虚拟仿真系统在现场流行病学教学中的应用

胡 琴，张 耀，向 颖，邬 娜，贾潇岳，袁志权，陈 峥，夏婷婷，马翔宇，李亚斐

陆军军医大学军事预防医学系军队流行病学教研室（重庆 400038）

近年来，突发公共卫生事件频发，对我国应急处置能力提出了更高的要求[1]。现场流行病学课程强调将流行病学研究方法应用于突发公共卫生事件调查处置中，旨在传授学生现场处置突发公共卫生事件的基本知识，培养学生的实践能力[2-3]。但目前教学体系普遍存在“重理论，轻实践”的现象，导致学生现场实践技能欠缺[4]。为促进建设更丰富多元、灵活适用的实验教学中心，教育部提出建设国家级虚拟仿真实验室的计划[5]。虚拟仿真系统利用现代化信息技术，通过模拟高度仿真的突发公共卫生事件处置现场，为学生搭建一个无风险、可调控、可重复的专业知识与技能实战化训练平台，缩小理论教学与现场处置的差距，加深学生对理论知识的理解，突出学生主体地位的教学理念，充分发挥学生主观能动性，增强学生实践能力[6-8]。本文就虚拟仿真系统在我校突发公共卫生事件现场流行病学实践教学中的建设与应用进行探讨。

1 突发公共卫生事件现场流行病学课程介绍

1.1 课程概述

采用虚拟仿真教学系统，以某地一起突发公共卫生事件（传染病疫情）为背景，以事件现场调查和处置为导向，阐述事件发生后现场流行病学调查和事件处置的要求与程序，加强学生对理论知识的掌握和实践技能的训练。

1.2 教学内容

理论学习：全流程演示疾病暴发或聚集性疫情防治原则，传染病疫情暴发后事件的级别判定，上报时限及责任人，传染病疫情三级防护标准，现场流行病学调查和处置方法、要求和注意事项，以及资料的分析方法和报告撰写要点等。

实践技能训练：包括核实暴发情况，启动应急预案，成立应急救援小组，物资准备，个人防护服的穿脱，划定疫区疫点，设置警戒带，流行病学个案调查，传染病报告卡的填写，环境的侦察与样品的采集检测，病例的救治和隔离，新病例的搜索与核实，密切接触者的确定与处置，消毒药品的选择、配制和实施，以及数据分析和报告撰写等。

流行病学思维训练：以突发事件的暴发到现场流行病学调查和处置为主线，训练学生探索流行病学理论和方法的应用规律，培养和塑造学生宏观、全面和预见性的思维理念，提高学生现场流行病学调查和处置技能。

1.3 课程设置

课程共计10个学时，其中，理论学习3个学时，虚拟仿真系统实践操作与考核4个学时，数据分析和报告撰写3个学时。

2 突发公共卫生事件现场流行病学虚拟仿真系统的建设

2.1 开发与设计

突发公共卫生事件现场流行病学虚拟仿真系统由我校与某计算机软件公司合作研发，是一套将三维虚拟仿真技术融入现场流行病学实践教学的训练系统。该系统采用基于Microsoft的NET平台和SQL Server数据库，使用C/S三层体系结构和DirectX三维技术引擎建立，以虚拟仿真—现场实践为主线，将专业理论知识、方法运用和实操训练相结合，综合运用案例启发、情景模拟和自主学习等多种教学方法与手段。

2.2 系统架构设想

实操模拟：在三维虚拟场景中，系统自动提示界面中各个模块及任务功能，进行初步引导，学生根据提示按步骤模拟完成下列操作：①疫情核实与上报；②任务分组；③穿戴防具、选择携带装备；④现场问询及个案调查；⑤采集样本与检测；⑥根据症状得出结论；⑦消杀灭；⑧脱下防具；⑨后续措施等。

学习评价与反馈：实训目标达成与考核结果的判定应紧密切合操作步骤及任务内容，同时结合实践目标和要求，合理配置各任务评分，区分重难点，使评分体系能够切实评价学生知识和操作技能的掌握情况。操作系统通过自动记录、存储和分析相关数据，如参加训练人员的基本信息、学习时长、操作次数、分数等，形成用户操作日志，并进行统一管理。同时，系统操作反馈能够及时发现任务设置的漏洞与缺陷，并即时反馈学生的学习情况，以便教师及时更新实训内容，完善和改进操作流程。

2.3 功能模块

设定理论学习、实验简介和虚拟仿真实践操作三部分，学习内容涵盖传染性疾病暴发后现场调查和事件处置的全过程，包括模拟疫情暴发现场、疫情核实与报告、现场流行病学调查、采样检测与病例发现、资料分析总结、事件控制与处理六个模块（图1），为学生理论知识学习、实践技能训练与流行病学思维理念培养提供平台。各任务模块分别代表传染病疫情调查与处置的不同环节，可重复操作训练。此外，该平台将教学、训练与考核融为一体，通过教师端可即时查看学生学习情况，实时更新教学内容，不断改进教学实践质量。

图1 虚拟仿真系统实践操作任务模块Figure 1. Virtual reality simulation system practical operation task module

2.4 系统场景设置

学生通过扮演某疾病预防控制中心工作人员，利用虚拟仿真系统进行交互性操作训练，包括事件发生现场、疾病预防控制中心、资料分析室等5个场景以及18个任务内容，详见图2、表1。

图2 系统场景和任务要点Figure 2. System scenarios and mission points

表1 虚拟仿真系统各场景任务安排Table 1. Task arrangement for each scene of the virtual reality simulation system

2.5 实操考核

根据教学目标要求，预先设定实操模拟题类型及数量，形成题库，考核题型分为单选题、多选题及其他题型，共30道，对各操作环节进行考核，并对各考点进行点评。操作成绩按计分制核算，满分100分，结束考核操作程序，即时公布各部分总分及正确答案，形成考核报告（图3）。

图3 虚拟仿真系统考核报告Figure 3. Virtual reality simulation assessment report

2.6 教学效果

目前，平台建设已完成，并初步投入使用[9]。我校预防医学专业本科生在对系统进行试用后，普遍表示该平台操作流畅、便捷，可自行掌控节奏，较传统课堂有趣生动，比纸质案例逼真写实，且可以获得即时反馈，强化学习效果。

3 虚拟仿真系统教学的优势与挑战

3.1 丰富教学资源，强化专业技能

现场流行病学作为一门实践性较强的学科，需密切结合现场实际进行操作训练才能达到较好的教学效果。传统的现场流行病学实践教学存在教学仪器陈旧、实验设备单一及技能操作空间狭小等局限，教学过程以案例讲授和专题讨论为主，学生仅能掌握部分基本知识和技能，缺乏实际动手操作、训练的机会，学习过程较为被动[3]。而虚拟仿真系统可以利用视频、交互动画、图片、文字等多样化元素，较真实地展现传染病疫情暴发、现场处置情况等场景，避免了事件处置现场存在的防疫风险，有助于学生进行疫情现场感知体验和处置[10]，弥补了传统教学难以深入现场以及医学专业性技能训练不足的缺陷，有利于培养学生流行病现场调查与事件处置的思维和能力，提高学习效果[11-13]。

3.2 安全可控，激发学生主观能动性

“教员课堂演示-学员实操-教员指导”的传统医学实践教学模式，存在模式单一、实际联系性和互动性差、教学反馈不足、难以调动学生积极性和主观能动性等局限[14]，而虚拟仿真系统则提供了学生自主学习的机会[10]。在现场流行病学实践教学中应用虚拟仿真技术，为学生在不同时空和任意终端上进行操作训练和线上远程考试提供了条件，使学生可根据自身情况和学习进度自主重复训练[15-16]。同时，该系统通过模拟疫情暴发现场环境和调查处置等环节，让学生在仿真环境中开展流行病学个案调查、环境消杀、样品采集检测和结果评估等，操作过程可循环重复，弥补了传统实践教学周期长、成本高、易造成环境污染和有致病性病原传播风险等缺点[17]。此外，虚拟仿真实践要求学生提前做好课程的预习和相关知识的储备，根据所学理论知识进行现场流行病学调查并实施疫情处置，充分发挥了学生的主体地位。

3.3 现场流行病学虚拟仿真系统实践教学的挑战

虚拟仿真系统的建设仍面临一些挑战，如技术与教学的有机融合、虚拟仿真结果和实际现场环境的完美匹配、实践教学关键技术突破，以及共享平台建设等问题[18]。此外，在实践教学方面，需进一步完善虚拟仿真平台的开发、应用以及相应的教学培训。

相较传统课堂教学模式，依托于虚拟仿真系统的交互式教学模式具有更直观、具体、贴合实战化训练的优势，可以有力促进教与学、学与训、学与用的相互融合。同时，该教学实践系统突出教学培训侧重点，强调技能训练和综合分析处置能力的培养，利用沉浸式、交互式教学实践方法，有助于培养学生的全局、预见性思维理念，提高现场流行病学实践技能。总之，该教学模式可充分发挥学生的主体地位，有效调动学生学习积极性和主观能动性，提高学生实践操作技能和突发传染病疫情的综合处置能力。