胸腔闭式引流虚拟仿真系统在本科护理实训教学中的应用

杨飞 黄蓉 钱进丽 谢非 卫友云 汪静 徐为群

胸腔闭式引流作为血气胸以及开胸手术术后胸腔积液积气引流最常用的治疗方法，临床护理要求十分严格，不当的护理操作可能会导致胸腔感染、引流管脱落等严重并发症的发生从而致病情恶化，甚至危及患者生命安全[1-3]。随着我国护理事业的发展以及人们的安全意识不断提高，对护理工作的要求也越来越高，同时，护理质量的水平也在一定程度上影响着整体的医疗水平[4]。伴随着护理学的发展，护理教育规模也在不断的增长[5]，但目前国内相关高校护理专业的教学内容还无法随着临床需求的变化而及时更新，与临床实际需求脱节严重[6]。虚拟仿真（Virtual Reality,VR）是体验者借助相关传感器就可以与虚拟世界进行交互，并产生“身临其境”的沉浸感。“十三五”规划中明确指出国家将大力支持虚拟仿真等新兴技术的发展，相关政策的出台，为虚拟仿真技术今后的发展提供了广阔的空间。2018年国家教育部颁布的《教育信息化2.0行动计划》明确提出加强高等学校虚拟仿真实训教学环境建设，服务信息化教学需要，并以国家示范性虚拟仿真实验教学项目等建设为载体，加快建设在线智能教室、虚拟医院等智能学习空间[7]。2019年，教育部印发的《关于一流本科课程建设的实施意见》中提到计划从2019年到2021年这三年的时间内，建成万门左右国家级和万门左右省级一流本科课程（简称一流本科课程“双万计划”），进一步推动高校加强线上、线下、线上线下混合式、虚拟仿真实验教学、社会实践等一流课程建设，为学生提供更多用户体验相关领域的课程学习资源[8]。本文旨在探讨结合虚拟仿真技术开发胸腔闭式引流护理虚拟仿真实训教学系统在本科层次护生实训教学中的应用意义。

1 传统护理实训教学的局限性

在2004年，护理教育在我国已经具备了集中专到博士等五个层次的教育体系，2011年护理学升级为一级学科，护理学科因此得到了巨大的发展空间。但现在我国护理教育还未完善以学生为中心的课程体系，理论课程与实训课程安排不合理，高校护理实训中心建设还不够完善[9]。我国护理实训教学仍然是以授课教师为中心，在进行实训课教学时，首先由授课教师先进行一段时间的演示，学生在旁边机械性的观察，受到实训室面积的限制，部分护生甚至还无法观看到完整地演示过程；演示结束后学生开始单独或分组练习，教师巡视。受制于课时量，授课教师无法对每一位护生进行细致的指导。由于对实训内容操作步骤的不熟练和部分护生无法观看到完整的演示过程，以致练习阶段部分护生缺乏积极性，课中经常做一些与实训内容无关的事，浪费珍贵的教学时间；最后，授课教师利用有限的时间进行操作考核、总结[10]。传统实训教学模式有利于授课教师对课堂的管理，但受制于实训空间、实训课时以及实训设备，该模式严重限制了护生自主能动性和个性化的发展[11]，导致护生进入临床一线工作后，缺乏与同事之间的协同工作能力，但真实的临床护理工作往往需要护士相互之间的相互协同，并且这种需要在突发公共卫生事件时显得更为突出[12]。受此次新冠疫情的影响，我国护理专业招生规模将进一步扩大[13]，但高等学校护理实训中心更新改造周期过长，实训环境的更新难以跟上临床实际需求的步伐，以致目前开展的实训教学仍然是以传统实训教学模式为主, 不利于实用型护理专业型人才的培养。

2 胸腔闭式引流护理虚拟仿真实训教学系统的建设

随着人口老龄化的加剧[14]，慢性非传染性疾病负担的加重[15-16]，以及医疗公共事件的突发[17-18]，对临床护士的质与量都有了更高的要求，对护理教育同样也提出了更高层次的要求。为了满足临床实际需求，创新实训教学模式势在必行。以下就胸腔闭式引流护理虚拟仿真实训教学系统的建设意义和建设内容进行阐述。

2.1 建设意义

胸腔闭式引流术在胸腔积气积液、胸部大手术术后引流中应用广泛，但术后对引流管和患者的护理要求严格，技术性强，不当的引流管护理可导致管道相关性感染发生率的增高[19]，术后如未及时对患者完善相关护理措施，易致患者肺部感染[20]，甚至呼吸衰竭[21]。本文提及的胸腔闭式引流护理虚拟仿真护理实训教学系统借助虚拟仿真技术，将课本上抽象的理论内容转化成生动而真实的临床护理操作，能使护生沉浸到临床一线真实的护理工作环境中。护生在该系统中可以在不受实训空间、实训设备的限制反复练习，不断在实训中探究，解决在操作中遇到的疑惑，提高了护生的主观能动性，启发其临床判断思维，使护生成为教学的中心，改变了传统的“填鸭式”护理实训教学模式。在传统实训教学的基础上，辅以虚拟仿真实训操作系统，二者相结合以达到“虚实结合，以实补虚”的目的，进一步提升护生的整体素质。该系统的使用，对于护生，培养了其探索精神，提高了自主学习能力、信心和临床思维能力[22-23]，为今后提高其岗位胜任力打下了坚实基础；对于带教老师，可以基于虚拟仿真技术开展技术科学研究，探索全新的教学方法，改进传统的教学模式；对于学校，提高了教育教学质量，节约了教学成本[24-25]，为各级技能比赛人员的训练提供了技术支持。

2.2 建设内容

该系统由某中医药大学第一附属医院外科护理教学组与某广告传媒有限公司合作设计完成，采用仿真动画技术，结合新一代头戴式VR眼镜，不再受三维场景建模工具的限制，对操作场所的选择和计算机配置的要求进一步降低，可以不受时间、场地的限制实现实训操作场景和实训用物的可视化。操作内容严格按照胸腔闭式引流术后护理的临床实际操作要求进行设计。

2.2.1 胸腔闭式引流瓶模型 进入模拟病房中，引流瓶模型即展现于护生面前，模型是以真实胸腔闭式引流瓶为原型等比例制作，对引流管的连接方式、瓶内液面高度、引流管管口没入液面下的具体情况、瓶身刻度都能360°展示，使护生在进行实训前就能深入了解引流瓶结构。

2.2.2 物品准备区和处置区 根据真实临床操作流程，将物品准备区和处置区设计进该系统，从最开始的物品准备到最后物品的处置，都能在虚拟实训中得到体现，使护生在仿真的临床环境中体验真实护理工作中的每一个环节，从而掌握胸腔闭式引流术后完整的护理操作过程。物品准备区设计内容包括治疗车、消毒液、备用胸腔闭式引流瓶、止血钳、棉签、快速手消等物品，护生可以根据胸腔闭式引流护理需要从中选取合适的物品；处置区则设有医疗垃圾和生活垃圾分类放置区，使护生能在虚拟仿真的操作环境中可视化的掌握医疗垃圾和生活垃圾的分类处置原则，有利于使其快速适应今后的见习、实习甚至工作时的真实临床环境。

2.2.3 患者单元 此部分结合附院真实病房环境进行设计，通过虚拟仿真技术实现病房真实环境的再现，借助VR眼镜，护生可以沉浸在虚拟系统中对患者胸腔闭式引流管进行全面护理。护生推治疗车至患者床尾，抬头可见床头及墙面的床号，低头能看到床尾的床尾卡，以便核对患者信息。当床号、床尾卡、手腕带等信息核对无误之后，护生即可在该系统中为胸腔闭式引流患者进行引流管的护理。护生可以在该系统中进行引流管的双夹闭，连接处的消毒等一些列操作，完成引流瓶更换之后，能清晰看到红色血液从患者胸腔引流管中流出，真实感强，并且能看到没入引流瓶液面以下的引流管中水柱的波动，刻度清晰，有助于护生将理论联系实际，加深对理论知识的记忆。

3 胸腔闭式引流护理虚拟仿真实训教学实施方案

该系统结合线上线下混合式教学模式进行实训教学，以达到课前、课中和课后无缝衔接的目的。

3.1 课前预习

通过理论教学，护生已基本掌握胸腔闭式引流管护理的理论知识，实训课前结合线上教学平台发布胸腔闭式引流管护理相关操作视频和练习题。通过观看视频使护生对实训课的内容能初步掌握，通过做题能复习并巩固相关理论知识，授课教师还可以根据练习题的完成情况，了解护生课前预习对实训课内容的掌握程度，以便教师在实训课课中重点讲解错误率较高的练习题中所涉及的操作内容，确保提高实训课教学质量。

3.2 课中练习

正式进行实训课时，护生则结合该虚拟系统按临床实际正规操作流程进行练习，教师把实训课的时间还给学生，以“学生为中心”展开教学。通过课前预习做题情况，授课教师已经了解护生对胸腔闭式引流护理中的薄弱环节；课中，授课教师则可以针对性的给予详细的指导，以达到“虚实结合”、弥补缺漏，从而提高实训课教学效果。

3.3 课后复习

为了更好巩固所学知识，加深护生对胸腔闭式引流管护理各操作步骤的印象，课后，授课教师利用线上教学系统开放讨论平台，护生可以利用讨论平台随时提交课后复习时遇到的疑问，教师则在线上及时解答，帮助护生有效进行复习，提高其学习积极性，增强其学习自信心。为了保证每一位学生都能高质量掌握理论和技能知识，答疑同时，教师线上布置课后练习以巩固所学知识；安排线上限时考核，了解学生对所学所练的掌握情况，以便教师合理安排后期复习计划。

4 经验与体会

4.1 实现护理专业教学形式多样化

随着互联网的高速发展以及5G网络的快速普及，线上线下混合式教学已成为当今的发展趋势。该教学方法能有效提高护生的理论成绩，培养其临床思维，但需要占用护生较多的课后时间，易导致疲乏感[26]，并且还需要护生保持积极地学习动机才能有效完成混合式教学的学习任务[27]。胸腔闭式引流护理虚拟仿真实训教学系统沉浸式和交互式的特性，在实训课中，能使护生在类似于玩游戏的状态下进行学习，并且体验到真实的临床环境，能有效激发护生学习兴趣，化枯燥的被动学习为充满激情的主动学习[28-29]。同时，相关研究显示，虚拟仿真的运用对护生理论成绩的提高也具有显著效果[30]。授课时将线上教学平台和该系统相结合，再根据不同的案例设计不同的实训教学虚拟情境，护生根据自身的学习兴趣和进程选择不同的虚拟情境进行体验式的学习，线下教学时教师则只需要进行有针对性的辅导即可[31]。线上、线下与虚拟仿真系统的结合，有效丰富了护理专业的教学形式。

4.2 为护理专业实训课教学开辟新思路

传统实训教学需要护生标准着装进入实训室进行护理操作练习，因实训室场地、教学课时和实训设备的限制，护生需要进行分组，使用有限的实训设备以及规定的课时内进行组内轮流练习，个人平均练习时间有限。利用虚拟仿真技术设计的虚拟实验室则不受场地限制，护生可以利用移动设备随时随地进行在线练习，且能反复进行，有效节约了实训课教学成本[32]。随着5G时代的到来，多人同时在虚拟实验室进行实时远程在线学习交流、讨论将成为现实，教师则可以由线下转为线上，在虚拟实验室中进行在线指导。虚拟仿真技术的应用为护理专业实训课教学开辟一条全新的教学思路。

4.3 打破护理实训课中机械化的学习模式，培养学生临床思维能力

在为不同患者进行同一操作时，因存在个体差异，在不违背操作原则的情况下，临床实际护理并非完全按照流程进行机械化操作，而是根据临床上的实际情况灵活变化。护生在进入临床一线工作前，往往缺乏这种随机应变的能力。传统的实训室教学环境与临床真实环境差别较大，护生难以在学校实训室锻练出临床应变能力。由于护士工作专业技术性较强，并受制于相关执业证书的影响[33]。临床见习、实习中，临床带教老师不会完全放手让护生单独进行操作，部分简单的、无侵入性的护理项目，带教老师可能会做到“放手不放眼”，但是对于有侵入性、特殊性较强的项目，在见习、实习期间护生仍然不能进行操作，以致护生临床应变能力难以得到真实提高。虚拟仿真技术的使用能将护生所学的理论知识渗透进入实训操作中，指导操作，同时，在虚拟的真实环境中进行操作，又能巩固理论知识。从而达到理论与实训互相促进，相互提高的作用。在外科手术培训中虚拟仿真技术早已广泛应用并且取得了极佳的效果[34]，在其他医疗领域和护理领域同样也在较快发展。该系统按照临床实际操作流程设计，实际应用过程中护生在遵守各项操作原则的前提下可以根据自身的理解，选择合适的操作步骤完成护理，甚至在出现操作错误时，护生可以自主的在虚拟的系统里选择合适的步骤重新开始进行反复练习，从而避免实际临床护理操作中的错误[32，35]。同样的错误，在实训室练习时护生需要从头开始进行操作，在病房中护生甚至可能无法接触到真实患者[36]。在该系统中，护生操作出现错误时，在不浪费医疗器材和不增加患者痛苦的情况下，具有纠正并改进错误机会，这种沉浸与交互式的练习，有效改善了护生沟通技巧，提高了临床应变能力，增强其批判性思维和临床决策能力[35,37-38]。

4.4 跨出护理实训教学中伦理问题的界限

研究表明[39],高等院校学生对伦理道德都有着较高的认知能力，但缺乏伦理道德行为。对学生进行问卷调查，了解在今后工作中是否愿意利用工作之外的时间给予患者更多的关心，学生的回答都是正面、积极的，但现实环境中，学生忽视最严重的方面就是人文关怀，难以做到“知行合一”。传统实训室，护生面对的患者都是“冰冷”的模型人，而虚拟系统中的模拟患者能在言语和表情等方面进行真实反馈，能较好激发护生的人文关怀心理。虚拟仿真系统的使用，提升了护生的操作能力，避开了实际护理操作中的伦理问题，同时还培养了护生的人文关怀素养。但需要注意的是由于护生认知信念不一，虚拟系统中模拟的情景可能会造成护生不良认知，这就需要在设计系统时合理调整背景信念，避免不良认知的产生[40]。