后疫情背景下虛擬仿真教學在某醫院本科生外科教學中應用的SWOT分析

陳開波，葉 松，范 讓，謝小潔，黃 翼，劉維峰，蔡浩雷，吳志偉，金曉立，洪士焱，陳 健

(浙江大學醫學院附屬第二醫院：1.胃腸外科；2.肝膽胰外科；3.教學部，浙江 杭州 310009)

2020年我國國務院《關于醫學教學創新發展的指導意見》(國辦發〔2020〕34號)提出：以“大國計、大民生、大學科、大專業”的新定位推進醫學教育改革創新發展，服務健康中國建設和教育強國建設，強化現代信息技術與醫學教育教學的深度融合，探索智能醫學教育新形態。虛擬仿真教學是其中一種值得探索與推廣的 “互聯網+”智慧教育方法[1]。醫學本科生理論學習機會多、臨床實操機會少，總體的臨床思維能力和操作技能較弱。虛擬仿真(virtual simulation)教學因其沉浸感(immersive)、交互性(interactivity)和構想性(interaction)這三個先天技術優勢[2]，通過虛擬環境的感官刺激營造身臨其境的感覺，與虛擬環境的操作實現互動和反饋，利用虛擬環境激發想象力和創造性思維，促進學生對于醫學實踐的認知，有利于提高醫學生的學習興趣和效果。本文通過SWOT(strengths/weakness/opportunities/threats，即優勢、劣勢、機會和挑戰)一種矩陣思維方法，分析后疫情背景下本院利用自身的條件、把握國家政策和信息化發展的機遇來開展臨床外科課程虛擬仿真本科生教學的具體優勢、劣勢、機會和挑戰，并提出相應的對策，為進一步普及和深化醫學教育信息化改革提供經驗借鑒。

1 SWOT分析背景

SWOT是一種基于矩陣圖的思維框架，20世紀80年代初由美國舊金山大學的管理學教授韋里克提出，主要用于企業或事業單位的管理。本文借助SWOT的思維方式，從優勢、劣勢、機會以及挑戰這四個方面綜合分析后疫情背景下醫學虛擬仿真教學在醫院的發展策略(表1)。

表1 綜合性大學附屬醫院開展虛擬仿真本科生教學的SWOT分析

2 SWOT分析

2.1 優勢

2.1.1 VR技術優勢

虛擬仿真也稱為虛擬現實(Virtual Reality,VR)，是一種新興的教育手段，始于20世紀60年代，并在90年代初被初步應用于醫學領域中，逐漸在醫學教育中占有一席之地[3-4]。目前主要有兩種模式：在線虛擬仿真實驗教學和線下虛擬仿真實訓教學。在線虛擬仿真實驗教學具有便捷、共享和資源豐富等優勢；而線下虛擬仿真實訓教學具有操練學生動手能力的優勢。醫學生在臨床上實際操作機會少，虛擬仿真可以模擬各種外科教學場景，重復和擇時練習醫學技能，減少教學成本和風險，提高學生學習的積極性和效果[5]。醫學生從高校學習階段逐漸過渡到床邊學習階段，通過虛擬仿真教學，可以在無風險的情況下掌握人體解剖知識、問診能力、外科常見疾病的臨床思維以及臨床操作和手術等，同步提高醫學理論和實踐能力[6]。虛擬仿真課程也促進教師角色的改變，從教師主導的學習方式轉變為以學生為中心的學習方式，一方面外科教師減少了傳統授課的內容，增加了有效組織課程和協同學習的任務；另一方面，學生可以主動探索研究、獨立思考、集中注意力，利用VR技術充分調動視聽觸感覺來解決具體的臨床問題。

2.1.2 教學平臺優勢

我院為綜合性大學附屬醫院，其外科有150余年歷史，學科實力強，區域影響力大，設有多個亞專科，臨床病例及病種豐富，可以利用一流的學科優勢來支撐一流的課程建設。外科教研室組織架構完整——“教研室主任-脫產秘書-骨干教師-帶教教師”，師資隊伍優秀，博士學歷者占60%以上，部分有海外求學或工作經歷。本院學生綜合學習能力強，對新的教學方法有很好的接受和適應能力。

2.1.3 醫院信息化優勢

醫院配備有信息化圖書館和多媒體教室，網絡學習資源豐富，如Uptodate手機端數據庫、臨床思維訓練平臺、人民軍醫手術視頻庫，使師生能夠充分利用信息通信技術自主學習。醫院利用國家級及校級慕課，在疫情防控期間大力發展線上線下混合教學。醫院技能中心配備VR腹腔鏡手術模擬訓練系統——貝德思達LAP Mentor，可開展VR下外科操作或手術，包括腹腔鏡下移動目標物體、縫合打結、膽囊切除術、闌尾切除術以及疝修補術等模塊，該模擬器仿真度高，有內窺鏡、抓鉗、持針器、電凝鉤等器械，學生在操作過程中有沉浸感和互動體驗，操作靈活。同時，醫院鼓勵虛擬仿真課程在臨床教學中的應用，積極開發基于VR的外科臨床教學模擬系統。

2.2 劣勢

2.2.1 VR成本高

虛擬仿真場景及人體結構搭建成本和VR教學設備價格高昂，后期的維護成本較高，從而增加了虛擬仿真教學在外科大范圍應用的難度[7-8]。在線虛擬仿真實驗教學平臺數據存儲、傳輸、下載量較大，在網絡不暢的情況下可能出現卡頓等情況，影響教學質量[4]。

2.2.2 VR與臨床實踐有差距

虛擬仿真操作器械實物感不足，虛擬的人體缺乏彈性形變和力反饋等。相對于實際手術操作，學生在操作虛擬仿真設備時，無法到達對心理素質的鍛煉，也缺乏對學生團隊意識以及醫患溝通能力的培養[9]。虛擬仿真教學搜集的臨床案例庫有限，無法做到快速更新教學內容。

2.2.3 設備數量與學生不匹配

虛擬仿真教學的設備昂貴，所以醫院里配備VR設備數量少，與學生的數量不匹配，導致學生進行虛擬仿真練習的機會減少，學習效果下降。

2.3 機會

虛擬仿真技術應用于我國醫學教育領域的相關研究歷經3個階段：起步階段(1996年-2005年)、擴大階段(2006年-2012年)、暴發階段(2013年-)[10]，當前處于研究暴發階段，出現了眾多虛擬仿真技術與多種學科相融合的教學探索。自2014年教育部發布《關于開展2014年國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知》(教高〔2014〕30號)，我國已開設有2 000余項國家級虛擬仿真實驗教學課程，其中醫藥類課程有300余項，分別為基礎醫學類(36%)、臨床醫學類(28%)、藥學類(15%)、中醫類(12%)和醫學技術類(9%)[11]。2020年國務院《關于醫學教學創新發展的指導意見》提倡現代信息技術與醫學教育教學的深度融合，探索智能醫學教育新形態。隨著信息技術的不斷改革更新以及手機終端的大規模普及，“互聯網+教學”如慕課、遠程教學、虛擬仿真教學等教學方法層出不窮，醫學生對于虛擬仿真技術的接受程度也越來越高。

2.4 挑戰

2.4.1 疫情影響集中學習

目前新冠疫情在全國大部分地區得到有效的控制，但仍處在“外防輸入、內防反彈”的后疫情時期，此階段對于疫情的防控也尤為重要。醫學生的集中學習無論是次數和人數會受到限制，對學生的管理提出了更高的要求。

2.4.2 課程建設要求高

虛擬仿真課程教學內容需要從學生需求出發，選擇合適的學科及主題，減少課程內容上的重復和資源浪費，突出重點難點，將創新的教學方法應用于虛擬仿真課程。目前虛擬仿真外科臨床課程涉及解剖知識、影像技術、臨床思維、動物實驗、臨床技能和手術操作等。若教學內容過于冷門，將導致學生參與度下降。

虛擬仿真課程建設存在技術挑戰，醫學教師雖然有計算機基礎，但是缺乏交互性網站或VR設備開發能力；而互聯網公司技術人員無醫學背景，無法直接完成臨床數據的采集，故無法完全滿足帶教教師的教學設計。若虛擬仿真課程的視覺、聽覺和觸覺仿真程度不足，也會導致學員學習興趣下降。

2.4.3 師資力量薄弱

虛擬仿真課程的師資力量嚴重不足，臨床外科教師需要平衡繁重的臨床工作和教學活動之間的關系，外科教師習慣于實體的教學活動，對虛擬仿真教學相對陌生，總體信息素養和綜合管理能力有待進一步提升，目前也缺乏一個成熟的信息化師資培訓體系。網絡平臺后期的維護和更新也需要教師支持。故課程建設和實踐教學應用均存在難度。

2.4.4 學生管理難度加大

醫學生學習效果部分取決于他們的自律程度，需要利用技術手段來規避代課行為，虛擬仿真課程的學員考核評價可否作為學生的平時成績或者作為考核的部分，虛擬仿真技能操作如何定量評價也需要進一步細化。

2.4.5 區域發展不平衡

我國不同地區的經濟水平、信息化水平、學校和醫院的政策導向造成各省虛擬仿真教學開展情況不同[12]。據統計，我國已建國家虛擬仿真教學平臺在地區之間的分布差異明顯，而廣東、山東、湖北、浙江這四個省在平臺數量上較為領先，均超過20個。相對來說，信息化水平較高的地區，虛擬仿真教學應用程度更高[13]；另外，部分線上課程未對外開放資源，或線下課程需要配合特殊VR設備，導致學生無法獲得教學機會。

3 虛擬仿真課程開展策略

3.1 S-O策略(機會優勢組合)

3.1.1 建立“醫學+X”多學科交叉融合平臺

發揮綜合性大學的優勢，與工科和信息學院多元合作，既注重基礎，也緊貼前沿，建立“醫學+X”多學科交叉融合平臺。我院外科與高校工程學院合作來進行幾何和物理建模，研發B超引導下虛擬仿真穿刺活檢操作，使其成為符合臨床教學需求并可持續再生的輔助手段。以“高階性、創新性、挑戰度”為標準，加強虛擬仿真與外科具體案例的融合，拓寬外科不同?？频膽脠鼍?，設置學員分層和難度進階，形成以虛擬仿真技術為特色的課程體系。我院正籌建“普外科常見疾病的外科臨床思維訓練”的虛擬仿真課程體系，可以逐步導入臨床典型案例，模擬接診過程，提高醫學生對普外科常見疾病綜合診治的思維能力。

3.1.2 創建智慧型學習生態

虛擬教學可以有機結合情景化學習、以案例為基礎的學習(CBL)、小組合作討論型學習以及案例互動型學習等，創建智慧型學習生態。情景化學習和CBL可以提高學生的臨床代入感和共情力，培養學生醫患溝通能力。小組合作討論型學習和案例互動型學習可以將個體學習變成集體網絡學習，實現集體智慧。部分虛擬仿真技能培訓課程中可引入同伴互助學習法(PAL)，研究表明該方法可提高學生間的合作和互動[14]。例如，將優秀的規培醫師和醫學本科生匹配，每周通過虛擬仿真實驗平臺學習胃管置入術，他們可以通過視頻對話進行交流并對學習過程及時反饋。

3.2 S-T策略(優勢威脅組合)

3.2.1 基于“智慧課堂”的學生管理

“智慧課堂”指將課堂概念延伸至課外，由物理環境延伸到網絡虛擬環境，形成智慧學習空間。虛擬仿真課程安排需要緊貼教學大綱和學生需求，優選課程內容，著重培養學生的崗位勝任力，提高教師的管理能力。第一，后疫情期間，可適當增加在線虛擬仿真實驗教學，利用群組聊天形成師生互聯的教學和管理網絡，采用人臉識別技術來規避代課行為，教師后臺可實時監控和搜集學生數據，來管理和改善教學系統。第二，嚴格管理線下虛擬仿真實訓教學，我院利用釘釘軟件和行程碼識別學員是否去過疫情中、高風險地區，每日須上報個人健康日報，新冠病毒疫苗做到“應接盡接”，出返省需釘釘流程審批，同時，對VR教學設備定期消毒，分時段練習，保證學生之間的安全距離，全程佩戴口罩，加強室內通風。第三，提高虛擬仿真教學結果在學生總成績中的占比。

3.2.2 驅動教師團隊的信息化步伐

提高教師對虛擬仿真課程的重視程度，加強師資選拔和培訓，我院每半年組織一次院內虛擬仿真教學師資培訓，邀請有虛擬仿真教學經驗的教師授課，并積極鼓勵臨床教師參加國家級或省級的師資培訓班。組織優秀的團隊，包括互聯網公司技術人員來搭建信息化平臺，促進師生信息互聯。需使學生學習界面人性化、易操作、仿真度高、交互性強，具備反復練習和評價反饋功能。我院在虛擬仿真實驗平臺建設中分別設置了教師端和學生端，教師可實時對學生的實驗情況進行檢查、督促和批改；同樣地，學生可以在線完成實驗報告遞交、查看成績和評語，與教師網上交流。

3.3 W-O策略(機會劣勢組合)

3.3.1 基于數據整合教學資源

“能實不虛，虛實結合”，虛擬仿真課程建設需要充分考慮應用虛擬仿真技術的必要性和建設后的使用率。第一，需在教學過程中積累數據和調查問卷等信息，來分析教學資料的短缺。第二，分析國內外現狀，整合優質教學資源，取長補短，在已建成的虛擬仿真課程框架里添加新的醫學內容，來降低所需課程的建設成本，并在全國范圍內共享虛擬教學課程。第三，VR設備可以部分取代操作類的項目，減少外科耗材和醫療模型的損耗。

3.3.2 以知識的連續性打破時空的局限性

改變集中授課的模式，開展圍繞“智慧課堂”的教學改革，形成線上線下混合的教學模式，激發學生的興趣，充分發揮學生的自學能力。第一，引入“翻轉課堂”到虛擬仿真教學課程中，將醫學基礎知識放到課程前預習，課程前可加入小測驗來評估學生的準備度。我院目前正在開展基于團隊的學習(TBL)，研究結果提示課前的預習可以顯著提高學生的準備度和參與度[15]。第二，虛擬仿真課程也可作為傳統課程或網絡課程課后的補充，鞏固和拓展學生的知識和能力。第三，在線虛擬仿真實驗教學平臺全天候開放，打破時間和空間的局限性，也減少組織管理成本。第四，利用學校豐富的圖書館電子資源，鼓勵學生搜索文獻和使用醫學數據庫，培養學生自主學習、持續學習和終身學習的能力，使學生的知識能夠得到不斷更新。

3.4 W-T策略(挑戰劣勢組合)

3.4.1 合理架構人才體系，精準支撐教學發展

增加師資人才培養和儲備，架構教學團隊來負責開發、運行和維護虛擬仿真系統。挖掘醫學八年制寬基礎的臨床教師，增加國內外交流，有利于多學科的交叉融合。外科教師普遍有較強的動手能力，可融合各亞專科的技能操作如不同部位的穿刺、插管、腔鏡手術等。借助教學改革課題和教育經費的支撐，自主研發高質量的虛擬仿真實驗室和VR設備，我院目前正在開發“基于VR構建外科醫學教育情景模擬培訓系統”，可以模擬多種基本外科技能操作，讓學生在虛擬場景下完成技能培訓。VR可以對本院外科教學的薄弱環節補強，并通過不斷升級，在優質教學內容的基礎上建立“金課”。

3.4.2 傳承“3H”理念，以臨床崗位勝任力為導向的考核體系

傳承本院百年的“3H”理念(Heart是心中的良知，Head是大腦里的知識，Hand是手上的技能)，以現代6大核心崗位勝任力(照顧患者、人際和溝通能力、職業精神和素質、醫學知識、基于實踐的學習和改進以及基于系統的實際)為導向，將形成性評價與終結性評價相結合：①課程建設階段，重點突出形成性評價手段的應用如課前及課后小測試、同伴評價、直接觀察評價等，便于實時反饋。我院目前開設的在線虛擬仿真實驗教學主要涉及的評價點有學生問診、查體、診療過程考核、專家同步評價和課后思考題；②有效融入課程思政評價，加入“健康中國”、團隊合作精神、人文關懷等分值；③“考教結合”，建立公平透明的考核體系——將虛擬仿真課程的平時成績和出科成績作為外科輪轉的成績評定之一。

3.4.3 構建“5G”虛擬仿真系統醫聯體，發展遠程教學

開放虛擬仿真教學平臺，醫院、地區之間加強合作交流，推廣可驗證的自學模式，利用“5G”互聯網的數據傳輸能力，將醫院的教學資源輻射到醫聯體醫院，構建虛擬仿真系統醫聯體，發展遠程教學，地區間均衡發展，虛擬仿真技術惠及各級醫院。

4 結語

新型冠狀病毒疫情給當前醫學本科生的外科教學帶來了困難和挑戰，而科技的發展促成了虛擬仿真教學的蓬勃發展。為了更好地“揚長避短”，從虛擬仿真技術的優缺點入手，利用SWOT方法分析了后疫情背景下在綜合性大學附屬某醫院外科開展虛擬仿真本科生教學的內部能力和外部因素，并提出了上述多項應對策略，旨在為我國其他院校提供部分經驗借鑒。