虛擬仿真技術在醫學教育中的應用

[摘 要]伴隨著醫學教學方式的轉型與革新，目前的醫學教學方式正逐步轉向近代的生物學、心理學、社會性醫學教學方式，并與世界范圍內的醫學教學方式相適應，對提高醫學教學質量有更高的要求。醫學是對實踐能力要求很強的學科，在實踐教學過程中，采用虛擬仿真進行實踐，對于提高醫學上的實踐能力起到了積極的作用。在使用虛擬仿真教學過程中，可以讓學生對醫學知識的認識進一步深化，還可以鍛煉學生思維的科學性、獨立性和邏輯性，同樣也是一種可以對醫學學生的臨床思維進行有效培養的方式。重點開展醫學技能培訓，加強實際操作能力，建立“問題導向”的醫學技術培訓模型；隨著虛擬仿真技術的發展，虛擬仿真技術在醫學實踐教學中的應用越來越廣泛。通過將其運用于各專業，提高了醫學教育的有效性、科學性和實踐性。

[關鍵詞]醫學教育；虛擬仿真技術；文獻法

虛擬仿真（virtualreality）教學屬于一種啟發與探索的教學模式，利用計算機信息化技術來協助教學，提供視覺、聽覺、觸覺等的模擬，讓學生有一種深入其中的感覺，將教學內容有機融合，以此來提高學生的學習興趣，提高教學質量。與此同時，由于目前的醫療資源比較匱乏，因此，能夠讓學生一起參加到臨床實踐中的時間也相應減少，學生不能完全地掌握實際操作技能，這對學生今后的發展是不利的，因此，積極地對虛擬仿真教學系統進行研究，并將其運用到實際中去，已經是今后醫學教育的一個發展方向。

一、虛擬仿真技術的發展現狀

（一）技術背景

“虛擬仿真之父”蘇澤蘭在1965年第一次對虛擬仿真技術進行探討，并在此基礎上，對其進行了深入的分析。在1987年，福利系統地討論了虛擬仿真的意義、應用和發展前景，并初步建立了虛擬仿真的基礎理論。21世紀以來，伴隨著各種信息化技術的日益完善，尤其是計算機軟件和硬件的飛速發展，各種面向應用場合的虛擬仿真裝備應運而生[1]。2014年，教育部提出“國家級虛擬仿真實驗教學中心是高等教育信息化的重要組成部分”，這標志著虛擬仿真技術開始在教育領域展開了廣泛的應用。此后，我國各個醫學類大專院校紛紛以虛擬仿真技術為基礎，對其在實踐教學中的應用進行了探討和運用，同時為促進虛擬仿真實訓的發展，教育部發布了《關于開展2015年國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知》遴選出100個國家級虛擬仿真實驗教學中心。《關于辦好開放大學的意見》在2016年發布，提出要研究發展各類適用于高校師生在線教學的教學工具、教學軟件，提高師生在線教學的互動效果。從那時起，各層次的開放高校（前身為電大）都在對開放教育中的虛擬仿真技術進行了探討。《國家開放大學綜合改革方案》提出，到2020年，要“依托5G，人工智能，虛擬現實，云計算等新技術，推動信息化和教育的深度融合，提升教育的現代化。”目前，中國“虛擬仿真技術”已經進入了發展的快車道。

（二）教學背景

醫學是一種以實踐為主的專業，因此，在專業中，課程實踐、專業實驗以及臨床實踐都是建立一個完整的知識體系的關鍵部分，它的學習結果會對將來的工作質量產生很大的影響。但是，由于實際教學中缺乏實踐教學資源以及臨床訓練的特殊性，使得學生在現場進行實踐訓練存在困難，這極大地降低了他們的學習效果。在實際操作的過程中，出現了一些困難和問題，比如，醫學課程的特殊性很強，需要的儀器設備很多，所以，實踐操作一定要在實驗室中進行。個人實踐的危險性高，對實踐的條件要求高，需要在教師的引導下才能進行實踐，這使得實踐教學難以實施；在生理學、藥理學和病理生理學的實際操作中，對實驗動物的需求量較大，這不僅提高了學生的學習費用，而且與動物倫理相違背；與此同時，由于實踐的非重復性和成活率較低的問題，也會極大地影響到學生進行實踐的積極性，這些都是醫學專業實踐中普遍存在的問題，在開放教育中更為明顯[2]。

二、在醫學教學中使用虛擬仿真技術的重要性

（一）從理論上化解成人的工學矛盾

與傳統的全日制教育相比，在開放教育中，存在著比較突出的工學沖突問題，特別是在醫學專業中，大部分學生都在從事著臨床工作，很少有時間到校園中進行實際的實習和研究。依托虛擬仿真技術，構建一個集醫學教學、實習和培訓功能于一身的綜合實踐實訓平臺，不僅可以確保24小時的全天候工作，還可以實現遠程學習，突破了以往實踐教學中的時空限制，實現了學生“隨時、隨地”的學習，激發了學生在實踐教學中的學習熱情。

（二）對實踐教學中“三高三難”的處理

虛擬仿真平臺以平臺軟件仿真為核心，學生通過電腦或手機進入平臺，讓學生進行實踐，而且可以重復實驗，并且不會造成動物、器材和試劑等實驗物品的消耗，因此，不論進行了多少次實驗，都不需要額外增加投入，可以極大地降低實驗經費。利用能夠與真實的情境相匹配的虛擬仿真實訓環境，提升了實踐教學的感知性、沉浸性、交互性、智能性，還可以有效地解決資源稀缺、臨床真實場景難還原等問題，解決了在實踐教學中存在的高投入、高損耗、高風險以及難實施、難觀摩、難再現的問題[3]。

（三）提高實踐教學的有效性

虛擬仿真技術可以改變傳統的實踐教學形式簡單、內容單一的缺陷，因為其是多個實訓內容組合，接近真實情境，極大地激發了學生的學習興趣。如以醫院門診、病房、藥房、急救等為主要內容，使學生更直觀地進入實際工作環境；此外，通過使用虛擬的網上教學方式，減少了時空上的局限，保證了在虛擬的環境中，可以對與實際操作有關的深層問題進行思考，提升了學生的學習積極性[4]。

（四）共建共享與社會服務需要

大部分虛擬仿真平臺都是從醫學職業、崗位和技能這三個方面來進行的，但是還要考慮到社會的最新需要，達到將學員的培訓與產業技能培訓相結合，將學歷證書與職業技能等級證書相結合的目標。它不僅可以適應我國教育文憑的培養要求，也可以適應我國未來的終身學習的要求，而且可以達到我國教育的終身學習的目的。

三、醫療教學中使用虛擬仿真技術的優點

（一）虛擬仿真實驗促進了理論聯系實際

醫學是一門具有較高實踐價值的綜合課程，在教學過程中，如何提高學生的實踐思考能力，是目前我國醫學教學中的一個難點。國外學者對精神病學模擬教學進行了系統的評估，具體包括了角色扮演、標準化患者、虛擬仿真實驗、人體模型、語音模擬等多種介入方式。虛擬仿真實驗是情景模擬教學的方法之一，對學生將臨床思維內化為臨床行為至關重要。

（二）虛擬仿真技術對提高學生的知識構建和思考能力的作用

虛擬仿真實驗教學可以為他們提供一種沉浸式的模擬臨床情境，因此，他們可以積極地參與到這個過程當中，對他們的知識建構和思維綜合起到推動作用，提升他們的理論和技術的考試結果。根據建構論的觀點，一個好的教學環境應由四個基本元素構成：“情境”“協作”“會話”“意義建構”。虛擬仿真實驗利用了教育技術，可以模擬出醫學專業技術實際應用的臨床情境。在學習過程中，學生需要通過協作、對話討論等方式，來深入認識和了解事物的本質規律，并與已有知識結構發生作用，得到新的認知，進一步完善自己的知識體系，最終達到意義建構的學習目的。

（三）正面的學習經驗可以從情感和認識兩個方面實現教育效應的最優化

該模式為醫學專業的教學和實習帶來了良好的教學效果，為醫學專業的教學和實習提供了良好的教學條件。在教學中，學生對實驗的熱情和學習動機都是影響教學效果的重要因素。在虛擬仿真實驗教學中，它的交互作用能夠構成一種高效的激勵方式，讓學生在一種輕松愉快的教室氣氛中，不斷地去嘗試和解答問題，這樣才能提升他們的成就感和自豪感，激發他們的學習動力。通過對問題的發現和解決，培養了學生的自學能力，提高了對教師的滿意程度[5]。

（四）對虛擬仿真教學方法的進一步探討

在此基礎上，提出了一種基于計算機技術的虛擬仿真實驗的新方案。在此項調查中，所收錄的資料以混合的方式較多，且不同的教學程序亦有不同。采用對虛擬現實系統的反復操作次數以及在到達學習曲線后所需要的時間進行評價，運用累計及控制圖來評價受試者是否能夠達成穩定性得分，得出在4天內，每日1小時的鍛煉能夠取得最好的鍛煉結果，并且能夠將疲勞降到最低。所以，如何進行最優的虛擬仿真實驗，仍然是一個值得深入探討的課題。盡管該技術在醫療教學中具有特殊的優越性，但是也存在著不足之處。

四、醫療教學中虛擬仿真技術的運用

（一）運用虛擬仿真技術進行臨床實踐

在真實的手術操作中，通過虛擬與真實的互動仿真，能夠讓醫護人員對手術流程有更好的了解，同時，將虛擬仿真系統當作一種工具，能夠讓醫護人員通過在虛擬的場景中進行訓練，對各種儀器進行熟練運用，提高醫護人員的職業技能。在即將面對病人并進入臨床實習的時候，可以使用虛擬仿真來模擬出在醫院里的多種現實情境，如門診、病房、藥房、創傷急救等，在穿戴著特定設備的情況下，能夠進入到一個非常真實的醫學情境中，就像身臨其境一樣，在不同的情境中進行培訓，能夠提升臨床診斷能力、心理承受能力、應對突發情況的能力以及與病人進行良好的交流等。從患者的角度出發，在醫師的引導下，可以增強患者的診療效果。它也可以被當作一種輔助的手段，對病人進行醫療保健。

（二）在牙科教育中使用虛擬仿真技術

在牙科領域，CDS-100仿真軟件能對牙科患者進行三維、實時、精確的評價，并能對牙科疾病進行診斷。DentSimTM，Simodont和IDEA虛擬仿真模型在口腔技能操作中起到了非常關鍵的作用，它可以對學生的手部靈活訓練、齲病窩洞制備、修復全冠、橋基牙的備牙、根管充填、疼痛處理等方面起到很大的作用，它還可以對學生的操作進行監控，以確保他們的操作不會發生嚴重的失誤，也可在學生需要的時候對其進行評價。此外，利用虛擬實境技術為頜面外科急診訓練提供了一個良好的學習情境，有助于提升初學者對頜面外科急診的認識及自信心。

（三）在醫療成像與實驗教學中使用虛擬仿真技術

在醫學成像教學過程中，因為儀器的數量少和成本比較高，所以很難讓學生自己動手對儀器進行操作，學生也就不能感受到標準的檢查過程。虛擬仿真能夠在沒有輻射的條件下，對多種虛擬實訓場景進行模擬，讓學生在非接觸的環境中，對設備工作原理、使用程序及操作流程進行反復練習。有些醫學圖像還存在著一定的特征，例如，不同的疾病可能顯示出類似的圖像，或者同一疾病可能顯示出不同的圖像。借由本系統之模擬，學員可回顧個案資料、臨床診斷與影像，來了解與總結病例資料，提升閱讀影像之技巧。在此基礎上，通過建立一個基于虛擬仿真技術的實驗平臺，能更好地引導學生掌握檢測技術。

（四）中醫學教育中虛擬仿真的運用

中醫學的學習是一個很長很枯燥的課程，而且所學的東西比較抽象，所以必須要將理論和實際的知識融合在一起。針灸也是一種很有實用價值的科目，所以某中醫藥大學建立了一個用于針灸的網絡模擬系統，它可以把針灸的知識以一種更為直觀的方式傳遞到學生的腦海里，提升了教學的效率。當前，將虛擬仿真技術用于中藥的教育，例如，藥用植物學、中藥炮制學、中醫診斷等，推動了中醫的推廣和發展。

（五）病理學教學中的虛擬仿真

在病理學的教學中，虛擬仿真可以將人體解剖、胚胎學和組織學等多學科有機結合，將正常組織到疾病組織的演變過程呈現出來，讓學生可以進行比較和學習。利用該技術，可以對素材的采集和制作過程進行模擬，使學生能夠親自參加片子制作，提升教學效果。利用建立病理數字資源庫的方式，教師可以有效地解決切片褪色、易碎及資源匱乏的問題，讓學生能夠自主在線下進行學習，極大地提高了教學效果。

結束語

綜上所述，隨著信息化技術的快速發展，虛擬仿真教學是醫學教育改革的重點研究方向。但是需認識到虛擬仿真教學只是諸多教學中的一種，不能完全舍棄以往的教學方法，因為虛擬實訓只能應用在部分教學中，應該將二者有機結合，提高醫學教育質量，培養具有創新性、獨立性的醫學人才，這才是今后醫學教育的發展方向。

參考文獻

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究[J].中國CT和MRI雜志，2022，20（2）：155-157.

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[3]王雪虎，郭海峰，殷小平，等.基于CT影像組學的結直腸癌肝轉移與原發性肝癌病灶分類研究[J].北京生物醫學工程，2021，40（6）：551-556.

[4]王振立.結直腸癌淋巴結轉移風險預測方法研究與應用[D].濟南：濟南大學，2021.

[5]朱名毅，李俊，黎淑芳，等.虛擬仿真技術在口腔醫學教育中的應用與挑戰[J].科教文匯（上旬刊），2021（4）：111-112+121.

作者簡介：劉攀（1982— ），男，漢族，江西宜春人，宜春職業技術學院，講師，本科。

研究方向：醫學。