郭黎,許爽,劉金霞,張馨心,謝征,張明娜（首都醫(yī)科大學(xué)護(hù)理學(xué)院,北京 100069）

“元宇宙（Meta verse）”一詞源于美國科幻作家尼爾·斯蒂芬森在1992年出版的科幻小說《雪崩》，書中描繪了一個與現(xiàn)實(shí)世界相互關(guān)聯(lián)的虛擬世界。2021年被稱為“元宇宙元年”，元宇宙在很多領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用，包括教育、傳媒、圖書館、出版、電影、藝術(shù)、保險、航空、煤礦等領(lǐng)域。在教育領(lǐng)域，元宇宙的研究成果較多，不僅提出了教育元宇宙范式[1]，還提出元宇宙可能是未來教育及在線教育的發(fā)展趨勢[2]，作為元宇宙的教育應(yīng)用，教育元宇宙具有很大的應(yīng)用潛力[3]。面對元宇宙帶來的教學(xué)創(chuàng)新改革機(jī)遇[4]，醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域也開始嘗試構(gòu)建醫(yī)學(xué)教育元宇宙，例如韓國首爾大學(xué)醫(yī)學(xué)院探究基于元宇宙的肺癌手術(shù)培訓(xùn)[5]。醫(yī)學(xué)教育元宇宙具備超時空性、交互性、沉浸性和創(chuàng)造性特征。它突破了物理世界和虛擬世界的邊界，提供了新的學(xué)習(xí)視角，可幫助醫(yī)學(xué)生開展知識、技能和情感學(xué)習(xí)[6]。傳統(tǒng)一對一手術(shù)教學(xué)實(shí)踐模式，受導(dǎo)師、病例、倫理、醫(yī)療安全等多種因素限制，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用可以讓學(xué)生安全地進(jìn)行操作訓(xùn)練，提高手術(shù)技能，降低患者安全風(fēng)險。智慧實(shí)驗(yàn)室以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等新興信息技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)智慧化的教學(xué)科研活動，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室智能、安全、開放和高效運(yùn)行，是實(shí)現(xiàn)教與學(xué)變革的基礎(chǔ)，是創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量和水平的必然選擇。

我國助產(chǎn)專業(yè)本科教育相比于其他醫(yī)學(xué)專業(yè)起步較晚，但是日趨成熟的信息技術(shù)為助產(chǎn)專業(yè)帶來了很大的發(fā)展空間。在過去的十年里，我國大力發(fā)展助產(chǎn)本科教育，融入了國際助產(chǎn)士聯(lián)合會的先進(jìn)思想，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的核心勝任力，保障助產(chǎn)教育的先進(jìn)性和科學(xué)性[7]。助產(chǎn)實(shí)訓(xùn)是培養(yǎng)高質(zhì)量助產(chǎn)人才的重要形式，將信息技術(shù)融入助產(chǎn)教學(xué)，在元宇宙視域下構(gòu)建智慧助產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中，構(gòu)建起人與人、人與物、物與物交流互動的智慧化教學(xué)空間，促進(jìn)人員、環(huán)境、設(shè)備、軟件、資源、技術(shù)等要素的有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室全面感知、互聯(lián)互通和智慧化管理[8]，現(xiàn)將元宇宙助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室的特征和實(shí)驗(yàn)室設(shè)計思路報道如下。

1 元宇宙助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室的特征與功能

元宇宙是整合通信技術(shù)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、區(qū)塊鏈等技術(shù)的新一代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，通過用戶自主創(chuàng)作內(nèi)容把現(xiàn)實(shí)世界的經(jīng)濟(jì)、社交、身份系統(tǒng)帶入虛擬世界中，塑造出虛實(shí)融合、虛實(shí)共生的新社會形態(tài)。元宇宙具有萬物交互、虛實(shí)融合、去中心化等特征[9]。元宇宙視域下構(gòu)建助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室可以創(chuàng)造與真實(shí)世界平行的虛擬空間，打破時空限制，為助產(chǎn)實(shí)訓(xùn)提供高沉浸感的場景，同時尊重現(xiàn)實(shí)世界法律、倫理、道德規(guī)則，不受外界條件束縛地開展學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、分享等活動，包括開放學(xué)習(xí)空間、可視化教學(xué)、在線多元互動、智能安全管理等功能（見圖1）。

圖1 元宇宙助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室特征與功能

1.1 元宇宙助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建開放學(xué)習(xí)空間 元宇宙在參與者身份、互動對象、學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)空間、交互方式、教學(xué)資源等方面具有明顯優(yōu)勢，元宇宙助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用信息技術(shù)如虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、混合現(xiàn)實(shí)（MR）、全息投影技術(shù)、虛擬數(shù)字人等技術(shù)，構(gòu)建元宇宙智慧學(xué)習(xí)空間，為學(xué)習(xí)者創(chuàng)造情景化學(xué)習(xí)體驗(yàn)，如全息技術(shù)構(gòu)建不同的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生可以選擇自己喜歡的虛擬數(shù)字人來講解理論和示教操作，可以選用VR或MR技術(shù)練習(xí)助產(chǎn)操作，也可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)社交，多人協(xié)作共同完成沉浸式的練習(xí)，不受時空限制，在開放學(xué)習(xí)空間實(shí)現(xiàn)沉浸體驗(yàn)、虛擬仿真、虛實(shí)結(jié)合、溝通交流、虛實(shí)共生等多項(xiàng)功能，為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)環(huán)境。助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室融合了模糊集和云計算的理論，模糊集概念最初由美國Zadeh[10]教授提出，模糊集理論及其后的一系列拓展形式，如猶豫模糊集理論已經(jīng)應(yīng)用于教育領(lǐng)域[11]，利用云計算的高效和便利，在模糊集合及相關(guān)拓展理論下，對學(xué)生自主學(xué)習(xí)進(jìn)行偏好設(shè)置和評價。元宇宙助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室更加科學(xué)，為學(xué)生提供了更具個性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

1.2 元宇宙助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)可視化教學(xué) 元宇宙助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室將信息技術(shù)與教育教學(xué)雙向融合，體現(xiàn)“學(xué)生主體、學(xué)習(xí)主動、教師主導(dǎo)、內(nèi)容主線”的可視化教學(xué)，為學(xué)習(xí)者消除獲取信息、處理信息、應(yīng)用信息的障礙，從而實(shí)現(xiàn)高效與高質(zhì)的學(xué)與教[12]。助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用信息技術(shù)將助產(chǎn)技能可視化，學(xué)生可以通過虛實(shí)結(jié)合的信息技術(shù)看到操作對象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，佩戴MR眼鏡或者VR操作手柄跟隨標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程虛擬影像反復(fù)練習(xí)，如分娩機(jī)轉(zhuǎn)的學(xué)習(xí)和練習(xí)，學(xué)生通過佩戴MR眼鏡將不能透視的分娩模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)可視化，通過MR技術(shù)將真實(shí)世界的分娩模型與虛擬的圖像相重合，視覺感受胎兒在母體內(nèi)銜接、下降、內(nèi)旋轉(zhuǎn)、俯屈的過程，配合可視化的分娩機(jī)轉(zhuǎn)，觸覺感受胎兒仰伸、復(fù)位及外旋轉(zhuǎn)及胎肩娩出的過程，通過視覺和觸覺的直觀感受，虛實(shí)結(jié)合，將晦澀難懂的分娩機(jī)轉(zhuǎn)可視化，易于理解，便于掌握陰道分娩的接生要領(lǐng)，同時教師可以通過第三人稱視角看到學(xué)生的練習(xí)過程，并進(jìn)行指導(dǎo)和講解，將整個教學(xué)過程可視化，更直觀、更高效，不但實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的教學(xué)，而且減輕了教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，保證了教學(xué)的同質(zhì)化。此外，元宇宙技術(shù)還可以模擬各種分娩情況，讓學(xué)生更好地了解和掌握分娩過程，提高他們的應(yīng)對能力。

1.3 元宇宙助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室推動在線多元互動 利用元宇宙虛實(shí)融合的特性，可以進(jìn)行不同場景的在線教學(xué)，利用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，提高虛擬環(huán)境的真實(shí)感和沉浸感，學(xué)生通過智慧實(shí)驗(yàn)室平臺開展學(xué)習(xí)，靈活地切換不同場景，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)合作以及科研創(chuàng)新訓(xùn)練提高模擬訓(xùn)練的效果。元宇宙助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室可以幫助教師根據(jù)教學(xué)需求對課程進(jìn)行智能化設(shè)計，創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，制定教學(xué)資源，動態(tài)更新教學(xué)方案和策略，優(yōu)化教學(xué)效果，課后進(jìn)行動態(tài)反饋，共同完成“人機(jī)融合”教學(xué)。例如在虛擬課堂上教師和學(xué)生互動授課，學(xué)生也可以選擇虛擬數(shù)字人線上教學(xué)，在助產(chǎn)實(shí)訓(xùn)中，學(xué)生以不同終端通過AR/VR/MR設(shè)備進(jìn)行沉浸式一體化的虛擬學(xué)習(xí)空間多元互動等，圍繞教學(xué)實(shí)訓(xùn)、虛擬實(shí)驗(yàn)、虛擬見習(xí)、思政教育等教學(xué)場景，推動多點(diǎn)協(xié)作教學(xué)、遠(yuǎn)程互動教學(xué)、課后效果評價等多元互動在線教學(xué)，這種模式也能擴(kuò)展至助產(chǎn)士規(guī)范化培訓(xùn)等。

1.4 元宇宙助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室智能安全管理 目前國內(nèi)外學(xué)者對實(shí)驗(yàn)室安全評價體系和評價方法已經(jīng)展開了一系列研究和探索，有學(xué)者[13]從不同方面建立了電子實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險評價體系進(jìn)行風(fēng)險辨識，并據(jù)此制定了安全檢查表確定實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險等級。元宇宙助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室通過云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等實(shí)現(xiàn)管控智能化，對儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境各種信息進(jìn)行采集、存儲、分析、處理，對實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險進(jìn)行評估和標(biāo)識，并通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前的安全培訓(xùn)，讓學(xué)生在云端熟悉實(shí)驗(yàn)室的布局，了解實(shí)驗(yàn)室的安全等級；實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中實(shí)現(xiàn)全方位“實(shí)時感知、動態(tài)控制和智慧管理”，如通過信息化設(shè)備，記錄學(xué)生在課堂上的表現(xiàn)，以視頻的形式進(jìn)行反饋，更加直觀和有針對性，便于學(xué)生理解和接受；實(shí)驗(yàn)室管理人員可以通過終端對實(shí)驗(yàn)室環(huán)境實(shí)時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)異常，保證實(shí)驗(yàn)室安全；實(shí)驗(yàn)室管理人員也可以通過局域網(wǎng)或者互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行智能管理，即便是離開校園也能動態(tài)監(jiān)控，根據(jù)課程需求設(shè)置實(shí)驗(yàn)場景、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)物品、設(shè)定模擬人參數(shù)等。

2 元宇宙助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室主要架構(gòu)

元宇宙的核心技術(shù)包括區(qū)塊鏈技術(shù)、交互技術(shù)、通信技術(shù)、云和邊緣計算、高性能計算、物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器人技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能等技術(shù)[14]。元宇宙助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室架構(gòu)設(shè)計以GB/T36342-2018《智慧校園總體框架》[15]為參考，綜合基礎(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、硬件配置、數(shù)據(jù)平臺、軟件應(yīng)用、用戶訪問等各要素，設(shè)計統(tǒng)一規(guī)范、開放包容、互聯(lián)互通、共建共享、智能應(yīng)用為一體的新醫(yī)科高校智慧實(shí)驗(yàn)室體系架構(gòu)，包括基礎(chǔ)設(shè)備層、互聯(lián)傳輸層、支撐平臺層、應(yīng)用管理層、用戶終端層[16]。本研究結(jié)合元宇宙技術(shù)和助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)需求，將互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、5G、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等有機(jī)融合于實(shí)驗(yàn)室的管理和教學(xué)過程，基于互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建開放、互動、共享的綜合實(shí)驗(yàn)信息平臺，基于智能控制技術(shù)構(gòu)建可視化、智能化的自動化管理和監(jiān)控，基于云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的可視化采集、傳輸、交互、評價、應(yīng)用和服務(wù)，基于區(qū)塊鏈去中心化，實(shí)現(xiàn)多人協(xié)同、多角色共建的實(shí)驗(yàn)場景。元宇宙助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室架構(gòu)包括基礎(chǔ)層、平臺層、應(yīng)用層和用戶層，主要架構(gòu)如圖2所示。

圖2 元宇宙助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室架構(gòu)

2.1 基礎(chǔ)層 該層是助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)部分，由元宇宙環(huán)境和實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成，元宇宙環(huán)境由區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、5G、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)共同構(gòu)成，實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)設(shè)施以實(shí)驗(yàn)設(shè)備為載體，由實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)備、實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)感應(yīng)設(shè)備組成[17]，三者間通過信息感知技術(shù)完成數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)智慧實(shí)驗(yàn)室硬件環(huán)境的搭建。元宇宙環(huán)境與實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)設(shè)施之間相互交融，通過互聯(lián)網(wǎng)或者局域網(wǎng)搭建聯(lián)系通道，共同構(gòu)成助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.2 平臺層 該層由智慧管理平臺、智慧教學(xué)平臺和數(shù)據(jù)運(yùn)行平臺構(gòu)成，是助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室的核心數(shù)據(jù)支撐平臺。智能管理平臺具備智能管控、智能信息處理、智能信息反饋等功能，設(shè)定管理權(quán)限，執(zhí)行管理指令，將各軟件接口接入，使實(shí)驗(yàn)室達(dá)到系統(tǒng)化的智能運(yùn)行管理。智慧教學(xué)平臺是基于信息技術(shù)融合的專業(yè)知識、專業(yè)技能和多模態(tài)教學(xué)模式虛擬世界，可以進(jìn)行線上課程開發(fā)與共享，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行，以及多模態(tài)人機(jī)交互的智慧教學(xué)。數(shù)據(jù)運(yùn)行平臺獲取數(shù)據(jù)，集成數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換至智慧實(shí)驗(yàn)平臺，深度整合數(shù)據(jù)資源，統(tǒng)一信息管理，主要包括身份認(rèn)證、云計算與云存儲、數(shù)據(jù)庫、虛擬桌面、直播和錄播、大數(shù)據(jù)挖掘、服務(wù)器集群等基礎(chǔ)服務(wù)，為實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)融合和服務(wù)奠定基礎(chǔ)[18]。數(shù)據(jù)運(yùn)行平臺基于大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)分析和挖掘，為助產(chǎn)學(xué)習(xí)者提供個性化適應(yīng)性內(nèi)容。

2.3 應(yīng)用層 應(yīng)用層包括智慧管理平臺和智慧教學(xué)平臺。智慧平臺基于大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)，對實(shí)驗(yàn)室虛擬映像進(jìn)行全方位分析，管理儀器設(shè)備、控制設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備以及門禁設(shè)備等，可通過互聯(lián)網(wǎng)或者局域網(wǎng)進(jìn)行管理。校內(nèi)實(shí)驗(yàn)人員可以通過有線局域網(wǎng)和無線局域網(wǎng)訪問應(yīng)用服務(wù)器獲取需要的信息，校外人員可通過互聯(lián)網(wǎng)訪問，管理系統(tǒng)可以與門禁管理系統(tǒng)結(jié)合，也可以將訪問者身份與校園一卡通對接，實(shí)現(xiàn)學(xué)生考勤簽到、教師智能排課、實(shí)驗(yàn)分組進(jìn)行、實(shí)驗(yàn)過程跟蹤監(jiān)控及實(shí)驗(yàn)信息匯總統(tǒng)計等，實(shí)現(xiàn)師生之間、師生與設(shè)備之間、環(huán)境之間的智能交互。智慧教學(xué)平臺通過智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)支撐智慧教育的目的，開發(fā)沉浸式、靈活化的體驗(yàn)課程，開發(fā)具象化、情景化的多模態(tài)學(xué)習(xí)資源，優(yōu)化教學(xué)資源庫，提升教學(xué)質(zhì)量。

2.4 用戶層 用戶層體現(xiàn)以元宇宙的去中心化的特點(diǎn)為依托的交互形式，用戶以不同身份參與，提供同伴討論與協(xié)作、非角色玩家交流等交互方式。在此基礎(chǔ)上，不同身份訪問者可以根據(jù)自身權(quán)限參與元宇宙助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室，例如有課程建設(shè)權(quán)限的訪問者可以共同參與沉浸式實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)，多人協(xié)同完成教學(xué)目標(biāo)、實(shí)驗(yàn)操作流程、評價方式、注意事項(xiàng)等集體備課，利用元宇宙環(huán)境中不受現(xiàn)實(shí)世界的條件限制的特點(diǎn)，將臨床中的典型案例虛擬重現(xiàn)，使助產(chǎn)教學(xué)更加貼近于臨床；實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員權(quán)限的訪問者可以與供應(yīng)商進(jìn)行交流，通過云展廳瀏覽供貨種類，查看實(shí)驗(yàn)材料是否符合要求，按照流程進(jìn)行采購；學(xué)習(xí)者身份的訪問者可以選擇角色進(jìn)行沉浸式學(xué)習(xí)，通過單人操作或者是多人協(xié)同完成病例的治療和護(hù)理等。

3 結(jié)論

元宇宙改變了現(xiàn)有的學(xué)習(xí)空間和教學(xué)模式，醫(yī)學(xué)教育元宇宙是在新醫(yī)科背景下，將信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、5G、區(qū)塊鏈等技術(shù)融入醫(yī)學(xué)教學(xué)。有研究[19]顯示，我國近10年助產(chǎn)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)主要包括健康教育、循證護(hù)理、心理保健、延續(xù)性助產(chǎn)服務(wù)模式等。將助產(chǎn)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)與助產(chǎn)本科教育相結(jié)合，將助產(chǎn)士核心勝任力與助產(chǎn)技能培訓(xùn)相結(jié)合，在元宇宙視域下構(gòu)建助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室，為師生創(chuàng)造安全、智慧、高效的學(xué)習(xí)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源的有效整合，實(shí)驗(yàn)課程的智能安排，教學(xué)資源開放共享，以及大數(shù)據(jù)評價教學(xué)效果，也為師生和生生交流創(chuàng)造了無障礙條件，創(chuàng)設(shè)了沉浸式實(shí)驗(yàn)教學(xué)情境，構(gòu)建了新型智慧教學(xué)空間，有利于提高助產(chǎn)教學(xué)質(zhì)量。同時助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建綜合了設(shè)備管理和人員管理等方面，并對實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險進(jìn)行評價。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)著重加強(qiáng)安全管理，完善管理規(guī)則和安全檢查系統(tǒng)，定期開展安全培訓(xùn)，提高應(yīng)急救援能力[20]。但是要注意元宇宙中的倫理道德和職業(yè)規(guī)范，通過助產(chǎn)智慧實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展，利用大數(shù)據(jù)對平臺數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和預(yù)測，不斷促進(jìn)助產(chǎn)醫(yī)教技協(xié)同教學(xué)和產(chǎn)教研學(xué)用融合創(chuàng)新。