虚拟仿真气管切开术护理实践教学项目的构建和开发

张敏利，张晓妮，王航辉，罗学斌，古永红，靳爱莉，张陇平，范晶晶

(1.西安外事学院医学院,陕西 西安 710077；2.深圳市萨米医疗中心,广东 深圳 518118；3.西安市第一医院,陕西 西安 710001)

虚拟仿真技术在我国处于快速发展阶段，但是只有极少数国家级实验室利用该技术开发了虚拟仿真项目，并没有被广泛运用于护理部分实践教学中；虚拟仿真教学在护理实验教学方面的应用，使传统的教学工具发生了很大转变，也提高了护理实践教学质量[1]。学术虚拟仿真教学项目的实验教学效果,在研发期间通过不断的改良和试用，取得了较好的教学效果[2]。相比传统的护理实验教学主要借助实验室模拟人或者标准化患者真人开展，教师示范和学生练习都离不开模拟人或者真人。模拟人及相关耗材成本高，针对创伤性和侵入性操作用真人做示范和练习，不但练习次数有限，时间固定，无形中会降低学生的学习兴趣，而且这种教学方式受时间、地点、人力资源、耗材等因素的影响，存在诸多不足，据统计，耗材经费在实验室教学经费中的占比高达70%左右[3]。针对以上不足，有研究人员相继开发了不同功能的虚拟仿真实验项目，并将广泛应用于护理实践教学[4]，本研究重在对气管切开护理技术进行探索和开发，并不是每一项护理操作技术都可使用虚拟仿真模拟教学且效果好，我们必须通过探索验证开发才能广泛运用到实践中，根据以往的研究发现，导尿术的开展已经初见成效，导尿术是护理操作中的重点和难点，操作复杂、知识点多，可以考查学生综合能力和水平，耗材经费多。由此推测，气管切开技术是一项综合护理操作技术，考核学生的多项技术：如无菌技术、换药技术、吸痰和肺部听诊等。需要耗材也多，能否顺利开展虚拟仿真教学需要进一步分析和验证。这次实践教学之前发生国难疫情，为了响应校方提出的“停课不停学”的号召，学生在前期网上开展理论教学，实践教学面对面难以开展，因此虚拟仿真新的实践教学项目的探索和开发势在必行。现将该项目探索和开发情况汇报如下：

1 研究对象和方法

1.1 研究对象与项目构建方案

2018级护理高职学生36名，男6名，女30名；年龄18～21(19.06±0.36)岁。均为高考统招学生。按照高职护理学生培养计划在第三学期开设《急危重症护理学》课程，气管切开术护理是急危重症护理学的必备技能。具体教学方法气管切开护理虚拟仿真实践教学项目的开发，该实践教学项目将采用拟仿真教学项目采用VRT的计算机多媒体技术和图形三维算法，构建虚拟仿真护理实践教学系统运用WEBVRML虚拟现实技术[5]，并用Proteus软件设计了一个病房呼叫器是面向用户的网页层[6]，包括气管切开护理操作(适用于师生，有练习模式和自测模式)和H志管理(适用于教师)两大部分。中间的技术层，运用Unity3D、StUdio Max系统设计现实事件的环境和影像学数据，构建虚拟模拟的医院护理工作和场景模型，将合成的气管切开技术护理操作项目嵌套在系统中，包括用VRML编写虚拟仿真气管切开技术护理实践教学和训练所需要的物品[7]；将三维模型特定场景数据导入到模型数据库，训练模型操作，场景中需要配套的音频、视频文件进行集成，生成面向医院环境的护士和患者的互动框架，以保证人物、环境、场景的流畅性和逼真性。

1.2 气管切开护理技术设计路线图

运用虚拟仿真实践教学，根据操作流程图(图1)设计如下：

图1 气管切开护理技术设计路线图

在Unity3D、StUdio Max系统设计下，通过手机App登录虚拟仿真护理实践教学平台，输入登录账号和密码，可选择护理实践技术中的气管切开术护理操作。这项操作由有色光引导，分为考核模式和练习(包括自测)模式，两种模式均包含虚拟护士和患者角色、虚拟病房、虚拟操作用物三大情景板块。如果选择练习模式时，进入气管切开护理技术项目的两名护生扮演虚拟护士A和护士B的角色，全程需要有色光线指引，通过屏幕点击选择护士要去的位置(护士站、病房和治疗室)。操作要点均以浮标的形式出现在相应的操作位置上，绿色光浮标提示下一步操作，点击即可引导虚拟护士B完成相应的动作。在虚拟ICU病房虚拟护士A与护士B双人核对操作界面弹出的电子医嘱，点击确认，核对医嘱完毕，在虚拟治疗室，虚拟护士B按照操作程序完成洗手戴口罩，准备用物等操作前期准备工作，点击用物准备，操作界面就会出现供你选择的治疗盘和永无，学生根据自己所需进行选择所需用品，并放在相应的位置便于操作，护士进入ICU 虚拟病房，项目界面会跳出虚拟患者的电子手腕带和床头卡信息，虚拟护士B和虚拟病人进行语言沟通并再次核对医嘱及患者，核对无误再次确认。气管切开的患者大多不能自主活动，护士是主导，要注重人文关怀，和患者不断地进行沟通很关键，虚拟护士开始自己的操作，和真实操作程序一样，教师和其他学生都能在主界面看到。在界面的右上方，增设特色模块，如执行消毒操作时，界面右上方会放大患者的操作部位，将患者的气管切开部位呈现出来，并在相应的位置标注名称和消毒顺序的文字描述；先评估患者的意识状态，检查肺部有无痰鸣音和异常的呼吸音，检查时界面会放大胸部，界面清晰显示操作的正确性，吸痰时准备插入吸痰管前，界面左上方会自动切换成气管切开口动态图，指导操作者吸痰管插入的深度。最后，在绿光操作指引的帮助下完成吸痰操作，然后按照程序消毒，用无菌操作技术更换纱布，并在气管切开口盖上湿纱布。操作过程和真实操作并无差异，操作后再次评估患者意识，听诊患者肺部。操作后进行整理用物，七步洗手法洗手、记录生命体征痰液的性质。练习模式结束后，可按自测按钮，界面会显示操作自测成绩报告，这时候还会告诉学生扣分项，学生根据自己成绩结果反馈可以反复练习不足环节直至满意为止，如果操作顺利可以选择退出。

教师指导学生进入护理学虚拟仿真教学平台后，教师可选择进入气管切开术护理项目管理界面，查看学生的自测记录和网上考核成绩。教师登录教师(仅限教师使用)界面，随时观看学生测试报告，分析操作失败原因，可以充分暴露学生操作中的问题，以便教师在课堂中及时纠正和个性化的引导，争取让每位学生操作不掉队。通过反复练习和教师引导，学生操作成绩会有很大的提高，也能提高学生的学习兴趣。

1.3 虚拟仿真气管切开术护理实践教学方法

该项目是在探索和开发阶段，能否取得更好的学习效果有待进一步验证，实践教学之前学生已经通过学习通和腾讯直播参加了理论课程的学习，采用线上理论和虚拟仿真实践教学方法相结合。可以让教师两种教学方法同时进行，示教结束后，学生在个人计算机上操作该项目，发现问题及时与教师交流。按照传统教学教师利用实验室设备用物材料模拟人示教，并向学生讲解虚拟操作与实训操作的异同，学生分组练习，一人利用模拟人练习操作，其他人利用虚拟仿真项目为其纠错。课后学习阶段，学生既可以利用气管切开护理虚拟仿真教学项目进行练习，也可以申请实验室进行练习。学生自身感受项目利弊，将反馈结果进行综合评价，如果效果好，我们将此项目系统化和规范化，广泛采纳和使用，如果效果不理想，我们将持续改进和调整，见图2。

图2 教学方法示意图

2 讨论

当今世界，各个行业更加注重综合型、应用型和技能型的人才，护理行业人才以护理实践技能为主，我院对综合型复杂性的实验技术投入了一定的人力、物力、和财力，但是离名校护理专业的实验水平还有一定的差距，在注重综合实验技术构建和开发的同时，更要启发和培养学生的自主实践能力。

2.1 帮助学生深入强化理论学习知识，增强学生的实践水平

2019 年国家级虚拟仿真实践项目要求明确是否纳入教学计划，实践教学模式和人才培养方案教学计划紧密联系，强化了项目与教学计划的关系，使虚拟仿真项目实验教学加强了仿真度和有效性[8]。研究发现[9]：国家虚拟仿真实验教学项目有巧妙地构思，丰富精彩的内容，先进的实验技术。灵活的试验方法，客观公正的实验评价指标[10]，使抽象概念展现得更形象，学生理解透彻深入等竞争优势，鼓励推广。

2.2 提高护生的学术素养和实践素养

实验实践过程蕴含丰富的信息，学术素养和实践素养不是手把手教出来的，高校教师在实践教学知识传授识和能力培养提升的同时，培养学生的学术素养和实践素养更重要，帮助学生树立良好的思维习惯，用来诠释实验、实践的真正意义[11]。

2.3 促进线上资源和线下资源的紧密结合

虚拟仿真实验教学项目以线上资源为主，但是更需要线下资源相匹配[12]，气管切开护理技术是一项护理综合实训技术，需要单一的护理技术综合在一起，更多的资源、人力、财力不可避免，为了发挥实践教学的优势，我们唯有和线下资源紧密结合，虚拟仿真实验教学项目针对创伤性侵入性的操作技术不能简单地替代，把握住实而不虚的原则。为了护理综合实训如气管切开护理虚拟仿真实践教学的优势，应根据实际情况建设虚实结合的实验体系，使学生感觉像在真实的情境中。

研究显示[13]，虚拟仿真部分护理实践教学项目的构建和开发极大地突破了传统实验教学的束缚，学生可以根据自己的时间和兴趣来安排实践学习虚拟仿真实验项目，学生的主观能动性有了很大程度的提高，并拓展了学生的眼界[14]，促进师生创新思路的构建，为学校培养出给更多的创新型人才提供保障，师生可以在实践教学创新平台上绽放光芒。

3 结语

在“双一流”建设背景下，虚拟仿真气管切开术护理实践教学项目的构建和开发不仅可以节约实验教学成本，而且提升虚拟仿真实验教学项目的高阶性、创新性和挑战度[15]，通过对此项目的构建和开发，我们充分发挥科研育人、实现科研项目落地举措，把科研创新出成果向实践教学转化，进一步推广使用。打造一批实践教学能手，拓展实践教学的深度和广度，提升高校实践教学质量。