后疫情背景下虚拟仿真教学在某医院本科生外科教学中应用的SWOT分析

陈开波，叶 松，范 让，谢小洁，黄 翼，刘维峰，蔡浩雷，吴志伟，金晓立，洪士焱，陈 健

(浙江大学医学院附属第二医院：1.胃肠外科；2.肝胆胰外科；3.教学部，浙江 杭州 310009)

2020年我国国务院《关于医学教学创新发展的指导意见》(国办发〔2020〕34号)提出：以“大国计、大民生、大学科、大专业”的新定位推进医学教育改革创新发展，服务健康中国建设和教育强国建设，强化现代信息技术与医学教育教学的深度融合，探索智能医学教育新形态。虚拟仿真教学是其中一种值得探索与推广的 “互联网+”智慧教育方法[1]。医学本科生理论学习机会多、临床实操机会少，总体的临床思维能力和操作技能较弱。虚拟仿真(virtual simulation)教学因其沉浸感(immersive)、交互性(interactivity)和构想性(interaction)这三个先天技术优势[2]，通过虚拟环境的感官刺激营造身临其境的感觉，与虚拟环境的操作实现互动和反馈，利用虚拟环境激发想象力和创造性思维，促进学生对于医学实践的认知，有利于提高医学生的学习兴趣和效果。本文通过SWOT(strengths/weakness/opportunities/threats，即优势、劣势、机会和挑战)一种矩阵思维方法，分析后疫情背景下本院利用自身的条件、把握国家政策和信息化发展的机遇来开展临床外科课程虚拟仿真本科生教学的具体优势、劣势、机会和挑战，并提出相应的对策，为进一步普及和深化医学教育信息化改革提供经验借鉴。

1 SWOT分析背景

SWOT是一种基于矩阵图的思维框架，20世纪80年代初由美国旧金山大学的管理学教授韦里克提出，主要用于企业或事业单位的管理。本文借助SWOT的思维方式，从优势、劣势、机会以及挑战这四个方面综合分析后疫情背景下医学虚拟仿真教学在医院的发展策略(表1)。

表1 综合性大学附属医院开展虚拟仿真本科生教学的SWOT分析

2 SWOT分析

2.1 优势

2.1.1 VR技术优势

虚拟仿真也称为虚拟现实(Virtual Reality,VR)，是一种新兴的教育手段，始于20世纪60年代，并在90年代初被初步应用于医学领域中，逐渐在医学教育中占有一席之地[3-4]。目前主要有两种模式：在线虚拟仿真实验教学和线下虚拟仿真实训教学。在线虚拟仿真实验教学具有便捷、共享和资源丰富等优势；而线下虚拟仿真实训教学具有操练学生动手能力的优势。医学生在临床上实际操作机会少，虚拟仿真可以模拟各种外科教学场景，重复和择时练习医学技能，减少教学成本和风险，提高学生学习的积极性和效果[5]。医学生从高校学习阶段逐渐过渡到床边学习阶段，通过虚拟仿真教学，可以在无风险的情况下掌握人体解剖知识、问诊能力、外科常见疾病的临床思维以及临床操作和手术等，同步提高医学理论和实践能力[6]。虚拟仿真课程也促进教师角色的改变，从教师主导的学习方式转变为以学生为中心的学习方式，一方面外科教师减少了传统授课的内容，增加了有效组织课程和协同学习的任务；另一方面，学生可以主动探索研究、独立思考、集中注意力，利用VR技术充分调动视听触感觉来解决具体的临床问题。

2.1.2 教学平台优势

我院为综合性大学附属医院，其外科有150余年历史，学科实力强，区域影响力大，设有多个亚专科，临床病例及病种丰富，可以利用一流的学科优势来支撑一流的课程建设。外科教研室组织架构完整——“教研室主任-脱产秘书-骨干教师-带教教师”，师资队伍优秀，博士学历者占60%以上，部分有海外求学或工作经历。本院学生综合学习能力强，对新的教学方法有很好的接受和适应能力。

2.1.3 医院信息化优势

医院配备有信息化图书馆和多媒体教室，网络学习资源丰富，如Uptodate手机端数据库、临床思维训练平台、人民军医手术视频库，使师生能够充分利用信息通信技术自主学习。医院利用国家级及校级慕课，在疫情防控期间大力发展线上线下混合教学。医院技能中心配备VR腹腔镜手术模拟训练系统——贝德思达LAP Mentor，可开展VR下外科操作或手术，包括腹腔镜下移动目标物体、缝合打结、胆囊切除术、阑尾切除术以及疝修补术等模块，该模拟器仿真度高，有内窥镜、抓钳、持针器、电凝钩等器械，学生在操作过程中有沉浸感和互动体验，操作灵活。同时，医院鼓励虚拟仿真课程在临床教学中的应用，积极开发基于VR的外科临床教学模拟系统。

2.2 劣势

2.2.1 VR成本高

虚拟仿真场景及人体结构搭建成本和VR教学设备价格高昂，后期的维护成本较高，从而增加了虚拟仿真教学在外科大范围应用的难度[7-8]。在线虚拟仿真实验教学平台数据存储、传输、下载量较大，在网络不畅的情况下可能出现卡顿等情况，影响教学质量[4]。

2.2.2 VR与临床实践有差距

虚拟仿真操作器械实物感不足，虚拟的人体缺乏弹性形变和力反馈等。相对于实际手术操作，学生在操作虚拟仿真设备时，无法到达对心理素质的锻炼，也缺乏对学生团队意识以及医患沟通能力的培养[9]。虚拟仿真教学搜集的临床案例库有限，无法做到快速更新教学内容。

2.2.3 设备数量与学生不匹配

虚拟仿真教学的设备昂贵，所以医院里配备VR设备数量少，与学生的数量不匹配，导致学生进行虚拟仿真练习的机会减少，学习效果下降。

2.3 机会

虚拟仿真技术应用于我国医学教育领域的相关研究历经3个阶段：起步阶段(1996年-2005年)、扩大阶段(2006年-2012年)、暴发阶段(2013年-)[10]，当前处于研究暴发阶段，出现了众多虚拟仿真技术与多种学科相融合的教学探索。自2014年教育部发布《关于开展2014年国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》(教高〔2014〕30号)，我国已开设有2 000余项国家级虚拟仿真实验教学课程，其中医药类课程有300余项，分别为基础医学类(36%)、临床医学类(28%)、药学类(15%)、中医类(12%)和医学技术类(9%)[11]。2020年国务院《关于医学教学创新发展的指导意见》提倡现代信息技术与医学教育教学的深度融合，探索智能医学教育新形态。随着信息技术的不断改革更新以及手机终端的大规模普及，“互联网+教学”如慕课、远程教学、虚拟仿真教学等教学方法层出不穷，医学生对于虚拟仿真技术的接受程度也越来越高。

2.4 挑战

2.4.1 疫情影响集中学习

目前新冠疫情在全国大部分地区得到有效的控制，但仍处在“外防输入、内防反弹”的后疫情时期，此阶段对于疫情的防控也尤为重要。医学生的集中学习无论是次数和人数会受到限制，对学生的管理提出了更高的要求。

2.4.2 课程建设要求高

虚拟仿真课程教学内容需要从学生需求出发，选择合适的学科及主题，减少课程内容上的重复和资源浪费，突出重点难点，将创新的教学方法应用于虚拟仿真课程。目前虚拟仿真外科临床课程涉及解剖知识、影像技术、临床思维、动物实验、临床技能和手术操作等。若教学内容过于冷门，将导致学生参与度下降。

虚拟仿真课程建设存在技术挑战，医学教师虽然有计算机基础，但是缺乏交互性网站或VR设备开发能力；而互联网公司技术人员无医学背景，无法直接完成临床数据的采集，故无法完全满足带教教师的教学设计。若虚拟仿真课程的视觉、听觉和触觉仿真程度不足，也会导致学员学习兴趣下降。

2.4.3 师资力量薄弱

虚拟仿真课程的师资力量严重不足，临床外科教师需要平衡繁重的临床工作和教学活动之间的关系，外科教师习惯于实体的教学活动，对虚拟仿真教学相对陌生，总体信息素养和综合管理能力有待进一步提升，目前也缺乏一个成熟的信息化师资培训体系。网络平台后期的维护和更新也需要教师支持。故课程建设和实践教学应用均存在难度。

2.4.4 学生管理难度加大

医学生学习效果部分取决于他们的自律程度，需要利用技术手段来规避代课行为，虚拟仿真课程的学员考核评价可否作为学生的平时成绩或者作为考核的部分，虚拟仿真技能操作如何定量评价也需要进一步细化。

2.4.5 区域发展不平衡

我国不同地区的经济水平、信息化水平、学校和医院的政策导向造成各省虚拟仿真教学开展情况不同[12]。据统计，我国已建国家虚拟仿真教学平台在地区之间的分布差异明显，而广东、山东、湖北、浙江这四个省在平台数量上较为领先，均超过20个。相对来说，信息化水平较高的地区，虚拟仿真教学应用程度更高[13]；另外，部分线上课程未对外开放资源，或线下课程需要配合特殊VR设备，导致学生无法获得教学机会。

3 虚拟仿真课程开展策略

3.1 S-O策略(机会优势组合)

3.1.1 建立“医学+X”多学科交叉融合平台

发挥综合性大学的优势，与工科和信息学院多元合作，既注重基础，也紧贴前沿，建立“医学+X”多学科交叉融合平台。我院外科与高校工程学院合作来进行几何和物理建模，研发B超引导下虚拟仿真穿刺活检操作，使其成为符合临床教学需求并可持续再生的辅助手段。以“高阶性、创新性、挑战度”为标准，加强虚拟仿真与外科具体案例的融合，拓宽外科不同专科的应用场景，设置学员分层和难度进阶，形成以虚拟仿真技术为特色的课程体系。我院正筹建“普外科常见疾病的外科临床思维训练”的虚拟仿真课程体系，可以逐步导入临床典型案例，模拟接诊过程，提高医学生对普外科常见疾病综合诊治的思维能力。

3.1.2 创建智慧型学习生态

虚拟教学可以有机结合情景化学习、以案例为基础的学习(CBL)、小组合作讨论型学习以及案例互动型学习等，创建智慧型学习生态。情景化学习和CBL可以提高学生的临床代入感和共情力，培养学生医患沟通能力。小组合作讨论型学习和案例互动型学习可以将个体学习变成集体网络学习，实现集体智慧。部分虚拟仿真技能培训课程中可引入同伴互助学习法(PAL)，研究表明该方法可提高学生间的合作和互动[14]。例如，将优秀的规培医师和医学本科生匹配，每周通过虚拟仿真实验平台学习胃管置入术，他们可以通过视频对话进行交流并对学习过程及时反馈。

3.2 S-T策略(优势威胁组合)

3.2.1 基于“智慧课堂”的学生管理

“智慧课堂”指将课堂概念延伸至课外，由物理环境延伸到网络虚拟环境，形成智慧学习空间。虚拟仿真课程安排需要紧贴教学大纲和学生需求，优选课程内容，着重培养学生的岗位胜任力，提高教师的管理能力。第一，后疫情期间，可适当增加在线虚拟仿真实验教学，利用群组聊天形成师生互联的教学和管理网络，采用人脸识别技术来规避代课行为，教师后台可实时监控和搜集学生数据，来管理和改善教学系统。第二，严格管理线下虚拟仿真实训教学，我院利用钉钉软件和行程码识别学员是否去过疫情中、高风险地区，每日须上报个人健康日报，新冠病毒疫苗做到“应接尽接”，出返省需钉钉流程审批，同时，对VR教学设备定期消毒，分时段练习，保证学生之间的安全距离，全程佩戴口罩，加强室内通风。第三，提高虚拟仿真教学结果在学生总成绩中的占比。

3.2.2 驱动教师团队的信息化步伐

提高教师对虚拟仿真课程的重视程度，加强师资选拔和培训，我院每半年组织一次院内虚拟仿真教学师资培训，邀请有虚拟仿真教学经验的教师授课，并积极鼓励临床教师参加国家级或省级的师资培训班。组织优秀的团队，包括互联网公司技术人员来搭建信息化平台，促进师生信息互联。需使学生学习界面人性化、易操作、仿真度高、交互性强，具备反复练习和评价反馈功能。我院在虚拟仿真实验平台建设中分别设置了教师端和学生端，教师可实时对学生的实验情况进行检查、督促和批改；同样地，学生可以在线完成实验报告递交、查看成绩和评语，与教师网上交流。

3.3 W-O策略(机会劣势组合)

3.3.1 基于数据整合教学资源

“能实不虚，虚实结合”，虚拟仿真课程建设需要充分考虑应用虚拟仿真技术的必要性和建设后的使用率。第一，需在教学过程中积累数据和调查问卷等信息，来分析教学资料的短缺。第二，分析国内外现状，整合优质教学资源，取长补短，在已建成的虚拟仿真课程框架里添加新的医学内容，来降低所需课程的建设成本，并在全国范围内共享虚拟教学课程。第三，VR设备可以部分取代操作类的项目，减少外科耗材和医疗模型的损耗。

3.3.2 以知识的连续性打破时空的局限性

改变集中授课的模式，开展围绕“智慧课堂”的教学改革，形成线上线下混合的教学模式，激发学生的兴趣，充分发挥学生的自学能力。第一，引入“翻转课堂”到虚拟仿真教学课程中，将医学基础知识放到课程前预习，课程前可加入小测验来评估学生的准备度。我院目前正在开展基于团队的学习(TBL)，研究结果提示课前的预习可以显著提高学生的准备度和参与度[15]。第二，虚拟仿真课程也可作为传统课程或网络课程课后的补充，巩固和拓展学生的知识和能力。第三，在线虚拟仿真实验教学平台全天候开放，打破时间和空间的局限性，也减少组织管理成本。第四，利用学校丰富的图书馆电子资源，鼓励学生搜索文献和使用医学数据库，培养学生自主学习、持续学习和终身学习的能力，使学生的知识能够得到不断更新。

3.4 W-T策略(挑战劣势组合)

3.4.1 合理架构人才体系，精准支撑教学发展

增加师资人才培养和储备，架构教学团队来负责开发、运行和维护虚拟仿真系统。挖掘医学八年制宽基础的临床教师，增加国内外交流，有利于多学科的交叉融合。外科教师普遍有较强的动手能力，可融合各亚专科的技能操作如不同部位的穿刺、插管、腔镜手术等。借助教学改革课题和教育经费的支撑，自主研发高质量的虚拟仿真实验室和VR设备，我院目前正在开发“基于VR构建外科医学教育情景模拟培训系统”，可以模拟多种基本外科技能操作，让学生在虚拟场景下完成技能培训。VR可以对本院外科教学的薄弱环节补强，并通过不断升级，在优质教学内容的基础上建立“金课”。

3.4.2 传承“3H”理念，以临床岗位胜任力为导向的考核体系

传承本院百年的“3H”理念(Heart是心中的良知，Head是大脑里的知识，Hand是手上的技能)，以现代6大核心岗位胜任力(照顾患者、人际和沟通能力、职业精神和素质、医学知识、基于实践的学习和改进以及基于系统的实际)为导向，将形成性评价与终结性评价相结合：①课程建设阶段，重点突出形成性评价手段的应用如课前及课后小测试、同伴评价、直接观察评价等，便于实时反馈。我院目前开设的在线虚拟仿真实验教学主要涉及的评价点有学生问诊、查体、诊疗过程考核、专家同步评价和课后思考题；②有效融入课程思政评价，加入“健康中国”、团队合作精神、人文关怀等分值；③“考教结合”，建立公平透明的考核体系——将虚拟仿真课程的平时成绩和出科成绩作为外科轮转的成绩评定之一。

3.4.3 构建“5G”虚拟仿真系统医联体，发展远程教学

开放虚拟仿真教学平台，医院、地区之间加强合作交流，推广可验证的自学模式，利用“5G”互联网的数据传输能力，将医院的教学资源辐射到医联体医院，构建虚拟仿真系统医联体，发展远程教学，地区间均衡发展，虚拟仿真技术惠及各级医院。

4 结语

新型冠状病毒疫情给当前医学本科生的外科教学带来了困难和挑战，而科技的发展促成了虚拟仿真教学的蓬勃发展。为了更好地“扬长避短”，从虚拟仿真技术的优缺点入手，利用SWOT方法分析了后疫情背景下在综合性大学附属某医院外科开展虚拟仿真本科生教学的内部能力和外部因素，并提出了上述多项应对策略，旨在为我国其他院校提供部分经验借鉴。