傳染病相關的虛擬仿真實驗教學項目現況及應用分析

吳 靜，李新華，劉 娜，何雨晨，羅 雄，陳俊香，陳 翔,

（1.中南大學 湘雅醫院，湖南 長沙 410008；2.中南大學 湘雅醫學院，湖南 長沙 410013）

2020 年2 月，針對新型冠狀病毒感染肺炎疫情對高校的正常開學和課堂教學造成的影響，教育部發布了《在疫情防控期間做好普通高等學校在線教學組織與管理工作的指導意見》（教高廳〔2020〕2 號），要求各高校制定疫情防控期間在線教學實施方案，充分利用優質在線課程教學資源，依托各級各類在線課程平臺、校內網絡學習空間等，積極開展線上授課和線上學習等在線教學活動，保證疫情防控期間教學進度和教學質量，實現“停課不停教、停課不停學”；特別要求各高校充分利用國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺服務，依托虛擬仿真實驗課程資源提供在線實驗教學支撐和教學考核管理。為響應教育部號召，我校在國家虛擬仿真實驗教學共享平臺的實驗空間網站（http://www.ilab-x.com/）上精選了醫學領域傳染病相關的虛擬仿真實驗教學項目，并推薦給我校的學生作為課外研修課程進行學習，希望能幫助學生了解傳染病相關防控知識。此外，針對目前實驗空間網站的傳染病相關項目，我們對傳染病相關的虛擬仿真實驗教學項目現況及應用共享情況進行了分析。

1 傳染病的特點制約了傳統傳染病學實踐教學的開展

傳染病（communicable diseases）是指由病原微生物如朊粒、病毒、細菌、真菌和寄生蟲等感染人體以后所導致的疾病，可直接或間接地在人與人之間傳播造成流行。傳染病尤其是突發急性傳染病可以導致對人類身體健康和生命安全造成極大威脅，同時嚴重影響世界經濟發展和社會和諧[1]。進入21 世紀以來，新發傳染病，如SARS、人感染高致病性禽流感、甲型H1N1 流感、埃博拉出血熱及新型冠狀病毒肺炎對整個人類產生了廣泛的負面影響，引起了世界各國的普遍關注。由于傳染病的流行具有季節性，不同季節流行的傳染病種類不同，而目前醫學院醫學生的傳染病學實踐教學普遍采用的是短期、集中、固定的教學模式，因此無論課程時間安排在哪個時段、哪個季節，都難以涵蓋所有流行的傳染病。此外，傳染病學教學考核主要以現版教材為參照，由于教材從編寫、出版到應用周期較長，一方面由于傳染病的疾病譜發生了較大變化，常見傳染病病種如急性血吸蟲病、流行性乙型腦炎等，病例數逐年減少，可能幾年都沒有病例出現，其重要性在逐漸降低，而新發傳染病卻不斷涌現，如新型冠狀病毒肺炎等并不能及時編入教材，因此，傳染病學實踐教學中的教學病例種類缺乏、教材內容無法滿足教學實際需要及教學時間安排不合理等多方面的因素[2]，制約了傳統傳染病實踐教學的開展。

近年來，由于突發急性傳染病導致的公共衛生事件在全球頻頻發生，因此在校期間加強醫學生應對突發公共衛生事件應急能力的培養顯得日益重要[3]。在傳染病實踐教學的過程中，醫學生須與傳染病患者接觸，鑒于突發急性傳染病的爆發性及傳染性強的特點，為了保障廣大醫學生的身體健康和生命安全，也很少有機會開展急性傳染病的臨床教學。在傳染病的傳統實踐教學中，絕大多數學校并未將傳染病所致突發公共衛生事件的教學納入醫學教學中，而突發公共衛生事件應急處置演練需要大量的人力物力，事實上醫學生很難有機會參與這樣的應急演練，這在一定程度上限制了對學生主動學習能力、綜合實驗能力、科學思維能力的培養[4]，使醫學生在以后從事臨床工作時該方面的能力及知識缺乏，給我國今后預防和應對突發傳染病事件留下了隱患[5]。

2 虛擬仿真技術在傳染病臨床教學的作用

虛擬仿真是一種采用以計算機為核心的現代高科技手段而生成的視覺、聽覺、觸覺一體化的虛擬環境，用戶借助必要的設備對虛擬環境中的對象進行操作，產生如同在真實環境中操作的感受和體驗，即一種可創建和體驗虛擬世界的計算機系統[6]。

虛擬仿真技術正逐漸應用于高等醫學教育領域[7]，在醫學生的實踐教學過程中需要進行各種各樣的醫學實訓和實驗。虛擬仿真實驗可以將醫學場景、患者以及實驗通過計算機等多媒體終端完全呈現出來，提供自主性、交互式、開放式的虛擬現實操作環境，能有效訓練醫學生的基礎技能和專科技能，還可以進行無風險的靈活調控，既彌補了傳統教學模式存在的不足與缺陷，又能夠形象、鮮活地進行仿真教育，縮小了理論教學與臨床實際之間的差距，使學生更加深刻地認識和理解所學的知識，培養了學生的動手、實踐以及創新能力[8]。同時，虛擬仿真實驗解決了實驗儀器、實驗場地不足等困難，能完成實驗條件不具備或難以完成的實驗，進而提高實驗教學水平與教育質量，很好地彌補了不能或不便進行實驗教學的情況，更好地滿足了在日常教學中難以開展的實驗教學的需求[9]。吳飛飛等[10]采用虛擬仿真技術對臨床醫學專業學生進行體格檢查、穿刺術、外科縫合包扎術及心肺復蘇術等臨床基礎技能培訓，能夠提高醫學生的客觀結構化臨床考核和床旁考核成績，培養了學生的臨床動手能力和臨床思維能力。我校湘雅醫院研發的基于癥狀學的臨床技能和臨床思維虛擬實訓項目，虛擬模擬各種臨床情景、各種操作和處理，不僅可以訓練、考核學生作出正確診斷的能力，還可以訓練和考核學生對具體疾病的治療處置能力及相關操作技能[11]。

在傳染病臨床教學過程中，由于傳染病發病的機遇性、季節性、區域性及某些體征的罕見性，加上傳染病所具有的危害性這一不安全因素的存在，使得學生觀察病人的臨床體征極為困難。傳染病學虛擬仿真實驗通過應用三維建模、人機交互、虛擬現實等智能化技術手段，能夠有效拓展現有的教學資源，包括各類教材（網絡教材、電子教材、講授教材等）及各類素材（視頻、文字、圖片、聲音等），內容包含在不影響典型病例患者隱私的情形下對患者拍照與錄像收集的各種傳染病臨床特征、病原體形態、疾病的病理照片，網址資源、試題以及最新的研究進展，相關圖片、案例等教學資源，從基礎到臨床多角度、全方位、多形式地展示了傳染病的病原學、臨床表現等，幫助學生觀察疾病，突破傳染病的季節性、區域性及某些體征的罕見性，滿足學生自主學習的需要，為學生提供了個性化、交互式的學習環境，提高了教學質量和教學效率，使學生在有限的學時內掌握更多的知識[12]。這一方式非常適合傳染病的臨床教學，特別是在突發急性傳染病導致的公共衛生事件教學中，虛擬仿真實驗不僅能滿足醫學生應對突發公共衛生事件的系統學習，同時也可以扮演不同職業角色進行相應的現場虛擬仿真調查與處置，可以打破空間、時間的限制。以前需要一定的時間、空間才能觀察到的演化過程目前可以在很短的時間內呈現給學生，而且能夠實現由于設備、場地、經費等硬件條件的限制，而無法實現的現場。在保證訓練效果的前提下，提高了效率，節省了成本。此外，虛擬場景還規避了真實公共突發事件場景或操作帶來的各種風險，受訓者也不用擔心會受到傷害。

3 目前針對傳染病開展的虛擬仿真實驗項目情況分析

目前，在國家虛擬仿真實驗教學共享平臺的實驗空間網站上，我們通過“傳染病”“病毒”“呼吸”“肺”“突發公共衛生事件”“缺氧”等關鍵詞搜索相關課程，共找到47 個與傳染病相關的虛擬仿真實驗項目。我們按項目種類將其分為傳染病疫情的應急處置、胸部局部解剖實驗、病理生理學實驗、病原學診斷、影像學診斷、臨床思維與技能訓練、傳染病治療及護理等相關模塊，其中以傳染病病原學診斷的項目最多，主要有與高致病性登革病毒、禽流感病毒、單純皰疹病毒等傳染病病原學的分離培養及鑒定、HIV 感染、布魯菌及高發人獸共患傳染性疾病等的病原檢測、鑒定及診斷相關的虛擬仿真實驗共18 項；其次為傳染病疫情的應急處置項目9 項，主要為與人感染高致病性禽流感、鼠疫、結核等呼吸道傳染病突發事件應急處置相關的虛擬仿真實驗等；智能化多模態臨床綜合技能及基于癥狀學的臨床思維與技能訓練等相關項目6 項；傳染病護理思維技能一體化虛擬仿真實訓項目等護理相關的項目4 項，胸部局部解剖實驗及治療相關的項目各3 項，病理生理學實驗及影像學診斷相關的項目各2 項。

通過統計，共有365 625 人次參與項目學習。其中參與傳染病疫情的應急處置（23.5%）及病原學診斷（39.2%）人次最多，共占62.7%，這說明醫學生對傳染病疫情的應急處置及病原學診斷的相關知識，是非常關注、感興趣、愿意參與學習的，而相對于臨床思維與技能訓練項目的參與人次則明顯下降，特別是有關傳染病治療相關項目，參加不同類型項目學習的人次所占比例見圖1。

在這些項目中，醫學生對不同類型項目的平均評分差異不大（見圖2），除1 個項目外無明顯統計學差異。其中最高評分為5 分，為傳染病疫情的應急處置項目，而臨床思維與技能訓練項目的評分最低，僅為2.1 分。

圖1 參加不同類型項目學習的人次所占比例

圖2 不同類型項目的評分

學生通過虛擬仿真實驗教學項目的學習，其考核達到了較高的合格率及優秀率（見表1），但有關影像學診斷項目的優秀率偏低，且目前沒有病理生理學實驗、傳染病治療及護理的相關項目考核資料。因此這方面的資料還需要進一步充實。

表1 課程學習的優秀率和合格率

已有研究發現虛擬仿真實驗教學項目可提高衛生專業人才的專業知識及技能水平[13]，但由于虛擬仿真項目建設經費短缺、評價考核及反饋機制不完善、相關技術人才力量有限、開放共享不夠、供需不平衡等原因，虛擬仿真技術在實際應用過程中體驗欠佳、滿意度不高[14]。我們研究發現，在傳染病臨床教學中虛擬仿真實驗項目存在的不足包括：項目分散，課程內容、相關知識點不完善，同一類型、不同實驗間評分、做實驗人數、實驗通過率等差別較大，有些實驗項目因項目數量及做實驗人數較少，未能獲得有效的實驗評價數據，影響了實驗結果的進一步分析。

現代網絡教學手段與傳統教學方法整合的傳染病臨床教學模式應是未來傳染病臨床教學的有效方式。面對目前這種虛擬仿真在傳染病臨床教學中存在的困境，為了更好地滿足傳染病的臨床教學需求，可以從以下兩個方面進行改進：

（1）均衡構建傳染病教學核心知識點的虛擬仿真實驗教學項目。通過對已有的虛擬仿真實驗項目進行梳理，將分散在不同學科中的實驗項目內容進行整合，同時對開展虛擬仿真實驗較少的實驗項目進行補充加強，如傳染病的治療及預防，構建相對完整、均衡的傳染病虛擬仿真實驗教學項目體系：按照不同傳染病的病原體建立不同的虛擬仿真疾病模型，其中包括疾病的病理生理、診斷、治療、護理、預防、臨床綜合能力訓練等方面。

（2）建立形成虛擬仿真傳染病實驗項目體系后，根據學生所學專業選擇相應的教學內容進行實驗教學并作出真實有效的評價，應包括教師對學生評價、學生的自我評價及學生對教師的評價三部分，其評價內容包括傳染病專業知識的掌握、虛擬仿真實驗教學項目使用情況的自我評價及教師評價，學生對教師授課方式、課堂氣氛、教學輔導、技能水平的評價。通過積極的評價，進一步鼓勵教師及學生在教學過程中多應用、多發現問題，在不斷優化中完善虛擬仿真教學體系。

4 結語

近年來，新發急性傳染病時有發生，讓人們更加深刻地認識到系統學習傳染病的重要性，以及虛擬仿真實驗項目在傳染病臨床教學中應用的優勢。為了進一步完善傳染病虛擬仿真實驗教學項目體系，需要組織傳染病相關學科的醫學專家參與制定系統化的虛擬仿真實驗教學項目，優化實驗教學軟件，推廣虛擬仿真實驗教學。通過使用虛擬仿真實驗教學項目增強學生的臨床實踐技能，使其在將來的工作中能夠更好地應對未來突發公共衛生事件，完成從醫學生到臨床醫師的順利過渡。