“金课”背景下虚拟仿真实验教学在预防医学人才培养中的重要性

徐海明 德小明 关素珍 李丽萍 张鹏举 乔 慧

（[1]宁夏医科大学公共卫生与管理学院 宁夏·银川 750004；[2]宁夏环境因素与慢性病控制重点实验室 宁夏·银川 750004；[3]宁夏医科大学护理学院 宁夏·银川 750004）

自2018年6月教育部陈宝生部长在“新时代全国高等学校本科教育工作会”上第一次提出“金课”概念以来，“金课”逐渐成为高等教育领域的热词（表1）。关于“金课”的基本内涵，可以概括为“两性一度”，即高阶性、创新性和挑战度。“金课”的提出给高等医学教育的发展带来了新的契机。作为高等医学教育的一个重要组成部分,预防医学的地位及重要性不断突显。2016年10月25日，中共中央、国务院公布了《“健康中国2030”规划纲要》，“纲要”旨在推进健康中国建设，提高人民健康水平。新时代的到来为公共卫生赋予了新的内涵，同时也为公共卫生事业的发展提供了新的机遇。作为公共卫生领域人才培养的基石，预防医学教育应加快改进人才培养模式，由理论性人才向务实创新的高素质应用型预防医学专业人才转变。作为五大“金课”成员中的一员，虚拟仿真“金课”可以借助信息技术、智能技术与实验教学的深度融合，有效破解高校实验、实习和实训中的难题。将虚拟仿真实验技术引入实践性较强的预防医学实验教学，对于创新实验教学模式和提高公共卫生与预防医学人才培养质量至关重要。

表1：与“金课”有关的重要事件梳理

1 预防医学实验教学过程中存在的突出问题

预防医学是一门实践性很强的应用型学科，其开课时间一般集中在本科教学的中后阶段。在前期的基础医学实验课程学习过程中，学生已掌握了一定的常规实验技能。而预防医学实验课程更加注重学生综合能力的培养。但是，大多数高校在开展预防医学实验教学时多采用“教师按部就班地教，学生按部就班地学”的程式化模式。在这个过程中，学生的注意力通常集中在具体的实验操作上，不利于学生分析并解决实际问题以及创新能力的培养。进而言之，这种培养模式不能满足当今社会对预防医学人才的需求。例如，随着突发公共卫生事件的不断涌现，公共卫生领域对公卫从业人员的应急准备和应急处置能力的要求越来越高。但是，突发公共卫生事件通常具有“突发”的属性，学生鲜有机会“身临其境”。部分内容只能选择观看视频的方式进行名不副实的实践教学，学生难以将课堂所学运用到实际工作中。

此外，实验教学经常受到场地、课时、经费投入等多方面限制。例如，《环境卫生学》及《职业卫生及职业医学》课程实验内容涉及大气、水体、职业场所等采样内容。出于安全考虑，大部分高校并不具备将学生带进现场开展实际采样的条件。尴尬的是，此类实验难以在常规实验室中进行较好地模拟。

综上，现有的培养路径限制着预防医学实验教学的发展，同时无法满足当今社会对于公共卫生领域实用创新型人才的培养需求。因此，如何有效的解决上述问题，成为摆在每一位预防医学教育工作者面前的一个难题。

2 在预防医学实验教学中开展虚拟仿真实验的必要性和价值

虚拟仿真实验教学项目，是推进现代信息技术融入实验教学、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措（表2）。在医学领域，2013年-2015年先后成立33个医学类国家级虚拟仿真实验教学中心。此后，在《教育部办公厅关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》（教高厅〔2017〕4号）文件中明确，除了基础医学、临床医学等医学学科外，预防医学也有布局。尤为值得一提的是，在教育部推出的首批国家级一流本科课程中，包括7项公共卫生与预防医学类虚拟仿真实验教学项目（表3）。因此，将虚拟仿真技术应用到预防医学实验教学课中已是大势所趋，将会为预防医学实验教学的开展及实用创新型预防医学人才的培养提供全新的手段。

表2：与“虚拟仿真实验教学项目”有关的重要事件梳理

表3：2017年-2020年示范性虚拟仿真实验教学项目建设规划（医学）

2.1 丰富教学方式，拓展教学范围，提升教学效果

实验教学与理论教学共同组成一个完整的教学过程。实验教学是学生将理论知识具体化的最主要手段。所以实验教学与理论教学应相辅相成，并且实验教学手段应该更加丰富，以便达到培养学生实际操作能力的要求。虚拟仿真技术将实验以更为直观和形象的方式向学生展现，可以刺激学生的视觉和听觉等各种感官系统，激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性和主动性。在这个过程中，学生由单纯的模仿者向探究者和创造者转换。同时，教师可以将课程内容相关的教学资源上传至虚拟仿真实验平台，便于学生开展课前预习和课后复习，从而取得更好的教学效果。

预防医学实验课中经常需要用到大型仪器设备，这些仪器都需要经过专业培训后才能上手操作，这就给实验教学带来了一定限制。例如，卫生化学是高等医学教育预防医学专业学生必修的专业基础课，其主要任务是为学生讲授专业课和生产实习所必需的分析科学基础理论、基本知识及基本技能，是一门实践性很强的学科，仪器分析是其重要的课程内容，但目前无法做到让每个学生都可以动手操作，教学效果不尽如人意。虚拟仿真技术可以实现从实验前准备到仪器上机操作整个环节的仿真模拟，每一个学习者都可以参与到整个实验操作过程中来（可以借助头盔显示器或VR眼镜等设备获得更佳的感官体验），可以从一定程度上改善仪器设备对实验教学的限制。

2.2 突破传统限制，“亲临”公共卫生突发事件现场

预防医学专业人才是突发公共卫生事件应急处置的排头兵和主力军。近年来，尤其是2019年年底新冠肺炎疫情（COVID-19）发生以来，其应对突发公共事件能力受到各级医疗、疾病防控部门及教育部门的高度重视。在这个时代背景下，提升学生大预防观思维和协同处置能力，特别是突发公共卫生事件应急能力显得尤为重要。例如，公共场所生物恐怖袭击是重要的公共卫生突发事件。在常规教学过程中，教师无法在课堂上进行实例教学。虚拟仿真技术可以弥补这种弊端，利用计算机技术实现对公共场所生物恐怖袭击卫生应急处置的仿真模拟，让学生“身临其境”，通过交互式操作步骤引导学生学习此类公共卫生突发事件发生时的规范化处置流程。特别值得一提的是，哈尔滨医科大学吴群红教授申报的《公共场所生物恐怖袭击卫生应急处置关键技术仿真与模拟》被评为国家级虚拟仿真实验教学项目和首批国家级一流本科课程。

再如，传染病疫情的预防和控制是疾控系统工作的重点。但是，在传统的预防医学实验教学过程中，多采用理论教学方式，教学效果不甚理想。我们可以充分利用虚拟仿真实验手段，以互动式的情节“还原”传染病暴发、疫情上报、疫情防控等场景，让学生可以“零距离接触”此类公共卫生突发事件现场并参与整个应急处理过程。通过虚拟仿真项目学习，可以加深对理论知识的掌握，锻炼动手能力，为今后走向疾控工作岗位打下良好基础。西藏民族大学和东南大学联合建设的《呼吸道传染病突发事件应急处置及效果的虚拟仿真实验》应用系统动力学模型和虚拟仿真技术对呼吸道传染病突发事件应急处置的过程进行仿真模拟，通过事件发现与报告、流行病学调查、事件现场处置、事件总结报告的四个阶段以及实时的结局监测，突出以公共卫生应急核心胜任力为导向，培养学生熟悉应急处置过程中的15个知识点和掌握应急处置的14种能力。学生通过虚实结合，反复训练或设计实验，从而提高学生对突发公共卫生事件现场的处置能力。

2.3 助力实验室管理，保障实验室安全

实验室安全是开展实验的前提和保障，然而近些年实验室安全事故频发，代价惨痛，给全社会敲响警钟。通过虚拟仿真技术可以创建危险品泄露、火灾、爆炸等实验室常见安全事故的虚拟现场，成为提升学生及实验室管理人员现场应急处理能力的最佳方法。笔者申报的《CDC病原微生物实验室生物安全事故应急处置》利用“场景构建虚拟仿真实验教学方法”，实现了对CDC病原微生物实验室生物安全事故应急处置全过程的仿真。通过项目学习，可以使学生掌握实验室生物安全事故应急处置的要点，进而为预防和迅速控制病原微生物实验室生物安全事件，最大程度地减少实验室生物安全事件造成的危害，保障公众、环境的生物安全，维护社会稳定提供有力支撑，该项目在实验空间的链接为http://www.ilabx.com/details/v5?id=3806&isView=true（图 1）。

图1：《CDC病原微生物实验室生物安全事故应急处置》虚拟仿真实验项目截图

3 结语

长期以来，中国普通高校公共卫生教育主要是效仿苏联的模式。到目前为止，培养框架一直没有发生实质性改变。由于受到重理论轻实践思想的禁锢，普通医学院校培养的预防医学人才并不能完全满足疾控一线工作的实际需要（如缺乏对突发公共卫生事件的应急处置能力等）。

虚拟仿真实验教学是推动实验教学改革与创新的重要手段，是提高教学效率、提升教学效果的重要途径。虚拟仿真“金课”，已经成为中国教育“变轨超车”的创新一招。作为传统实验教学方法的重要补充，虚拟仿真实验教学的发展是顺应时代改革的必然趋势。有理由相信，随着虚拟仿真实验系统的不断完善，将会为培养务实创新的高素质应用型预防医学专业人才提供更好的平台，也会为预防医学实验教学带来新的机遇和突破。