虛擬仿真技術在胃管置入術教學中的應用

龔 潔，阮滿真，楊 聞，彭 妙，王 真，楊光耀

華中科技大學同濟醫學院第一臨床學院， 武漢 430022

在臨床醫學教育中，臨床實踐是培養醫學生動手能力重要的教學方式，加強實踐技能訓練已成為醫學教育改革的重點[1]。將虛擬仿真技術引入醫學臨床實踐教學是非常行之有效的教學方式[2],它順應了高等醫學教育體制改革，是高等醫學教育信息化的必然產物，為醫學教育的臨床技能教學提供了一個新的教學模式[3]。

虛擬仿真技術是采用計算機圖形學、多媒體技術、人工智能、人機接口技術、傳感器技術以及高度并行的計算機技術為核心的現代高科技，生成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環境，使人產生身臨其境的感覺。虛擬仿真技術徹底打破了傳統、枯燥的教學模式，通過信息技術實現教育資源共享，能將抽象的內容具體化、形象化，能反復、多次地模擬臨床診療場景，給學生留下深刻的記憶，給教師提供方便的教學，提高學生學習的積極性與主動性，從而極大地提高了教學質量[4-5]。

虛擬仿真技術的快速發展開創了醫學教學的新模式，已應用于醫學實踐教學的模擬仿真訓練系統，如虛擬手術、虛擬內窺鏡術、虛擬靜脈注射法等，利用虛擬仿真技術進行臨床技能教學，可以使學生全身心地投入到虛擬環境中，更深入地學習所學課程。文章以胃管置入術虛擬仿真實驗為例，介紹該院臨床技能虛擬仿真實驗的建設經驗。

1 虛擬仿真實驗設計

1.1 實驗設計背景

胃管置入術是醫學生必須掌握的臨床基本操作技能之一，也是國家執業醫師資格考試的內容。經鼻胃管置入術是經過一側鼻孔將胃管置入胃內，可經胃腸減壓管引流出胃腸道內容物、進行洗胃及為腹部手術做術前準備，還能對不能經口進食的患者從胃管注入流質食物，以保證患者攝入足夠的營養、水分和藥物。因此，經鼻胃管置入術在疾病的診治中起著重要的作用，直接影響患者的治療效果和康復時間。然而，對于清醒的患者行胃管置入術，如插管操作不當可能引起咽部不適的感覺，甚至有惡心、嘔吐的現象。因此，尋找一種安全且可重復的虛擬仿真訓練方法，對于醫學生掌握這項操作技能具有重要的意義。胃管置入術“虛實結合”教學模式(如圖1所示)。

圖1 胃管置入術“虛實結合”教學模式

1.2 實驗內容

胃管置入術實驗教學由課前網絡平臺自主學習、集中面授、實驗分組(傳統模擬設備和虛擬仿真設備訓練結合)3個部分組成。

1.2.1課前網絡平臺自主學習課前網絡自主學習主要基于該院“華科協和教學”微信公眾平臺。實驗開始之前的兩周，學生在網絡平臺進行自主學習，內容包括胃管置入術的課件、觀看視頻、胃管置入術在線虛擬訓練(屏幕交互式模擬)、在線答題、討論交流等。使學生了解整個操作流程和重點、難點，促進學生養成自主學習的習慣(如圖2所示)。

圖2 華中科技大學同濟醫學院第一臨床學院在線虛擬訓練平臺與胃管置入術在線虛擬仿真網絡課程展示

1.2.2集中面授在教師的引導下，采用線上、線下混合的翻轉課堂模式進行集中授課。根據課前預習情況，教師解答學生在自主測試和練習中所遇到的問題。授課中，學生自愿報名或隨機抽選進行操作、學生之間相互點評操作者的亮點和不足，然后學生或教師再做操作、學生再次互相點評和討論，最后教師重點做指導性點評或以病例引導學生反思和總結。

1.2.3實驗分組利用傳統模擬設備和虛擬仿真設備相結合的“虛實結合”教學模式。首先，學生在傳統模擬設備上反復進行胃管置入術操作，學生之間互相討論，教師實時指導。學生還可以利用手機掃描二維碼獲取該項操作的評分表，進行同伴相互測評。最后，學生在虛擬仿真設備上進行胃管置入術的虛擬仿真操作練習或考試。虛擬仿真訓練系統提供了胃管置入術的臨床案例情景、操作物品的準備、操作流程、工作場景等內容，盡可能地再現臨床真實場景。學生從中可以掌握操作的適應證和禁忌證、實驗步驟、操作的重點和難點，以及注意事項。操作時，采用3D動畫和Flash技術，呈現操作步驟和解剖結構的動畫演示，并提示學生操作正確才能進入下一步操作。最后，系統自動根據學生操作情況評分，標記學生操作中所存在的問題。虛擬仿真訓練系統還設計了課后答題環節，將實驗涉及的相關知識點設計成選擇題，理論與實踐融合在一起，增加了學習的趣味性(如圖3所示)。

圖3 胃管置入虛擬仿真設備操作

2 虛擬仿真實驗項目應用效果評價

在華中科技大學同濟醫學院第一臨床學院的臨床技能教學改革中，將虛擬仿真實驗技術應用于胃管置入術的教學，獲得了較好的反響。我們針對實施虛擬仿真技術的華中科技大學同濟醫學院第一臨床學院2014級五年制臨床醫學專業的學生進行相關調查，發出調查問卷111份，回收有效問卷110份，有效問卷的回收率99%。問卷調查結果顯示，94.6%(105/111)的學生認為虛擬仿真技術打破了學習時間和地點的局限性；92.8%(103/111)的學生認為自由控制學習進度和頻度，達到個性化教學的目的；95.5%(106/111)的學生認為虛實結合的教學模式形式新穎，激發了學習興趣；臨床技能方面收獲很大，顯著地提高了學習效率90.0%(100/111)。鑒于虛擬仿真技術應用于臨床技能教學還不普遍，89.2%(99/111)的學生認為規范組織和管理后，可繼續實施虛實結合的教學模式，利大于弊。僅10.8%(12/111)的學生認為傳統的教學方式好，要求回歸傳統教學方法。

3 討論

3.1 虛擬仿真技術提高學生的自主學習能力

研究結果顯示，學生認為虛擬仿真技術能提高學生的自主學習能力，自我掌控學習的進度和提高學習興趣。在傳統教學中，學生學習往往缺乏主動性，多是被動地接受知識，探索精神不足。課后學生對教學內容也很少去查漏補缺，造成不明白的知識點越來越多，進而影響學生的學習興趣。在線虛擬訓練(屏幕交互式模擬)不受課堂時間、實驗室安排和教師等因素的制約，學生可利用自己的碎片化時間進行“先學、先練”，從而提高學生自主學習的能力。虛擬仿真技術模擬3D虛擬病房，操作器械、患者及操作者。學生進入電腦虛擬系統后，選擇項目，完成后續操作過程，包括體位、操作器械的選擇、潤滑胃管、插入插管、核對胃管是否在胃內、固定等。在線虛擬網絡學習和虛擬仿真訓練系統涵蓋臨床病例的適應證和禁忌證、整個操作步驟和隨堂測試等多個環節。操作結束后，系統自動生成評分表和形成性評價，便于學生發現不足，不斷提升自己。

3.2 虛擬仿真技術可有效地提高教學效果

在線虛擬訓練(屏幕交互式模擬)與虛擬仿真設備具備三種不同的模式，包括教學模式、練習模式和考試模式。教師和學生可根據不同學習和考核需求進行選擇，多樣化的形式便于教學活動的開展，提高教學效率。同時，虛實結合的教學模式為學生提供了生動、逼真的學習情境，沉浸感強、交互性好，能夠產生與實際操作基本一致的真實感受[6]。在傳統模擬設備和虛擬仿真設備上反復操作練習，學生可更好地理解操作步驟，激發了其學習興趣和參與度，從而提高教學效果。理論與實踐融合使學生能全方位地掌握和理解所學的知識。多項研究推薦，教學中可將虛擬仿真訓練系統與傳統模擬設備練習相結合，兩者取長補短，共同發揮作用[7-8]。此外，利用虛擬仿真技術進行胃管置入術操作安全，重復性好，大大地提高了學生動手操作的機會。在臨床實踐過程中，由于醫療糾紛和患者的配合度差，學生操作機會少，傳統模型穿刺學習成本高，多次穿刺模型損耗大。然而，虛擬仿真技術操作安全，可反復無限次的操作，手感與臨床實際操作類似，極大地提高了學生動手操作的機會。

3.3 虛擬仿真技術需要改進的方面

在應用的過程中我們發現，虛擬仿真技術存在以下不足：①醫患溝通交流欠缺。雖然虛擬仿真技術能高度地模擬真實的臨床場景，但虛擬患者與真實患者相比仍然存在一定差距。虛擬患者無法將其所有的感受都告知學生，不利于學生與患者進行溝通。鑒于虛擬仿真技術缺乏醫患溝通和危機事件處理的培養，因此，只能作為床旁教學的輔助教學手段，而不能完全取代床旁教學。②虛擬仿真技術開發困難。由于醫學的特殊性，現階段虛擬仿真操作系統、軟件、模型開發的種類及數量都有限，開發難度較大，需要開發技術人員以及授課教師的密切配合；而且已開發的系統、軟件、模型品質均有待進一步提升，特別是在仿真度、準確度、生物特性等方面仍有待改進和完善[1]。③缺乏難易區分度。目前，國內應用于臨床技能教學的虛擬仿真實驗技術，僅僅將臨床技能操作書本上的操作步驟搬到屏幕上，學生只需要記住操作流程，在電腦上拖拽鼠標或在虛擬設備上用仿真用物即可完成，缺乏對專業知識的分析與應用。操作的案例缺乏難易度，至今還無法大范圍地應用于臨床技能考核中。

4 結語

虛擬仿真技術是一種學科專業與信息技術深度結合的現代產物，它克服了傳統實驗教學的局限性，提高了信息的傳播與利用率，具有傳統實驗教學方法不可比擬的優越性[9]。在臨床技能教學中，科學地將翻轉課堂、傳統模擬設備、虛擬仿真訓練系統等多元化教學模式結合，實現虛實結合、優勢互補，真正提高醫學生的臨床技能操作水平，激發學生的自主學習能力，才能培養更多高質量的醫學人才。