急危重癥護理虛擬仿真實訓教學軟件開發體會

鐘 瑜，項朝陽，喬 樑，邱翠瓊，段丹萍

（廣東食品藥品職業學院，廣東 廣州 510520）

急危重癥護理是護理、助產專業的主干課程，是一門涵蓋臨床各科常見救護理論及常用急救、監護技術的實踐性應用學科，強調對護生急救知識和技能綜合運用能力的培養[1]。作為未來臨床護理的主要力量，護生對急危重癥護理知識和技能的掌握直接影響急危重癥患者的生命質量。然而目前急危重癥護理教學存在實踐課時少、學生動手機會少等問題[2]，往往也會受到如設備昂貴、易老化，缺乏真實的臨床環境氛圍和體驗，安全因素等條件限制，這對學生的職業發展和能力培養是不利的。虛擬仿真是一種采用現代高科技手段生成的視覺、聽覺、觸覺一體化的虛擬環境，用戶借助設備操作虛擬對象，產生如同在真實環境中操作的感受和體驗[3]；借助虛擬仿真能給學生全方位的學習體驗，更利于全面、深刻地掌握相關知識。教育部《關于2017—2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》，鼓勵眾多高校進行虛擬仿真實驗中心和示范性虛擬仿真項目的建設[4]，基于此，我們通過運用信息化技術打造急危重癥護理虛擬仿真實訓教學軟件，營造接近于臨床實際的技能仿真訓練環境，以期突破急危重癥護理實踐教學現有條件的限制，實現反復的、無危險的情景式實踐教學，為高校、醫院及相關機構培養護理行業應用型人才提供參考。

1 軟件開發技術方案

本研究基于建構主義學習理論，依托學校虛擬仿真平臺，以急危重癥護理實訓教學為模塊，依照能實不虛的原則，圍繞目前實訓教學中確實需要虛擬仿真輔助的教學難點進行開發設計。最終確定以掌握常用搶救設備儀器的使用及故障排除、熟悉急危重癥護理工作環境和重癥監護室功能布局為目標開發內容，通過3DMAX進行學習場景和人物建模并運用Uni t y3D虛擬現實技術實現知識點的人機交互，網絡技術方面采用B/S架構，充分發揮云計算平臺資源分配靈活的優勢，依據用戶并發數量的需求，以實現計算資源動態分配，同時綜合Ajax、Java等多種信息技術的應用，構建一個集課前預習、教學示范、仿真練習、考核評價于一體，并具有學習數據收集、人機互動交流等功能的急危重癥護理實時在線學習軟件。

2 軟件介紹

2.1 軟件內置資源

軟件內置虛擬重癥監護室（包括監護病房、病房設施、治療室、護士站、醫生辦公室、庫房、虛擬患者等）、虛擬呼吸機、虛擬心電監護儀、虛擬除顫儀、虛擬輸液泵、虛擬注射泵、虛擬振動排痰機、虛擬心電圖機8套獨立資源并融合在一個程序包內，全部資源均參考臨床實體環境和設備儀器打造；其中，除了虛擬重癥監護室因軟件程序較大，且需要配合鍵盤操作僅支持P C端之外，其余資源均支持P C端和手機端訪問使用。

2.2 軟件用戶登錄

依托學校虛擬仿真平臺，學生、教師、管理員憑登錄賬號和密碼登錄后可對應實現學習和管理功能。（1）學生用戶：登錄后可見實訓項目、實訓要求和目標等內容，可根據要求自由選擇相應的虛擬仿真項目進行學習；平臺自動記錄學生學習次數和時長；同時，平臺支持學生線上提交實訓報告。（2）教師用戶：登錄后可實現實驗計劃的發布、實訓報告的批閱、查看學生學習情況等功能。（3）管理員用戶：管理員主要由學校電教信息中心教師擔任，負責平臺軟件資源的維護和后臺數據收集。

2.3 軟件界面及功能

軟件界面整體設計以實訓項目教學目標為依托，以標識清晰、可操作性強、便于用戶使用為原則進行功能設計。現將軟件功能具體介紹如下。

2.3.1 軟件提供高度仿真的學習環境和氛圍 目前急危重癥護理實訓教學多采用單一的教師示范和模擬人強化練習方式，教學場地多為學校教室和仿真病房，學生在臨床工作環境下的實踐體驗較少，長期面對模擬人容易產生學習疲勞感。我們研發的急危重癥護理虛擬仿真實訓教學軟件基于臨床重癥監護實際工作環境和實體儀器設備研發。學生可通過P C端登錄并以自由漫游的方式進入虛擬重癥監護室參觀體驗，提前熟悉監護室的護理工作環境、功能布局和常用儀器設備等知識點，有助于學生理論聯系實際，從而縮短學校和臨床的距離；同時，沉浸式和互動式的學習氛圍相比學校實訓室也有助于進一步激發學生的學習意識和學習動力。

2.3.2 游戲化設計思路結合輔助功能助力學生學習目標達成 軟件仿照游戲思路，為學生提供游戲化視角和任務完成式學習方式，如虛擬重癥監護室依據臨床監護室實際出入管理制度提供患者、醫務人員、探視家屬3種角色選擇，學生可體驗不同角色進入監護室的具體路徑和相關管理要求，同時設置任務提示功能，如學生以探視家屬身份進入監護室，若未完成防護設備穿戴會出現無法進入探視通道且會有相應文字提示窗彈出，以指導學生采取正確的措施后才能進行下一步的學習；心電監護儀的電極片放置以小游戲的形式完成等；軟件同時提供快捷鍵、導航、互動提示等輔助功能助力學生學習。

（1）快捷鍵：軟件在界面提供對應學習的快捷鍵，學生可一鍵快速進入或返回到對應的模塊區域進行學習。

（2）導航（適用于虛擬重癥監護室漫游項目）：該功能包含學習導航和路徑導航兩種模式，學習導航主要通過窗口彈出的形式顯示當前項目的全部應學知識點，未學知識點均顯示綠色，學生點擊學習后知識點由綠轉灰，以助學生及時查缺補漏；路徑導航以地圖的形式實時反饋當前學習者所在的學習位置。

（3）知識點和互動點提示功能：學習模式下軟件中所有的知識點和互動點均以固定顏色（知識點顯示綠色，互動點顯示紫色）加懸浮圈動態顯示，便于學生進入對應項目后能盡快熟悉和掌握各知識點。

2.3.3 軟件提供安全、可重復且方式靈活的實訓學習方式 基于臨床急危重癥護理常用儀器設備操作流程和故障排除方法，軟件中儀器設備的學習訓練均以虛擬患者的護理為場景，同時針對實訓項目的重點和難點（如心電監護電極片安置、除顫儀的安全使用、輸液泵使用過程的故障排除等）提供虛擬患者實時互動交互的方式輔助學習，突破教學重難點，學習過程全程仿真，可克服目前實訓教學中存在的安全風險、實驗室容量等因素的限制，能實現反復的、無危險的情景式實踐教學；加上軟件支持P C端和手機端24小時全天候開放使用，學生能夠隨時隨地開展自主探究學習和溫習鞏固。

2.3.4 軟件創新考核模式，鍛煉學生臨床思維 為了檢驗學生的學習效果，軟件提供考核模式供教師組織過程性考核使用。考核分理論和實訓兩種模式，兩種模式總分均為100分。理論考核依據軟件中不同的實訓內容，由護理學院高年資教師和臨床一線專家共同對照教材、護考大綱及臨床急危重癥護理工作內容建立題庫，題庫和軟件中的虛擬場景及儀器設備相捆綁，學生學習完對應的項目后可選擇考核模式自我檢驗，教師也可通過考核模式隨機出題考核學生，考核分數自動生成。實訓考核圍繞實訓項目的操作流程和常見的故障排除方法分步驟賦分，其中重難點內容采取容錯并扣分、出現安全風險因素一票否決等方式計分。如在輸液泵的使用考核中會出現氣泡報警，學生若不立即停止泵的使用氣泡會順著管道持續流向患者，若學生在虛擬場景中沒有點擊暫停按鈕而點擊了其他按鈕則反饋為操作錯誤并扣除該部分得分，但不影響考核繼續進行；若氣泡進入血管（時間可依據案例中使用的滴速而設定）則直接判定考核不合格。每一個選擇系統會彈出確認窗口供學生再次確認避免學生誤操作而扣分情況發生；該模式有助于訓練學生以嚴謹的態度對待學習內容，同時動態情景模擬方式也有助于訓練學生臨床思維。

2.3.5 學習數據全過程收集，教學相長，師生共同進步 學校虛擬仿真平臺和軟件后臺支持學生學習數據全過程記錄，學生登錄次數、學習內容、學習時長、學習疑問、學習意見和建議、模擬考核成績都會記錄在后臺供教師查閱，依據學生學習數據，教師可實時掌握教學效果并動態調整教學策略，以適應學生學習進度或開展分層教學，最終促進師生共同進步。

3 開發體會

3.1 科學建立開發團隊，為軟件研發護航

有研究[5]指出，大學虛擬仿真教學平臺建設需要加強校企合作。醫學教育虛擬仿真軟件的研發涉及面廣、專業技術性強，更需要加強學校、醫院和企業的合作。軟件研發內容的確定需要基于學生的培養目標、教師的教學需求及臨床崗位核心工作能力，而虛擬空間環境設計、儀器設備臨床常見故障及排除、知識點的考核等內容需要臨床護理專家依據臨床實際工作予以指導；加之現在儀器設備更新速度快，市場主流儀器設備的建模和研發過程需要廠商提供設備參數等資料支持。因此開發團隊的組建需要學校信息技術和護理教學骨干、臨床護理專家及醫療器械企業三方共同參與，這既能保證軟件開發前期設計的合理性、針對性和科學性，同時也有助于軟件研發后期的進一步完善及可持續發展。

3.2 研發期間應做到溝通常態化，推動研發持續有效開展

由于虛擬仿真建模和軟件編程人員均為非醫學背景和非教師崗人員，技術人員對護理臨床和護理教學領域并不熟悉，因此存在軟件開發過程中技術人員未能很好理解護理工作流程和護理教學在軟件中應體現出的重難點內容，這和方敏[6]等的研究結果一致，這就需要團隊在研發期間采取多種方式加強溝通。如可選擇一周的一個固定時間段以網絡會議或者面談討論的形式開展，研發技術人員和團隊其他成員就每一個步驟和細節在開發前討論并達成一致意見，同時制作過程中及時將進展反饋給團隊，團隊整體討論或試用體驗后再將優化建議反饋回技術人員，以此一步步完善軟件內容和推動整個研發持續有效開展。

3.3 合理使用虛擬仿真技術，促進虛實有效結合

目前，關于虛擬仿真在護理教育方面的優勢已經有眾多學者在實際教學中運用并證實[7]。然而我們在研發中也發現虛擬仿真技術還存在相應弊端，如在借助大型3D投影顯示屏和3D虛擬眼鏡體驗時體驗者會出現頭暈、惡心等癥狀，且看的時間越長癥狀越明顯。國外也有研究[8-9]顯示，22%～56%的用戶在使用虛擬仿真技術時出現暈動病，輕者發生頭暈、惡心、煩悶等癥狀，重者出現出冷汗、嘔吐甚至暈倒等癥狀，同時研究[8]提示，頭戴式設備的使用時間越長，暈動病的發生率越高。提示我們在研發虛擬仿真軟件時可以將需要借助虛擬仿真的知識點碎片化開發，同時在以后的課堂教學中不應長時間持續使用，可通過將教學內容模塊化結合虛擬仿真進行教學。另外，李紅梅等[10]認為虛擬患者不能代替真實的患者，目前的虛擬仿真訓練缺少必要的人文關懷，而過分依賴虛擬仿真技術易忽視學生人際溝通能力培養。提示我們研發設計時要進一步設計和優化虛擬患者的互動功能，融入人文關懷等軟技能知識點和考核點，注重學生的全面發展。

本研究僅總結了急危重癥護理虛擬仿真實訓教學軟件的開發體會，專業局限性較強，對于軟件在急危重癥護理課程教學的具體應用效果和遠期在社會培訓及其他課程中的推廣方面，還有待后期進一步研究。