毛雅蕓 李雪 沈高飛 吳衛(wèi)兵*

(1.上海體育學(xué)院運(yùn)動科學(xué)學(xué)院;2.上海體育學(xué)院教務(wù)處 上海 200438)

隨著虛擬仿真技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用價值也日益凸顯。2013 年8 月，為貫徹落實《教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》和《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》等相關(guān)要求，教育部發(fā)布了《關(guān)于開展國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》，且分別于2014年、2015年審核批準(zhǔn)了共計200個國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心。此后，為進(jìn)一步加強(qiáng)信息技術(shù)與高等教育實驗教學(xué)的深度融合，促進(jìn)高等教育實驗教學(xué)優(yōu)質(zhì)資源的開放共享，教育部辦公廳又于2017 年7 月印發(fā)了《關(guān)于2017—2020 年開展示范性虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)的通知》。并在2018—2020 年期間，累計完成認(rèn)定23 個學(xué)科領(lǐng)域的401 項和計劃認(rèn)定26 個學(xué)科領(lǐng)域的305 項國家級虛擬仿真實驗教學(xué)項目。

各大高校積極響應(yīng)教育部文件精神，極大地推動了示范性虛擬仿真實驗教學(xué)項目的建設(shè)工作，使其在短短幾年內(nèi)即呈現(xiàn)出學(xué)科門類廣泛、主題內(nèi)容豐富的多元化發(fā)展趨勢。然而，在如火如荼的建設(shè)熱潮之后，教育工作者迎來的是更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，如何將虛擬仿真實驗有序融入課程實驗教學(xué)安排、如何將虛擬仿真實驗合理結(jié)合傳統(tǒng)線下實驗教學(xué)、如何充分發(fā)揮虛擬仿真實驗教學(xué)智能教育的優(yōu)勢等應(yīng)用問題接踵而至。因此，該文將以上海體育學(xué)院運(yùn)動急救學(xué)課程為例，對國家級虛擬仿真教學(xué)實驗項目——“運(yùn)動傷害現(xiàn)場急救處理虛擬仿真實驗”的建設(shè)背景和應(yīng)用情況展開介紹，并深入分析虛擬仿真實驗教學(xué)的優(yōu)勢與不足，以期為今后虛擬仿真實驗教學(xué)實踐工作提供一些啟示和經(jīng)驗。

1 虛擬仿真技術(shù)在急救學(xué)課程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

虛擬仿真實驗是現(xiàn)代化教學(xué)過程中孕育出的一個新成果，它利用計算機(jī)、多媒體、虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）設(shè)備和技術(shù)等來模擬真實的實驗場景和實驗過程，以幫助學(xué)生對知識與技能更好地進(jìn)行掌握和運(yùn)用［1］。

近年來，我國應(yīng)急救護(hù)教育雖然逐漸引起重視，公共急救設(shè)備、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)以及受訓(xùn)人數(shù)均有所增加，但由于人口基數(shù)多、地域范圍廣、城鄉(xiāng)差異大等原因，公眾的急救知識和急救技能普及率仍然偏低，整體急救能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。大學(xué)生是一個受教育程度較高、學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的群體，畢業(yè)之后他們將走向各行各業(yè)，對他們開展高質(zhì)量的急救課程，具有較大的可實施性和重要的社會意義［2，3］。然而，意外創(chuàng)傷事故的突發(fā)性、緊急性、復(fù)雜性和不可復(fù)制性，使得學(xué)生在真實急救現(xiàn)場往往慌張無措，無法學(xué)以致用，這一直是傳統(tǒng)課堂教學(xué)的難點，因此，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于急救課程教學(xué)中是十分必要的。

胡春媚等［4］在研究中，以開展急救護(hù)理學(xué)課程教學(xué)的班級為例，采用了“虛擬仿真技術(shù)—智能化超級綜合模擬人（HPS）和急救技能實訓(xùn)相結(jié)合”的新興教學(xué)模式，與“課堂講授—學(xué)生單項技能訓(xùn)練—教師指導(dǎo)”的傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行比較。結(jié)果顯示，接受HPS 和急救技能實訓(xùn)相結(jié)合教學(xué)的學(xué)生，其基礎(chǔ)理論和技能考核成績都要顯著優(yōu)于對照組。虛擬仿真技術(shù)—HPS作為一種創(chuàng)新型的輔助教學(xué)，值得進(jìn)一步推廣。金松洋等［5］研究發(fā)現(xiàn)，基于虛擬仿真智能訓(xùn)練系統(tǒng)的混合式課程教學(xué)，可以通過多種信息技術(shù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以全面、客觀地記錄學(xué)習(xí)情況，更有利于幫助學(xué)生攻克知識的重點難點。江妍霞等［6］認(rèn)為，VR和增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)（Augmented Reality，AR）在臨床急救學(xué)課程教學(xué)中具有較強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢，它可以全仿真模擬技能培訓(xùn)、重復(fù)訓(xùn)練、節(jié)約教學(xué)資源、降低實操成本等。李賀等［7］通過探究混合式虛擬仿真實驗在急救醫(yī)學(xué)技能操作教學(xué)中的應(yīng)用效果，發(fā)現(xiàn)其不僅能夠明顯增強(qiáng)學(xué)生對操作技能的掌握度，還可以提升學(xué)生對操作教學(xué)的滿意度。

2 上海體育學(xué)院虛擬仿真實驗在運(yùn)動急救學(xué)課程中的應(yīng)用實踐

2.1 虛擬仿真實驗項目的建設(shè)背景

運(yùn)動急救學(xué)課程開設(shè)于1995 年，是上海體育學(xué)院一門開設(shè)時間長、受眾范圍廣的特色課程，現(xiàn)為上海體育學(xué)院8個專業(yè)本科生的專業(yè)素養(yǎng)必修課或?qū)I(yè)素養(yǎng)選修課。課程內(nèi)容主要包括現(xiàn)場急救的基礎(chǔ)知識和基本技術(shù)以及如何運(yùn)用急救技能開展不同運(yùn)動意外傷害的現(xiàn)場急救處理，如運(yùn)動猝死、軟組織損傷、骨折損傷、關(guān)節(jié)損傷、內(nèi)臟損傷、創(chuàng)傷性休克、氣道梗阻、中暑、淹溺等，共計16個章節(jié)。旨在提升學(xué)生運(yùn)動損傷防護(hù)與急救的理論知識和實踐技能，加強(qiáng)學(xué)生正確處理運(yùn)動損傷的動手操作能力，培養(yǎng)學(xué)生人道、博愛、奉獻(xiàn)的紅十字精神以及發(fā)展學(xué)生職業(yè)道德和社會責(zé)任感。

運(yùn)動急救學(xué)作為體育院校的一門重要專業(yè)課程，與日?；顒印Ⅲw育鍛煉和運(yùn)動訓(xùn)練都密切相關(guān)，具有很強(qiáng)的實用性。在傳統(tǒng)課堂教學(xué)過程中，本課程通常以實操訓(xùn)練為主、理論講授為輔，采取“邊講、邊學(xué)、邊練”的教學(xué)模式。然而，由于選課人數(shù)較多、課時安排有限、設(shè)備技術(shù)落后等原因，這種“教師先演示，學(xué)生后模仿”的教學(xué)方法，容易導(dǎo)致學(xué)生缺乏足夠的練習(xí)時間和充分的個人指導(dǎo)以及真實的情境體驗，從而降低學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率，最終影響知識和技能的掌握與運(yùn)用。

因此，為了更好地提升教學(xué)效果和質(zhì)量，上海體育學(xué)院將虛擬仿真技術(shù)引入運(yùn)動急救學(xué)課程的教學(xué)實踐中，于2018年完成了“運(yùn)動傷害現(xiàn)場急救處理虛擬仿真實驗”項目的建設(shè)。該虛擬仿真實驗項目依托虛擬現(xiàn)實、人機(jī)交互、網(wǎng)絡(luò)通信、多媒體和大數(shù)據(jù)等先進(jìn)信息技術(shù)，構(gòu)建高度逼真的運(yùn)動傷害場景，引導(dǎo)學(xué)生自主完成現(xiàn)場急救處理的學(xué)習(xí)和考核，讓原來一些“做不到、做不好、做不了、做不上”的實驗成為可能，有效解決了傳統(tǒng)實驗教學(xué)的難題，以滿足卓越人才培養(yǎng)的需求［8］。

2.2 虛擬仿真實驗教學(xué)的組織模式

運(yùn)動急救學(xué)課程經(jīng)過虛擬仿真實驗項目、慕課的陸續(xù)建設(shè)和應(yīng)用后，已由過去單純線下傳統(tǒng)教學(xué)模式逐漸轉(zhuǎn)變成“虛擬仿真實驗+慕課+課堂講授+實操訓(xùn)練”的線上線下混合式創(chuàng)新教學(xué)模式（見圖1）。課前實施線上教學(xué)，教師通過虛擬仿真實驗和慕課等平臺布置任務(wù)、遠(yuǎn)程監(jiān)管，學(xué)生則根據(jù)任務(wù)自主學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)問題；課中實施線下教學(xué)，教師通過組織課堂教學(xué)活動幫助學(xué)生解決課前疑惑、攻克重點難點、促進(jìn)知識內(nèi)化、鞏固操作技能；課后實施線上教學(xué)，教師定期在線輔導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生積極完成線上測評、參與課外實踐活動。并在整個教學(xué)過程中，始終貫穿“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，深入挖掘課程德育價值，全方面發(fā)揮課程傳遞知識、提升能力、立德樹人的育人作用。此外，該課程還將虛擬仿真實驗項目與慕課相結(jié)合，面向社會大眾免費(fèi)開展運(yùn)動急救學(xué)課程在線教學(xué)，使得感興趣的社會學(xué)習(xí)者也能夠遠(yuǎn)程參與急救知識和技能的學(xué)習(xí)，截至目前為止，一共開展4 期在線課程，累計服務(wù)13349人次，此模式可為我國應(yīng)急救護(hù)普及教育實施提供一些啟示與參考。

圖1 運(yùn)動急救學(xué)課程“線上線下混合式教學(xué)模式”

2.3 虛擬仿真實驗教學(xué)的實施過程

2.3.1 利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬運(yùn)動傷害情境

該課程的虛擬仿真實驗項目共由5 個模塊組成，利用計算機(jī)進(jìn)行三維建模，再現(xiàn)了運(yùn)動猝死、小腿骨折、踝關(guān)節(jié)扭傷、頭部出血和脊柱損傷等5種不同的運(yùn)動傷害場景［9］。在虛擬實驗場景中，學(xué)生扮演救護(hù)員的角色，沉浸式地體驗運(yùn)動場地上進(jìn)行心肺復(fù)蘇、骨折臨時固定、關(guān)節(jié)扭傷包扎、頭部止血和擔(dān)架搬運(yùn)的現(xiàn)場急救處理過程。這種極具真實感的實驗環(huán)境和人物，富有故事性的實驗設(shè)計和內(nèi)容，都大大地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與熱情。

2.3.2 借助人機(jī)交互手段參與現(xiàn)場急救實踐

在整個實驗過程中，學(xué)生借助人機(jī)交互手段自主學(xué)習(xí)現(xiàn)場急救的程序和方法，通過移動或點擊鼠標(biāo)來進(jìn)行評估環(huán)境、判斷傷情、尋求幫助、實施救援、及時轉(zhuǎn)運(yùn)等操作，以完成救助虛擬受傷運(yùn)動員的任務(wù)。并且，由于虛擬仿真實驗的教學(xué)活動均發(fā)生于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，不受課時、場地、人數(shù)及設(shè)備的限制，學(xué)生擁有了更多的實踐機(jī)會，可以充分參與現(xiàn)場急救的各個環(huán)節(jié)，反復(fù)練習(xí)現(xiàn)場急救的基本技術(shù)，從而盡快熟悉實驗流程和操作要點。

2.3.3 通過實時反饋系統(tǒng)評價現(xiàn)場急救效果

為了提高教學(xué)效率和檢測教學(xué)效果，虛擬仿真實驗系統(tǒng)還配有自動評價和實時反饋功能，對學(xué)生進(jìn)行實驗全程追蹤指導(dǎo)。在學(xué)習(xí)模式中，學(xué)生可以通過系統(tǒng)提供的文字、語音、圖標(biāo)等信息，分步學(xué)習(xí)現(xiàn)場急救知識和技術(shù)，且必須操作正確才可以進(jìn)入下一環(huán)節(jié)。在考核模式中，學(xué)生不再得到任何提示，需獨(dú)自完成技能測試，系統(tǒng)則根據(jù)同步記錄的考核情況自動評分，并針對錯誤的步驟或答案給出解析。這使得學(xué)生可以邊練習(xí)、邊調(diào)整，及時查漏補(bǔ)缺、糾正錯誤，進(jìn)一步加深對運(yùn)動急救理論知識和實踐操作的理解。

3 虛擬仿真實驗教學(xué)的優(yōu)勢

3.1 真實感的學(xué)習(xí)體驗

運(yùn)動意外傷害事故通常具有突發(fā)性、緊迫性和隨機(jī)性，正是這些特點使得傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式無法完全滿足學(xué)生現(xiàn)場事件應(yīng)急處理能力的培養(yǎng)。而虛擬仿真實驗采用現(xiàn)代高科技信息技術(shù)所生成的多感知交互虛擬實驗環(huán)境，不僅可以使學(xué)生獲取三維立體的視聽感受，還能夠?qū)μ摂M環(huán)境內(nèi)的物體進(jìn)行操作，讓學(xué)生仿佛置身于真實的運(yùn)動傷害情境中，擁有更接近真實運(yùn)動傷害現(xiàn)場急救處理的學(xué)習(xí)體驗。

3.2 交互式的學(xué)習(xí)方式

虛擬仿真實驗更加強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的自主性，學(xué)生不再只是被動地接受知識和簡單地模仿練習(xí)，而需要與虛擬環(huán)境中的各種對象相互作用，在實驗中不斷進(jìn)行評估、決策、實施、反饋、調(diào)整，最終達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。這種人機(jī)交互的學(xué)習(xí)方式，使得教材上一些晦澀難懂的知識變得更加直觀、立體、動態(tài)，同時可以培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和實踐能力。

3.3 精細(xì)化的學(xué)習(xí)指導(dǎo)

傳統(tǒng)實驗教學(xué)過程中，由于課堂上學(xué)生人數(shù)眾多，教師需要一對多地進(jìn)行示范和指導(dǎo)，在有限的時間內(nèi)難以保證每位學(xué)生都獲得足夠的、有效的學(xué)習(xí)幫助。虛擬仿真實驗系統(tǒng)則通過人機(jī)交互機(jī)制實現(xiàn)一對一的教學(xué)服務(wù)，分步指導(dǎo)學(xué)生完成實驗，消除時間和空間的限制，使所有學(xué)生都能得到充分、正確、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的實踐技能訓(xùn)練。

3.4 即時性的學(xué)習(xí)反饋

反饋是實驗教學(xué)過程中一個非常重要的環(huán)節(jié)，直接影響著學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和學(xué)習(xí)效果。因此，虛擬仿真實驗系統(tǒng)采用全程追蹤監(jiān)測與實時評價方式，即每一步操作無論正確與否，系統(tǒng)都會給出即時的反饋，并做出相應(yīng)的變化，讓學(xué)生能夠隨時發(fā)現(xiàn)自己的學(xué)習(xí)問題、調(diào)整自己的學(xué)習(xí)方案、看到自己的學(xué)習(xí)成效，從而充滿信心地堅持完成學(xué)習(xí)。

4 虛擬仿真實驗教學(xué)的不足

4.1 無法完全取代線下實驗

雖然虛擬仿真實驗構(gòu)建了高度逼真的實訓(xùn)環(huán)境，能使學(xué)生獲得身臨其境的感受，但從本質(zhì)上來說，學(xué)生并沒有實際動手操作，所有操作都是借助計算機(jī)完成的。因此，對于一些難度較大、步驟較多、要求較高的急救技術(shù)，如胸外心臟按壓、人工呼吸等，學(xué)生在虛擬實驗中無法親身感受到動作的速度、力度、深度，仍需要在線下實體實驗中反復(fù)練習(xí)，才能熟練掌握動作要點，真正提高自身的運(yùn)動急救實踐技能。

4.2 虛擬實驗情境過于理想

考慮到經(jīng)濟(jì)成本與應(yīng)用普適，該課程在第一階段虛擬仿真實驗項目建設(shè)過程中只選取了幾個較為典型的運(yùn)動傷害案例進(jìn)行模擬，因此仿真實驗情境相對簡單化、理想化。但現(xiàn)實生活中的運(yùn)動傷害意外事故，情況往往更加錯綜復(fù)雜，每次事件發(fā)生的原因和地點、受傷的人數(shù)和部位、傷情的嚴(yán)重程度、環(huán)境的危險程度等都各不相同，而這些不可控因素都將會影響現(xiàn)場急救處理的實施與效果。

4.3 缺乏團(tuán)隊合作教學(xué)活動

發(fā)生運(yùn)動傷害事故時，盡量爭取周圍人群的幫助，協(xié)調(diào)組織、團(tuán)結(jié)作戰(zhàn)，是將現(xiàn)場應(yīng)急反應(yīng)能力發(fā)揮最大限度的重要原則。在傳統(tǒng)線下實驗教學(xué)課堂上，教師會組織學(xué)生進(jìn)行分組練習(xí)，通過情景模擬、角色扮演等方式相互協(xié)作、相互配合，共同完成救助傷員的任務(wù)，此過程中可以很好地培養(yǎng)學(xué)生交流溝通能力和團(tuán)結(jié)合作精神。然而，虛擬仿真實驗作為一種在線學(xué)習(xí)方式，學(xué)生則不需要其他人的幫助，利用一臺計算機(jī)即可獨(dú)自完成實驗，這在一定程度上減少了師生之間、生生之間的交流機(jī)會。

5 結(jié)語

虛擬仿真實驗是信息技術(shù)與實驗教學(xué)深度融合的新興產(chǎn)物，它實現(xiàn)了情景化教學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)化示范和智能化評估，大大提高了實驗教學(xué)的效果，但是同時也存在一定的局限性，無法完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)實驗教學(xué)。因此，在教學(xué)實踐中仍需不斷探索，始終堅持以學(xué)生發(fā)展為中心，充分發(fā)揮虛擬實驗和實體實驗的優(yōu)勢，相互結(jié)合、相互補(bǔ)充、相互促進(jìn)，才能最大限度地滿足高質(zhì)量人才培養(yǎng)的需求。