虚拟仿真技术在助产教学中的应用研究进展

赵子冉，郭洪花，周 蓉，张彩虹

海南医学院，海南 571199

虚拟仿真（virtual simulation，VS）技术是指通过计算机模拟技术来创建和体验虚拟环境。目前，该技术已广泛用于国内外各领域。助产士是护理队伍中的一个特殊群体，其理论知识及技术操作水平直接关系到母婴生命安全[1]。自2017 年教育部正式批准在我国高校设置助产本科专业以来，全国开设助产本科专业的院校数量急剧增加。随着产妇及其家属对分娩隐私及自我保护意识的加强，助产专业学生在临床实践中的动手操作机会越来越少，严重影响助产教学质量[2]。助产专业学生必须经过专业培训才能胜任助产工作，但目前的培训存在针对性差、实用性不强的弊端[3⁃4]。有研究指出，我国助产士数量少，技术水平及核心胜任能力有待提高[5⁃6]。因此，亟须改变助产教学及培训方法，以顺应时代发展要求，培养高素质助产人才[7]。虚拟仿真技术在教学中的应用具有可重复性、逼真性、可视化等优点，现对虚拟仿真技术在助产教学中的应用情况进行综述，分析虚拟仿真技术的不足，旨在为助产教学领域的工作人员充分利用虚拟仿真技术提供新的视角和参考依据。

1 虚拟仿真技术的起源与发展

自20 世纪80 年代美国学者拉尼尔正式提出虚拟仿真技术以来，其作为一门新兴学科蓬勃发展，具有沉浸性、交互性、逼真性及感知性特点[8]。目前，该技术已被广泛用于军事、医疗、教育等领域[9]。我国引入虚拟仿真技术较晚，20 世纪90 年代该技术才开始被应用于护理领域[10]。目前，虚拟仿真技术在国外护理研究热点逐渐从护理教育过渡到康复护理、心理健康等领域，国内主要用于护理教学过程中[11]。

2 虚拟仿真技术在助产教学中应用的意义

基于虚拟仿真技术的助产教学是依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通信等技术，构建高度仿真的虚拟环境和虚拟对象的新型教学方式[12]。虚拟仿真技术在助产教学中具有较强的适应性，可根据教学内容、授课对象、教学目标与需求选择合适的虚拟仿真技术进行教学设计与应用，可以在一定程度上弥补传统教学的不足。虚拟仿真技术在助产教学中可以构建一个与临床环境相同的虚拟环境，借助相关的设备与虚拟对象进行交互得到一定的感知反馈，学生可以借助手机等移动设备在虚拟环境中完成临床护理操作，解决传统教学中时间、地点、设备、教学病例等限制性问题[13]。传统教学中的实训教学脱离真实的临床情景[14]，虚拟仿真技术以临床真实病例和真实环境为基础，保证与临床接轨，参照真实的产房、助产士、产妇、新生儿等人物，借助三维建模技术构建高度仿真的虚拟产房和产妇等，可模拟多种临床真实情景，并且通过多感知觉特点制造高沉浸感，从而激发学生的学习兴趣。在虚拟环境中，学生可通过虚拟仿真技术提前接触临床情景，提高其临床思维能力、沟通能力及综合护理能力。此外，虚拟仿真技术具有形象化、重复性的优点。助产教学过程具有一定的抽象性，虚拟仿真教学能够将教学过程可视化、形象化，加深学生的理解。重复性特点可弥补传统教学中实践机会少的弊端，学生在渐进和反复尝试的过程中，其错误反应会随着重复次数的增多而减少，最终提高操作技能的熟练程度[15]，进而提高学生的自信心[16]，激发学生的学习兴趣。虚拟仿真技术作为一种新兴的教育方法，引入到助产教学领域具有重要的现实意义。

3 虚拟仿真技术在助产领域的应用现状

3.1 虚拟仿真技术在助产理论教学中的应用 姜小鹰等[17]将虚拟仿真技术运用于助产理论教学中，教师可在透视、360°旋转模式下讲解4 步触诊、阴道指诊、分娩机制等，并将其形象化，以提高学生的想象力，帮助学生更好地理解和掌握助产知识，与Hardie 等[18]研究结果一致。黄海龙[19]基于Mimics 软件构建虚拟3D女性骨盆模型，提高了助产专业学生学习趣味性，学生可从任意角度对该模型进行旋转和切割，能够全方位地观察骨盆结构，与传统的二维解剖图谱比较，虚拟3D 女性骨盆模型有更准确的空间定位。研究者将该模型用于助产专业学生的解剖教学中，对照组使用传统多媒体PPT 教学方法，两组教学结束后对学生的理论成绩、骨盆标识掌握程度、教学满意度进行测评，结果显示，观察组教学效果优于对照组，与王明炎等[20⁃21]研究结果一致。赵艳忠等[22]将虚拟仿真技术用于临床本科生女性盆腔教学中，学生借助手持控制器可与计算机界面进行交互，通过手动操作改变界面中的立体环境，观察组采用传统方法结合Dextroscope 三维图视系统教学方式，对照组采用传统多媒体及模型教学，教学结束后对两组教学效果进行测评发现，观察组考核成绩优于对照组，说明虚拟仿真技术对女性盆腔教学效果优于传统教学方式。该研究认为学生在虚拟仿真教学中能够反复进行操作练习，降低了学习成本，提高了学习自主性。由此可见，虚拟仿真技术在降低教学成本、增加学生实践机会方面具有可行性。Hanson等[23]将沉浸式虚拟仿真技术用于护理和助产专业本科学生药理学理论教学，以加强学生对药物作用机制的理解，观察组使用可呈现三维物体的液晶平板电脑进行教学，对照组使用传统二维可视化技术（普通液晶面板）进行教学，在两组教学开始前及结束后对学生进行知识获取程度、舒适度体验、满意度等测评。结果显示，观察组学生对知识的有效获取高于对照组，表明虚拟仿真技术能够提高学生对知识的掌握程度，与Richardson等[24]的研究结果一致，同时研究表明，学生使用舒适感体验较好，满意度方面虽然两组差异无统计学意义，但观察组评分高于对照组，说明学生对于虚拟仿真技术教学有着更高的积极性和热情。今后研究者可以在虚拟仿真的基础上尝试融入不同的虚拟现实技术元素，创新虚拟仿真教学模式，提高助产教学质量。

3.2 虚拟仿真技术在助产实训教学中的应用

3.2.1 虚拟仿真技术在国外助产实训教学中的应用

国外虚拟仿真技术在助产实训教学中的发展相对成熟，侧重于临床助产急症方面的应用。Urbanová 等[25]基于计算机程序创建了一个包含不同类型（如早产、妊娠糖尿病、无效母乳喂养、产后出血、在家突然分娩等）虚拟病人的虚拟仿真系统，这些虚拟病人都是基于明确的教学目标和教学设计而研发的，且优先选择真实的临床病例，设计多种处理方案，锻炼学生的临床思维能力，学生通过计算机可以扮演虚拟系统中的虚拟角色（如医生、助产士），对虚拟病人的情况做出决策，该系统在助产学生中进行了初步应用，学生对虚拟病人有着积极的评价。该研究认为，基于虚拟仿真技术的虚拟病人能够帮助学生学习少见的临床病例，提高学生学习的自信心。该研究根据学生的反馈进行二次开发，并推广应用于当地的医院。由此可见，基于虚拟仿真技术的虚拟病人在临床教学中具有一定的可行性，未来可将基于临床真实病例的不同虚拟病人引入助产教学中，以帮助学生熟悉临床护理工作，提高临床思维能力。Scamell 等[26]借助虚拟仿真技术创建了虚拟社区并应用于大学一年级助产专业学生，在虚拟社区中，学生可以在线学习，通过扮演虚拟的助产士角色对虚拟产妇做出临床决策，也可以通过扮演虚拟产妇角色来体验孕妇的感受，提高学生的同理心和共情能力。此外，Phillips 等[27]基于Live Sim 软件开发了包含不同虚拟孕妇的虚拟产科诊所，并将该虚拟仿真技术运用于助产本科生和研究生实践教学中，虚拟产科诊所主要教学内容为如何更好地为孕早期妇女提供初级保健服务及社会支持。虚拟产科诊所在助产专业学生中的应用获得了较高的评价。基于该教学，研究者认识到继续研发孕晚期、分娩等虚拟产科诊所系统的必要性和可行性。Balasubramaniam 等[28]对两所学校的助产本科生和研究生进行了虚拟仿真教学与传统教学结合的混合模式教学，虚拟教学采用印度护理委员会设计的一个72 h 的虚拟培训包，该软件侧重于孕产妇和新生儿保健服务的产前、产中、产后护理和计划生育。学生通过虚拟教室与有经验的教师进行互动，并且可在虚拟监督下进行助产技能练习。教学结束后采用客观结构化临床考试（objective structured clinical examination，OSCE）方法对教学效果进行评价。结果显示，采用混合教学法的学生考核分数优于采用传统教学法的学生，说明虚拟仿真技术可在助产实训教学中推广。此外，该研究认为混合教学方法能够弥补基础教学设施差、教师能力及资源不足的传统教学现状。因此，研究者在应用虚拟仿真技术的同时必须重视教学设计，对教学模式进行创新和优化，将传统教学的优点和虚拟仿真教学的优点结合起来才能达到好的教学效果[29]。Umoren 等[30]将虚拟仿真技术用于助产士的新生儿复苏技能培训中，该APP 设置了新生儿常规护理、复苏及正压通气的虚拟模拟场景，助产士通过手机与虚拟环境进行简单的交互。研究者将该方法与传统教学方法教学效果进行比较，在干预结束时及干预后1 个月、3 个月、6 个月技能考试及OSCE 考试，结果显示，干预结束时两种教学方法技能考核评分比较差异无统计学意义，但在随访过程中发现，接受虚拟仿真课程助产士的技能考试和OSCE 通过率均高于接受传统教学的助产士，且对技能知识的遗忘率下降较慢。此外，虚拟仿真技术也被应用到远程教学中。Daly 等[31]将基于分布式虚拟仿真系统的虚拟课堂（virtual classroom，VC）应用于丹麦和芬兰助产专业学生的在线交流学习，该系统使用网络会议软件建立聊天室，会议页面上可显示发言人的现场视频及讲课幻灯片，学生在聊天室内可以在线进行口头交流。会议结束后，研究者对学生讨论的内容进行主题分析，以此了解两个国家在助产教育和工作方面的差异。此外，学生认为虚拟课堂能够了解不同文化背景下的助产教育发展情况，提高自己在课堂上的学习积极性，但其还存在网络不流畅的问题。由此可见，虚拟课堂在基于空间限制的学习交流方面的应用具有一定的可行性，但仍需要加强技术改革，优化学生的体验感，使之更好地应用于助产教学。

3.2.2 虚拟仿真技术在国内助产实训教学中的应用

虚拟仿真技术在我国助产教学中的应用较晚，但发展潜力较大。2019 年护理学7 项国家虚拟仿真实验教学项目的认定中，助产类项目有2 项[17,32]。其中一项为福建医科大学研发设计的分娩护理虚拟仿真实验教学项目[17]，研究者将其以线上线下混合教学模式应用于本科护理及助产方向的助产学课程。教学结束后通过问卷调查对教学效果进行评价，包括对虚拟教学系统和虚拟仿真实验教学模式的评价，结果表明，学生对虚拟仿真教学系统和教学模式的主观评价较好。李国正等[33]认为虚实结合的混合教学模式有利于学生理论、技能成绩和自主学习能力的提高。宋春雪等[34]将虚拟仿真技术应用于护理专业学生的分娩实训课程中，观察组在传统教学的基础上采用线上虚拟仿真技术教学，对照组采用传统教学，结果显示，虚拟仿真技术能够提高学生的理论和技能成绩。学生对虚拟仿真技术能够提高操作自信心、学习兴趣方面有较高的评价。这与姜小鹰等[17]研究结果一致，可能是因为虚拟仿真教学系统和教学模式的良好结合有助于学生更好地理解抽象知识、更好地进行临床思维训练，激发了学生学习的自信心。但部分学生认为虚拟仿真技术不能很好地提高沟通能力和人文关怀能力，原因可能与学生在该过程中未使用交互设备、缺乏沉浸感有关，导致其不能与系统中的虚拟产妇进行良好的交互，无法真实体会产妇的真实感受和情绪变化。故在今后的虚拟仿真教学设计中，应进一步提高技术的沉浸感，加入人文关怀元素，以提升学生的沟通能力和共情能力。周倩倩等[35]设计的虚拟仿真助产教学内容中产妇采用自由体位分娩、新生儿复苏等虚拟案例培养学生的临床思维能力，技能训练方面设置了4 步触诊、平产接生等常见案例；对交互性和沉浸性要求高的操作案例（如肩难产、骨盆案例、产钳术案例等）则结合了增强式虚拟现实仿真技术，将数据手套应用在实训教学中，通过该设备可精确定位手部运动，从而实现用双手操控虚拟对象，有着较高的交互性、沉浸感。该研究认为虚拟仿真技术能够优化学生的学习体验，提高学生学习的积极性，有利于培养其临床思维能力。罗琼等[36]研究表明，虚拟仿真教学能够提高学生技能操作成绩，但不能提高临床思维能力，这与多项研究结果[25,37⁃39]不一致，可能与不同研究的应用主体、教学模式、虚拟病例、评价工具等方面的差异有关。由此可见，针对不同的学生，要选择合适的虚拟病例和教学设计，在教学评价方面也需确定客观、统一的评价标准，以明确虚拟仿真技术的应用效果。

4 虚拟仿真技术在助产教学中应用的不足之处

虽然虚拟仿真技术在助产理论和实践教学中都取得了良好的效果，但其在技术、教学融入方式等方面还有待改进。有使用者反映，虚拟教学平台存在运行流畅度差、服务器不稳定、服务系统的承载性小等问题[32,40]。另外，在虚拟案例方面还需要多样化的设计，国外的虚拟案例多集中于临床产科急症的应用，注重临床思维和人文关怀的培养[25,27⁃28]；国内多集中于单项的助产技能训练，提高了学生的理论成绩和技能成绩，但对学生的临床思维能力、人文素养、护患沟通能力的影响较小。因此，在以后的虚拟案例设计过程中，本着“能实不虚”的原则，着重设计教学中学生难以接触的临床案例，适当将案例复杂化并加入思政元素，以锻炼学生的临床思维能力，提高学生的人文素养。由于虚拟仿真技术在助产领域的应用刚刚兴起，各项技术及教学模式的设计都需要持续改进。此外，虚拟仿真技术与传统教学方法有较大的不同，目前的评价标准不全面，需要改变教学效果评价方法，建立客观的教学评价标准[41]。

5 小结

虚拟仿真技术作为新兴的教学工具符合现代护理教育的发展要求，将其用于助产理论与实践教学是大势所趋，且大多数研究证明，虚拟仿真技术的应用可有效提高学生的临床技能操作能力、观察能力、思维决策能力等。但目前虚拟仿真技术在助产教学领域应用较少，还需进一步扩大应用面，以确定其在教学效果方面的有效性。今后护理及助产教育工作者对虚拟仿真教学还需要进行更深入的探索，包括在虚拟案例、教学内容、教学模式等方面的创新和优化，以加强校企合作，提高技术应用在沉浸性、交互性方面的优化，提高虚拟仿真技术在助产领域的教学效果。