李靜然

（遼寧開放大學，遼寧沈陽 110034）

0 引言

醫(yī)學專業(yè)作為一門實踐性很強的學科，專業(yè)人才培養(yǎng)中強調理論與實踐并重，除了要求專業(yè)教學中開展扎實的理論知識教學，還必須開展豐富的臨床實踐練習[1]。可以說，強化和培養(yǎng)學生臨床實踐能力是鞏固和加深理論知識最有效的途徑，是國家培養(yǎng)高素質醫(yī)學人才的必要之舉。

2017年，中共中央、國務院聯合印發(fā)《中國教育現代化2035》。此后，中共十九大提出：“必須把教育事業(yè)放在優(yōu)先位置，深化教育改革，加快教育現代化，辦好人民滿意的教育。[2]”從此，大數據、人工智能、5G和虛擬仿真等現代化信息技術在教育、教學領域得到了普遍應用。

虛擬現實技術以現實為基礎創(chuàng)設虛擬環(huán)境，借助現代化傳感裝置，讓體驗者在虛擬和現實的交互作用中獲得親臨真實環(huán)境的感受和體驗，進而達到提升學習興趣和教學實效的目的[3]。近年來，因虛擬仿真技術能為學生提供感官模擬，進而使學生將所學的理論知識進行融會貫通，故其在醫(yī)學專業(yè)實踐教學過程中得到了空前推廣。

本文從教學實際出發(fā)，詳細介紹虛擬仿真技術在開放教育醫(yī)學實踐教學應用的背景和現實意義，以期為開放教育醫(yī)學實踐教學改革提出具有創(chuàng)新性的建設目標和思路。

1 虛擬仿真技術應用背景介紹

1.1 技術背景

1965年，“虛擬仿真之父”蘇澤蘭提出由計算機構建虛擬世界的設想，開啟了虛擬仿真技術的研究[4]。1987年，James.D.Foley對虛擬仿真的含義、應用、未來前景進行了全面的論述，虛擬仿真技術的基本理論開始形成[5]。進入21世紀，隨著各類信息技術的不斷發(fā)展成熟，特別是計算機軟、硬件的快速發(fā)展，基于不同應用場景的虛擬仿真設備開始出現。

2014年，教育部印發(fā)文件明確指出“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”，標志著虛擬仿真技術開始在教育領域進行推廣應用[6]。隨后，全國各醫(yī)學高校陸續(xù)開展基于虛擬仿真技術的實踐教學探索與應用，并在全國啟動了國家級虛擬仿真實驗教學中心遴選工作，共遴選出300個國家級虛擬仿真實驗教學中心。

2016年，教育部《關于辦好開放大學的意見》指出，“探索開發(fā)多種適合學生網絡學習的工具和軟件，增強自主學習的交互性和有效性”[7]。從此，各級開放大學（原廣播電視大學）開始探索開放教育虛擬仿真技術應用。到2020年，《國家開放大學綜合改革方案》明確指出，“依靠5G、人工智能、虛擬現實、云計算等新技術，支撐信息技術與教育教學的深度融合，提高教育現代化水平”[8]。我國開放教育開始駛入“虛擬仿真技術應用”的快車道。

1.2 教學背景

醫(yī)學作為一門強調實踐的專業(yè)學科，專業(yè)的課程實踐、專業(yè)實驗及臨床實習是知識體系構建的重要組成部分，其學習成果直接影響著未來工作水平，但受制于成人教育實踐教學資源的缺少和臨床實訓的特殊性，學生很難實地開展實踐學習，大大降低學習實效[9]。

在實踐教學過程中存在難點和問題，主要體現在以下幾個方面：例如醫(yī)藥課程專業(yè)性強，所需儀器設備多，實踐實操必須在實驗室進行；個別實踐實驗風險大，對實驗條件要求非常高，學生要求必須在教師指導下方能開展練習，開放教育較難實現；生理學、藥理學、病理生理學等課程實踐教學需要實驗動物，既增加教育成本，又不符合動物倫理學要求；同時實踐教學的不可復制且成功率低的問題也會大大降低學生開展實踐學習的興趣，以上作為醫(yī)學專業(yè)實踐教學的共性問題，在開放教育中表現得更加突出[10]。

2 虛擬仿真技術應用現實意義

2.1 解決成人學生的工學矛盾

開放教育不同于傳統的全日制教育，學生的工學矛盾問題嚴重，尤其是醫(yī)學專業(yè)學生大多從事臨床工作，很難有時間去學校開展實地實踐學習[11]。依靠虛擬仿真技術打造成集醫(yī)學教學、實踐、培訓等功能于一體的綜合性實踐實訓平臺，既保證24小時全天服務，又保證遠程學習訪問，打破了傳統實踐教學時間、地點、空間的限制，滿足學生“隨時、隨地、隨式”的學習需求，從而提高實踐教學學生學習的積極性。

2.2 解決實踐教學“三高三難”

虛擬仿真平臺以平臺軟件仿真為核心，允許操作者反復測試，并且不造成動物、器材和試劑的實際消耗，無論開設多少次實驗都不增加額外的投資，大大壓縮實驗經費[12]。通過構建與實際職業(yè)情境對接的虛擬仿真實訓環(huán)境，提高實踐教學的感知性、沉浸性、交互性、智能性，能有效解決資源稀缺、臨床真實場景難復原等問題，進而解決實踐教學過程中高投入、高損耗、高風險以及難實施、難觀摩、難再現的問題[13]。

2.3 提升實踐教學效率與效果

虛擬仿真技術能夠打破傳統實踐教學內容枯燥、形式單一的弊端，因其內容豐富、體驗逼真大大激發(fā)學生學習興趣[14]。例如，通過模擬醫(yī)療行業(yè)的各種真實場景，如門診、病房、藥房、急救等，幫助醫(yī)學專業(yè)學生更直觀、快速地進入臨床實踐情景；同時，采用仿真化的網絡學習模式，降低時間與空間的限制，確保學生在模擬空間里，能夠思考與實踐相關的深層次問題，提高了學生學習的熱情。

2.4 共建共享與社會服務需要

虛擬仿真平臺的設計大多從醫(yī)學職業(yè)、崗位、技能3個維度開展，同時兼顧行業(yè)領域最新需求，實現學生培養(yǎng)與行業(yè)技能培訓兼顧、學歷證書與職業(yè)技能等級證書兼修的目的[15]。既能夠滿足開放教育學歷教學需要，滿足終身教育社會培訓需求，又能實現開放教育終身化的目標。

3 虛擬仿真技術應用建設目標

3.1 總體目標

緊緊圍繞立德樹人根本任務，遵循“醫(yī)藥結合、虛實互補、實踐創(chuàng)新、資源共享”的建設理念，適應新時代社會發(fā)展對醫(yī)學專業(yè)人才培養(yǎng)的要求、順應開放教育教學的規(guī)律，以及成人醫(yī)學專業(yè)學生的自身特點，以現代信息技術為依托，通過平臺建設、資源建設、師資建設、教學建設等途徑，構建“網絡化、系統化、開放化”的虛擬仿真實驗教學平臺[16]。

3.2 具體目標

吸收職業(yè)教育產教融合、工學結合等特點，通過建設醫(yī)學虛擬仿真實訓平臺，以全新的實訓體驗推動人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新，著眼醫(yī)療行業(yè)人才技能需求，真正落實以能力培養(yǎng)為主的應用型人才培養(yǎng)模式[17]。通過引入與虛擬現實、數字孿生等先進技術配套的教學資源，為師生帶來全新的沉浸式教學體驗，高度還原搭建的全新實訓教學環(huán)境。

深化教師隊伍培養(yǎng)方式改革，為教師搭建創(chuàng)新教學實踐平臺，提供教師創(chuàng)新技術培訓，提升教師的虛擬資源開發(fā)能力和信息化教學能力，面向專業(yè)高端人才培養(yǎng)，制定教師人才培養(yǎng)規(guī)劃，搭建一套完善的開放教育醫(yī)學專業(yè)教師培訓體系[18]。

通過虛擬仿真平臺，對專業(yè)理論內容進行有針對性的訓練和鞏固，加深其對知識的理解，提高學生的學習興趣，對于一些綜合型、不易現場實施的實踐在平臺中不斷反復練習，達到提高學生實操能力的效果[19]。

4 虛擬仿真技術應用建設思路

4.1 強化校企結合

建立校企合作長效機制，與醫(yī)療企業(yè)、行業(yè)協作、共建。建設基于網絡的虛擬仿真平臺，以學校自身特色、優(yōu)勢的課程為基礎，結合地方社會經濟發(fā)展需要，基于開放教育和醫(yī)學實踐的特點，緊貼市場、緊貼產業(yè)、緊貼職業(yè)，以實踐能力培養(yǎng)為中心、以職業(yè)需求為核心、以產、學、研、用結合為路徑，積極創(chuàng)新探索開放教育醫(yī)學實踐教育的新模式、新方法，培養(yǎng)具有完善的知識和職業(yè)技能的應用型醫(yī)學人才。

4.2 堅持虛實結合

職業(yè)性和實踐性是醫(yī)學實踐教育的兩大顯著特點[20]。實踐教學是培養(yǎng)開發(fā)能力、創(chuàng)新能力、獨立思考與分析解決問題的能力，是提高學生素質的重要手段。根據“立德樹人是根本、理論教學是基礎、能力培養(yǎng)是關鍵、實踐教學是重點”的人才培養(yǎng)思路，在保留原有醫(yī)學線下實習基礎上，依托虛擬現實和人工智能等新一代信息技術，以實帶虛、以虛助實、虛實結合，強化課程實踐和綜合實踐環(huán)節(jié)的虛擬練習。

4.3 實現育訓共享

根據《國家開放大學綜合改革方案》文件精神，開放大學作為區(qū)域終身教育的主要力量，承擔區(qū)域產業(yè)技術人才培訓和繼續(xù)教育任務。因此，開放教育醫(yī)學虛擬仿真實訓平臺應面向醫(yī)療行業(yè)和企業(yè)開設各種相關的臨床醫(yī)學培訓課程，為各類醫(yī)學專業(yè)學習者搭建便捷、靈活、有效、個性化的數字化學習環(huán)境，依托平臺實現師資、課程、設施、數據等全方位共享，搭建學歷教育與非學歷培訓之間融會貫通的“立交橋”。

5 虛擬仿真技術應用核心內容

5.1 遴選虛擬仿真實踐課程

醫(yī)學虛擬仿真實踐平臺應有一系列與職業(yè)技能密切相關的課程組成，而這些課程的遴選要重點考慮那些在線下教學中真實實驗條件不具備或實際運行困難，或涉及高危、高成本、高消耗、不可逆操作、大型綜合訓練等難題的實踐課程。

同時，要確保課程設計能夠還原實踐的教學要求、實驗原理、操作環(huán)境及互動感受，達到培養(yǎng)學生理論聯系實際，通過實踐提高自主解決問題的能力，不斷激發(fā)學生學習興趣。

5.2 建設虛擬仿真實驗資源

為了提高學生的實踐動手能力，針對醫(yī)學課程教學需求，建設開發(fā)虛擬仿真實驗項目及相關教學輔助資源，課程資源設計堅持虛擬仿真—現場實踐為主線，配合3D模型、平面圖像、動畫、音頻視頻等，將專業(yè)理論知識、方法運用和實操訓練相結合，為學生提供一個直觀、形象、逼真、方便和可重復操作的實踐環(huán)境，激發(fā)學生的學習興趣。

在虛擬實踐環(huán)境中，綜合運用案例啟發(fā)、情景模擬和自主學習等多種教學方法與手段，通過VR頭盔、3D追蹤眼鏡、沉浸式VR大屏等設備增加實踐的沉浸感、臨場感和交互性，使學生仿佛置身在真正的臨床實踐場所，并通過視、聽等感官刺激，幫助學生深刻理解知識的重點和難點。

開展人機交互式操作設計，配備多種流程化操作，采用虛擬現實技術逼真呈現實驗實訓的場景、設備、用品工具等。3D動畫演示操作流程，學生可隨意選擇每個步驟進行任務操作演示。針對不同職業(yè)設計不同的虛擬實訓，例如、手術、護理、制藥等，熟悉強化技能。

5.3 搭建教學反饋分析系統

搭建標準一體化“教、學、練、考、評”反饋分析系統，實現實踐課程、教學資源、實踐過程、實踐結果、教學評價于一體的綜合管理模式，根據面向人群的不同，設為學生端和教師端。其中，學生端包含作業(yè)管理模塊和考試管理模塊。學生通過作業(yè)管理模塊可以完成教師下發(fā)的作業(yè)，作業(yè)完成后系統通過作業(yè)管理模塊自動為作業(yè)判分；通過考試管理模塊可以完成教師下發(fā)的試卷，完成試卷后系統通過考試管理模塊自動為試卷判分。

教師端包含作業(yè)管理模塊、考試管理模塊、實驗過程管理模塊以及統計分析模塊。教師通過作業(yè)管理模塊可以下發(fā)作業(yè)，還可以按專業(yè)、科目、學生來查看作業(yè)的完成情況。通過考試管理模塊可以設置組卷規(guī)則，由系統自動組卷，教師可以按專業(yè)、科目、學生來統計考試成績。通過實驗過程管理模塊教師可以查看學生的實驗過程回放，便于教師掌握學生在實驗環(huán)節(jié)出現的錯誤。通過統計分析模塊，可以按專業(yè)、科目、學生來查詢統計作業(yè)成績情況、考試成績情況以及系統通過該模塊自動化統計學生知識點掌握情況，真正實現實踐教學流程化、智能化、精細化和數據化。

6 結束語

虛擬仿真與實踐教學融合發(fā)展已成為教育改革中的熱門話題。虛擬仿真因其獨特的技術優(yōu)勢，在我國高校的醫(yī)學專業(yè)教學中得到了普遍應用。時下，開放教育領域虛擬仿真技術還處于起步階段，但通過研究可以看出，對其應用推廣能有效打破開放教育實踐教學“形式化”這一積弊。期望在不久的將來，在開放教育領域也能看到虛擬仿真技術“遍地生花”。