急危重症护理虚拟仿真实训教学软件开发体会

钟 瑜，项朝阳，乔 樑，邱翠琼，段丹萍

（广东食品药品职业学院，广东 广州 510520）

急危重症护理是护理、助产专业的主干课程，是一门涵盖临床各科常见救护理论及常用急救、监护技术的实践性应用学科，强调对护生急救知识和技能综合运用能力的培养[1]。作为未来临床护理的主要力量，护生对急危重症护理知识和技能的掌握直接影响急危重症患者的生命质量。然而目前急危重症护理教学存在实践课时少、学生动手机会少等问题[2]，往往也会受到如设备昂贵、易老化，缺乏真实的临床环境氛围和体验，安全因素等条件限制，这对学生的职业发展和能力培养是不利的。虚拟仿真是一种采用现代高科技手段生成的视觉、听觉、触觉一体化的虚拟环境，用户借助设备操作虚拟对象，产生如同在真实环境中操作的感受和体验[3]；借助虚拟仿真能给学生全方位的学习体验，更利于全面、深刻地掌握相关知识。教育部《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》，鼓励众多高校进行虚拟仿真实验中心和示范性虚拟仿真项目的建设[4]，基于此，我们通过运用信息化技术打造急危重症护理虚拟仿真实训教学软件，营造接近于临床实际的技能仿真训练环境，以期突破急危重症护理实践教学现有条件的限制，实现反复的、无危险的情景式实践教学，为高校、医院及相关机构培养护理行业应用型人才提供参考。

1 软件开发技术方案

本研究基于建构主义学习理论，依托学校虚拟仿真平台，以急危重症护理实训教学为模块，依照能实不虚的原则，围绕目前实训教学中确实需要虚拟仿真辅助的教学难点进行开发设计。最终确定以掌握常用抢救设备仪器的使用及故障排除、熟悉急危重症护理工作环境和重症监护室功能布局为目标开发内容，通过3DMAX进行学习场景和人物建模并运用Uni t y3D虚拟现实技术实现知识点的人机交互，网络技术方面采用B/S架构，充分发挥云计算平台资源分配灵活的优势，依据用户并发数量的需求，以实现计算资源动态分配，同时综合Ajax、Java等多种信息技术的应用，构建一个集课前预习、教学示范、仿真练习、考核评价于一体，并具有学习数据收集、人机互动交流等功能的急危重症护理实时在线学习软件。

2 软件介绍

2.1 软件内置资源

软件内置虚拟重症监护室（包括监护病房、病房设施、治疗室、护士站、医生办公室、库房、虚拟患者等）、虚拟呼吸机、虚拟心电监护仪、虚拟除颤仪、虚拟输液泵、虚拟注射泵、虚拟振动排痰机、虚拟心电图机8套独立资源并融合在一个程序包内，全部资源均参考临床实体环境和设备仪器打造；其中，除了虚拟重症监护室因软件程序较大，且需要配合键盘操作仅支持P C端之外，其余资源均支持P C端和手机端访问使用。

2.2 软件用户登录

依托学校虚拟仿真平台，学生、教师、管理员凭登录账号和密码登录后可对应实现学习和管理功能。（1）学生用户：登录后可见实训项目、实训要求和目标等内容，可根据要求自由选择相应的虚拟仿真项目进行学习；平台自动记录学生学习次数和时长；同时，平台支持学生线上提交实训报告。（2）教师用户：登录后可实现实验计划的发布、实训报告的批阅、查看学生学习情况等功能。（3）管理员用户：管理员主要由学校电教信息中心教师担任，负责平台软件资源的维护和后台数据收集。

2.3 软件界面及功能

软件界面整体设计以实训项目教学目标为依托，以标识清晰、可操作性强、便于用户使用为原则进行功能设计。现将软件功能具体介绍如下。

2.3.1 软件提供高度仿真的学习环境和氛围 目前急危重症护理实训教学多采用单一的教师示范和模拟人强化练习方式，教学场地多为学校教室和仿真病房，学生在临床工作环境下的实践体验较少，长期面对模拟人容易产生学习疲劳感。我们研发的急危重症护理虚拟仿真实训教学软件基于临床重症监护实际工作环境和实体仪器设备研发。学生可通过P C端登录并以自由漫游的方式进入虚拟重症监护室参观体验，提前熟悉监护室的护理工作环境、功能布局和常用仪器设备等知识点，有助于学生理论联系实际，从而缩短学校和临床的距离；同时，沉浸式和互动式的学习氛围相比学校实训室也有助于进一步激发学生的学习意识和学习动力。

2.3.2 游戏化设计思路结合辅助功能助力学生学习目标达成 软件仿照游戏思路，为学生提供游戏化视角和任务完成式学习方式，如虚拟重症监护室依据临床监护室实际出入管理制度提供患者、医务人员、探视家属3种角色选择，学生可体验不同角色进入监护室的具体路径和相关管理要求，同时设置任务提示功能，如学生以探视家属身份进入监护室，若未完成防护设备穿戴会出现无法进入探视通道且会有相应文字提示窗弹出，以指导学生采取正确的措施后才能进行下一步的学习；心电监护仪的电极片放置以小游戏的形式完成等；软件同时提供快捷键、导航、互动提示等辅助功能助力学生学习。

（1）快捷键：软件在界面提供对应学习的快捷键，学生可一键快速进入或返回到对应的模块区域进行学习。

（2）导航（适用于虚拟重症监护室漫游项目）：该功能包含学习导航和路径导航两种模式，学习导航主要通过窗口弹出的形式显示当前项目的全部应学知识点，未学知识点均显示绿色，学生点击学习后知识点由绿转灰，以助学生及时查缺补漏；路径导航以地图的形式实时反馈当前学习者所在的学习位置。

（3）知识点和互动点提示功能：学习模式下软件中所有的知识点和互动点均以固定颜色（知识点显示绿色，互动点显示紫色）加悬浮圈动态显示，便于学生进入对应项目后能尽快熟悉和掌握各知识点。

2.3.3 软件提供安全、可重复且方式灵活的实训学习方式 基于临床急危重症护理常用仪器设备操作流程和故障排除方法，软件中仪器设备的学习训练均以虚拟患者的护理为场景，同时针对实训项目的重点和难点（如心电监护电极片安置、除颤仪的安全使用、输液泵使用过程的故障排除等）提供虚拟患者实时互动交互的方式辅助学习，突破教学重难点，学习过程全程仿真，可克服目前实训教学中存在的安全风险、实验室容量等因素的限制，能实现反复的、无危险的情景式实践教学；加上软件支持P C端和手机端24小时全天候开放使用，学生能够随时随地开展自主探究学习和温习巩固。

2.3.4 软件创新考核模式，锻炼学生临床思维 为了检验学生的学习效果，软件提供考核模式供教师组织过程性考核使用。考核分理论和实训两种模式，两种模式总分均为100分。理论考核依据软件中不同的实训内容，由护理学院高年资教师和临床一线专家共同对照教材、护考大纲及临床急危重症护理工作内容建立题库，题库和软件中的虚拟场景及仪器设备相捆绑，学生学习完对应的项目后可选择考核模式自我检验，教师也可通过考核模式随机出题考核学生，考核分数自动生成。实训考核围绕实训项目的操作流程和常见的故障排除方法分步骤赋分，其中重难点内容采取容错并扣分、出现安全风险因素一票否决等方式计分。如在输液泵的使用考核中会出现气泡报警，学生若不立即停止泵的使用气泡会顺着管道持续流向患者，若学生在虚拟场景中没有点击暂停按钮而点击了其他按钮则反馈为操作错误并扣除该部分得分，但不影响考核继续进行；若气泡进入血管（时间可依据案例中使用的滴速而设定）则直接判定考核不合格。每一个选择系统会弹出确认窗口供学生再次确认避免学生误操作而扣分情况发生；该模式有助于训练学生以严谨的态度对待学习内容，同时动态情景模拟方式也有助于训练学生临床思维。

2.3.5 学习数据全过程收集，教学相长，师生共同进步 学校虚拟仿真平台和软件后台支持学生学习数据全过程记录，学生登录次数、学习内容、学习时长、学习疑问、学习意见和建议、模拟考核成绩都会记录在后台供教师查阅，依据学生学习数据，教师可实时掌握教学效果并动态调整教学策略，以适应学生学习进度或开展分层教学，最终促进师生共同进步。

3 开发体会

3.1 科学建立开发团队，为软件研发护航

有研究[5]指出，大学虚拟仿真教学平台建设需要加强校企合作。医学教育虚拟仿真软件的研发涉及面广、专业技术性强，更需要加强学校、医院和企业的合作。软件研发内容的确定需要基于学生的培养目标、教师的教学需求及临床岗位核心工作能力，而虚拟空间环境设计、仪器设备临床常见故障及排除、知识点的考核等内容需要临床护理专家依据临床实际工作予以指导；加之现在仪器设备更新速度快，市场主流仪器设备的建模和研发过程需要厂商提供设备参数等资料支持。因此开发团队的组建需要学校信息技术和护理教学骨干、临床护理专家及医疗器械企业三方共同参与，这既能保证软件开发前期设计的合理性、针对性和科学性，同时也有助于软件研发后期的进一步完善及可持续发展。

3.2 研发期间应做到沟通常态化，推动研发持续有效开展

由于虚拟仿真建模和软件编程人员均为非医学背景和非教师岗人员，技术人员对护理临床和护理教学领域并不熟悉，因此存在软件开发过程中技术人员未能很好理解护理工作流程和护理教学在软件中应体现出的重难点内容，这和方敏[6]等的研究结果一致，这就需要团队在研发期间采取多种方式加强沟通。如可选择一周的一个固定时间段以网络会议或者面谈讨论的形式开展，研发技术人员和团队其他成员就每一个步骤和细节在开发前讨论并达成一致意见，同时制作过程中及时将进展反馈给团队，团队整体讨论或试用体验后再将优化建议反馈回技术人员，以此一步步完善软件内容和推动整个研发持续有效开展。

3.3 合理使用虚拟仿真技术，促进虚实有效结合

目前，关于虚拟仿真在护理教育方面的优势已经有众多学者在实际教学中运用并证实[7]。然而我们在研发中也发现虚拟仿真技术还存在相应弊端，如在借助大型3D投影显示屏和3D虚拟眼镜体验时体验者会出现头晕、恶心等症状，且看的时间越长症状越明显。国外也有研究[8-9]显示，22%～56%的用户在使用虚拟仿真技术时出现晕动病，轻者发生头晕、恶心、烦闷等症状，重者出现出冷汗、呕吐甚至晕倒等症状，同时研究[8]提示，头戴式设备的使用时间越长，晕动病的发生率越高。提示我们在研发虚拟仿真软件时可以将需要借助虚拟仿真的知识点碎片化开发，同时在以后的课堂教学中不应长时间持续使用，可通过将教学内容模块化结合虚拟仿真进行教学。另外，李红梅等[10]认为虚拟患者不能代替真实的患者，目前的虚拟仿真训练缺少必要的人文关怀，而过分依赖虚拟仿真技术易忽视学生人际沟通能力培养。提示我们研发设计时要进一步设计和优化虚拟患者的互动功能，融入人文关怀等软技能知识点和考核点，注重学生的全面发展。

本研究仅总结了急危重症护理虚拟仿真实训教学软件的开发体会，专业局限性较强，对于软件在急危重症护理课程教学的具体应用效果和远期在社会培训及其他课程中的推广方面，还有待后期进一步研究。