學過程三維記錄、訓練過程智能反饋、講評過程智能分析、考試過程智能評判等功能,使整個教學內容生動化、形象化、具體化,彌補了傳統教學的不足,提高學生的學習興趣,提高了護理訓練的效果。每次學生進行護理訓練后,系統會自動評分,形成注重過程性評價的實驗教學模式。

2 護理學虛擬現實教學平臺的建設

2.1 護理學虛擬仿真教學平臺的構建

廣東醫科大學護理專業是第三批全國高等學校特色專業。廣東醫科大學護理學實驗教學中心于2014年被列為省級實驗教學示范中心建設單位,2017年通過驗收并被評為優秀項目。中心秉承“以崗位勝任力為導向”的護理人才培養模式,形成了基礎護理模塊、專科護理模塊、人文護理模塊的實驗課程教學體系。實驗中心既重視實體護理實驗技能操作的教學,也不斷進行信息化、仿真化的實驗教學改革,以適應“以崗位勝任力為導向”的護理人才培養模式的需要,力求突破教學中的瓶頸,化解學生實踐訓練要求高與患者維權意識強的矛盾,尋求強化學生實踐能力的新途徑,并逐漸形成虛實結合的實驗教學平臺。

2.2 真人對練+模型輔助+虛擬固化的實驗教學體系

在傳統的護理學實驗教學中,注射技術訓練采用學生對練的方式。因為注射技術是有創實驗,故不能在學生身上反復練習；又因為在校學生尚未取得護士資格證,學生之間對練還存在無法規避的倫理問題。為此,學校購買了模型輔助學生練習,但因為材料工藝等問題也存在血管穿刺感覺不逼真、多次穿刺易導致模型滲液發霉而常需更換等問題。由于我校每屆護理本科招生數超過500人,故要保證教學質量，必須尋找更有效的方式,增加學生練習的機會。

其后,學校重新購置了虛擬靜脈穿刺訓練系統輔助教學。該系統的優點是可以編輯不同案例,可將皮膚評估、血管選擇、穿刺針選擇、滴速選擇等知識點以不同病例的形式呈現出來,將虛擬技術和力反饋技術相結合，用于靜脈穿刺的實驗教學,實現了真實實驗不具備或難以完成的教學功能；缺點是呈現的是二維空間,是平面的圖像變化,沒有身臨其境的感覺。

虛擬現實技術讓護理學實驗教學由二維變為三維立體化體系。護理學實驗教學中心與2家網絡科技公司合作,共同研發了“虛擬靜脈注射訓練系統”和“VR手術器械識別訓練項目”護理學實驗教學軟件。“虛擬靜脈注射訓練系統”主要解決靜脈注射這種有創性實驗不能在真人身上反復訓練的難題；“VR手術器械識別訓練項目”主要解決手術過程中快速識別腹腔鏡等貴重設備的問題,降低教學成本,提高教學效果。

虛擬現實技術使學生在虛擬現實世界獲得知識與技能,學生置身于虛擬世界的學習中[10],激發了學生的創新意識,提升了學生的學習積極性。以護士必須掌握的注射技術為例,我們在實驗教學中構建了“真人對練+模型輔助+虛擬固化”的三維立體實驗教學體系,為學生提供了多元化的訓練方式,加深了學生對知識點的掌握,提升了教學效果。

2.3 以崗位勝任力為導向的多元化實踐教學模式

護理學實驗教學中心加大虛擬仿真實驗教學的建設力度,形成了以崗位勝任力為導向的多元化實踐教學模式。通過購置情境化靜脈輸液系統、VR虛擬現實設備、計算機交互式分娩及急救演示系統、智能模型人、高級分娩與母子急救模擬人、高級多功能嬰兒綜合急救訓練模型人等高級仿真虛擬系統和模擬人,全面提升護理學實驗教學中心的虛擬設備硬件水平,使學生能夠通過直觀性和交互性好的仿真教學系統,在一個安全、可控、仿真的環境下練習護理技術,提高操作技巧及熟練程度。

在實驗教學中將信息技術與護理專業深度融合,實現了理論與實踐相結合、護理技能訓練與臨床情境相結合、課內學習與課外自主學習相結合的教學構想。學生可根據自身情況自主選擇學習環境,可在教室、圖書館、宿舍等不同環境下利用學習機、電腦、移動終端等多種設備進行重復學習、訓練與測試,使實驗教學資源得到最大化利用。

中心建設了較為完善的網站,建立了護理實驗室網上預約系統,提高虛擬實驗設備的利用率,實現實驗室設備和耗材的信息化管理；建立了學生手機移動客戶端,實現實驗管理的手機移動客戶端管理,供學生隨時隨地查看網站信息,完成網上預約服務和師生互動服務。中心按照崗位勝任力要求,利用虛擬仿真平臺開設新的實驗項目,探索線上線下教學相結合的個性化、智能化、泛在化實驗教學新模式。

3 護理學虛擬現實教學平臺的成果

護理學實驗教學中心于2017年初步構建了由基礎護理虛擬仿真實驗平臺、專科虛擬仿真實驗平臺、綜合護理虛擬仿真實驗平臺、老年護理虛擬仿真實驗平臺等模塊構成虛擬仿真實驗教學體系,形成了以崗位勝任力為導向的多元化實踐教學模式,新開展虛擬仿真實驗教學項目19項,開展實驗教學改革項目多項。例如“基礎護理學”實驗課開展虛實結合的混合式教學,“婦產科護理學”開展情境模擬教學及探究式教學。中心指導學生團隊進行“大學生創新創業訓練計劃項目”24項,其中國家級3項,省級6項。中心教師自主研發了“老年人護理病床”教具,指導學生自主研發了“一種針帽及包含該針帽的針頭和注射器”實驗,獲得2項國家實用新型專利。中心自主研發的“虛擬靜脈給藥系統”獲軟件著作權。

4 結語

虛擬仿真實驗教學是高等教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內容,在護理學實驗教學中有著補充、拓展、完善的作用,也是實驗室建設的重要內容。護理學虛擬仿真實驗教學平臺解決了以下實驗教學問題：(1)實現復雜問題的可視化,讓學生更易習得；(2)基于軟件的開放性和可設計性,方便師生自主設計和開發創新型實驗項目,有利于培養學生的創新能力[11]；(3)解決了實驗室硬件更新快、設備維護困難、需要維護人員多等問題；(4)克服了儀器臺套少而無法普及實驗的問題。

護理學虛擬仿真實驗教學平臺的建立,使實驗走出了實驗室,走進了課堂,也走進了自主學習的空間,提高了學生的學習興趣、創新意識和實踐能力[12],提高了以崗位勝任力為核心的護理人才培養質量。