基于虚拟仿真技术的基础医学实验技能大赛的实践与思考

孙林英 李文涛 王德秀 郭涛

［摘           要］  信息化背景下，虚拟仿真技术等现代信息技术被广泛应用于教育领域。医学教育是一门实践性较强的学科，而实验教学对于培养医学生临床实践能力、解决问题能力以及创新能力至关重要。将虚拟仿真技术应用于医学实验教学，可以很好地解决传统实验教学存在的弊端，促进医学实验教学的改革与创新。以基础医学实验技能大赛为例，引入虚拟仿真技术，虚实结合，以赛促学、以赛促改、以赛提质，为各院校和教师提供相关参考。

［关    键   词］  虚拟仿真技术；实验技能大赛；实验教学；基础医学

［中图分类号］  G642                   ［文献标志码］  A                   ［文章编号］  2096-0603（2024）06-0113-04

随着信息化的发展，虚拟仿真技术的应用越来越广泛。虚拟仿真技术是一种通过计算机模拟现实世界中的场景和过程的技术。它可以利用特定的算法创建虚拟环境，为用户提供视觉、听觉、触觉等感官的模拟，使其沉浸到该环境中[1]。其具有直观性、可重复性、沉浸性、交互性等特征[1，2]。

医学教育作为一门十分注重实践性的学科，强化和培养学生临床实践能力是巩固和加深理论知识最有效的途径。在医学类专业课程体系中，实验教学是培养应用型医学人才的重要组成部分，肩负着培养学生基本操作技能和临床实践能力的重任。目前，传统的线下实验教学仍是当前实验教学的主要形式，其具有不可替代的地位和优势。但是，由于线下实验教学在空间、安全、仪器设备、成本资源等方面存在一定的实际限制[3]，很多新实验技术和实验内容难以引入本科实验教学中。

随着网络化和信息化的发展，虚拟仿真技术因其具有直观性、不受空间限制、可重复操作、安全性等优势[1，2]，被广泛应用于多门医学专业，比如口腔、助产、 护理学、中医等专业的教育过程中[4，5，6，7]。目前，虚拟仿真技术在医学实验教学中可以提供更加可视化、交互性强的学习体验，帮助学生更好地理解和掌握医学理论知识。一方面，在实验教学中，虚拟仿真技术可以替代部分传统的实验，让学生通过计算机模拟的场景和环境进行实验学习。比如，学生可以通过虚拟仿真软件观察和学习人体器官的三维结构、相互关系和功能。这种方式可以提供更加清晰、详细的图像，让学生更好地理解人体结构，为学习医学理论知识打下良好的基础[8]。另一方面，在临床技能培训中，虚拟仿真技术可以帮助学生进行实际操作的模拟。通过虚拟仿真技术，学生可以模拟诊断、手术等临床操作，反复练习，提高操作技能和决策能力。这种虚拟仿真训练可以减少对真实患者的风险，提高学生的安全性和自信心。此外，虚拟仿真技术还可以提供场景模拟，让学生在虚拟环境中进行临床实践。学生可以通过虚拟仿真软件参与模拟病例的诊断和治疗过程，提高对疾病的理解和应对能力。这种模拟训练能够让学生在真实情境下锻炼，增强临床思维和团队合作能力[9]。

总的来说，虚拟仿真技术在基础医学教育中的应用程度逐渐增加。它通过提供可视化、交互性强的学习体验，帮助学生更好地理解和掌握医学知识，提高操作技能和临床决策能力。虚拟仿真技术在基础医学教育中的应用将会越来越广泛，为培养优秀的医学人才提供更好的教育工具和平台。虚拟仿真技术在实验教学应用的一个方向就是VSP（Virtual Standardized Patients，虚拟标准化病人系统）。大赛采用成都泰盟VSP虚拟标准化病人系统，以基础医学虚拟仿真实验代替传统的动物实验，符合动物福利和3R原则。泰盟VSP-100虚拟标准化病人，是基于数学模型，以临床案例为先导，引出问题与难点，用3D动画的形式来展示多种生理病理机制，易于学生理解与掌握临床疾病的发病机制，同时利用虚拟病人模拟真实临床诊断过程，有利于促进学生“早临床、多临床、反复临床”，锻炼学生的临床思维能力与实践能力，提高实验教学质量。

因此，为切实提高医学生的临床实践能力与创新能力，本次基础医学实验技能大赛引入虚拟仿真技术，采用VSP虚拟标准化病人系统，以心血管系统为例，为学生提供直观的学习感受，以赛促学、以赛提质，积极进行基础医学实验教学模式改革的探索，为实验教学改革提供新思路。

一、资料与方法

（一）参赛对象

本次大赛面向潍坊医学院2019、2020、2021级基础医学类专业本科生，通过现场赛事预告、课上宣傳、微信和QQ等线上线下多方式广泛宣传，学生通过扫描二维码组队报名，五人为一组，填写参赛信息，获取相应的参赛资格[10]。

（二）参赛内容

本次基础医学综合实验技能大赛以我校开设的机能实验学课程内容为参考，融合虚拟仿真技术，虚实结合，多种形式开展赛事，主要涉及生理学、病理生理学、药理学等学科基本知识和机能学实验操作相关知识。本次大赛主要形式包括基础医学知识测试（初赛）、VSP虚拟标准化病人操作（复赛）、人体生理学实验系统体验、专业教师团队的心肺复苏培训（复赛学生需参加）、心肌梗死的模型复制诊断与解救（决赛）与团队答辩汇报（计入总成绩）等环节。其中，决赛环节是按照实践操作得分×60%+团队答辩汇报得分×40%的成绩构成来计算总成绩（见文末表1）。

（三）调查问卷

比赛结束后，应用问卷星制作调查问卷，随机选取参加决赛的200多名学生，填写基础医学实验技能大赛满意度调查问卷，问卷内容包括参赛学生基本情况，以及对虚拟仿真实验和基础医学实验技能大赛的认知和态度以及满意度等情况。

（四）统计方法

采用SPSS 20.0对所收集的数据进行统计分析，定性资料采用率、构成比（%）对调查数据进行统计学描述。

二、调查分析结果

（一）调查对象基本情况

本次共调查了218名参赛学生，涵盖2019级、2020级和2021级临床医学、麻醉学、口腔医学、护理学、预防、影像学等多个专业，其中，临床医学专业人数占到调查总人数的66.97%（图1）。女生117名，占调查学生的53.67%，男生101名，占调查学生的46.33%（表2）。

（二）基础医学实验技能大赛参与情况

关于对“是否了解基础医学实验技能大赛”一题调查的过程中，74.31%的学生有了解，有25.69%的学生从未听说过，说明基础医学实验技能大赛的宣传还存在一定的提高空间，要扩大宣传的范围，强调大赛重要性，鼓励学校各个专业的学生参与进来，扩大大赛的参与度。

在对“是否對本次基础医学实验技能大赛的比赛内容感兴趣”进行调查时，高达99.54%的学生表示对本次大赛的比赛内容感兴趣，仅有0.46%的学生表示不感兴趣，说明此次大赛设置的内容十分受参赛学生的喜欢，尤其是虚拟仿真技术的加入。在“此次大赛的时间安排是否合理”一问中，88.99%的学生认为此次大赛的时间安排合理，11.01%的学生认为此次大赛时间安排不合理。在对“此次实验技能大赛，最喜欢哪种比赛形式”调查中，47.71%的学生表示最喜欢团队赛，3.67%的学生表示最喜欢个人赛，48.62%的学生表示最喜欢个人赛与团队赛相结合。

（三）虚拟仿真实验的接受度和满意度分析

调查问卷结果统计显示，77.71%的学生表示对虚拟仿真技术和虚拟仿真实验有所了解，71.66%的学生表示VSP虚拟标准化病人的操作系统容易学习，89.73%的学生表示对虚拟仿真实验教学的内容感兴趣，75.5%的学生认为学习虚拟标准化病人让抽象的理论知识更直观，88.64%的学生认为虚拟仿真实验教学有助于掌握实验要点，87.27%的学生认为，虚拟仿真实验有助于提高实验成功率，100%的学生认为有必要开展虚拟仿真实验。综上所述，虚拟仿真实验在此次大赛中的应用被大部分学生认可。

（四）基础医学实验技能大赛的满意度分析

为分析本次基础医学实验技能大赛的开展效果与学生的满意程度，本次调查问卷从“有助于学生自主学习”“有助于加强教学内容的理解与掌握”“能锻炼解决问题的能力”“提高实践动手能力”“有助于培养团队协作意识”“有助于提高创新能力”“有助于提高临床思维能力”七个维度进行调查，调查问卷结果统计显示，98.62%的学生认为参加基础医学实验技能大赛能促进学生的自主学习，97.62%的学生认为参加实验技能大赛有助于加强教学内容的理解与掌握，99.08% 的学生参加实验技能大赛能锻炼自己解决问题的能力，98.62% 的学生认为参加实验技能大赛能提高自己的实践动手能力，99.54%的学生认为参加实验技能大赛有助于培养团队协作意识，96.79%的学生认为参加实验技能大赛能提高自己的创新能力，97.71%的学生认为参加实验技能大赛有助于提高自己的临床思维能力。这反映了大部分学生对本次实验技能大赛还是认可的，也反映了实验技能大赛给学生的学习与成长带来了一定的促进作用。

在“对于本次实验技能大赛，你遇到的最大困难”一题中，64.68%的学生表示遇到的最大困难是相关的理论知识掌握不够充分，27.98%的学生表示遇到最大的困难是实验操作不熟练，仅有0.92%的学生表示没有困难（图2）。6.42%的学生表示在本次实验技能大赛中，遇到的困难是其他，主要包括比赛时间把握不好、团队配合不够好等。由此可见，理论知识的掌握不能只停留在死记硬背上，更为重要的是对理论知识的理解与应用。参加实验技能大赛也是对自己理论知识掌握与应用程度的一次检验。

三、讨论

（一）基础实验技能大赛引入虚拟仿真技术，虚实结合，以虚促实，实现教学相长，提高实验教学效果

基础医学实验技能大赛在虚拟仿真技术的支持下举办得很成功，既有线上的虚拟仿真实验，也有线下的临床实践操作。通过基础医学实验技能大赛，也发现学生在实验学习的过程中存在诸多问题：（1）学生医学基础理论知识掌握得不够扎实，大部分学生在初试时取得的成绩并不高。（2）临床思维能力和决策能力有待提高。有的学生看到虚拟病人出现临床症状时，未及时采取相应的措施导致抢救失败，也可能是因为学生对虚拟标准化病人系统的操作并不熟悉。（3）临床实验操作不够熟练。在临床操作过程中，因为学生操作不熟练，会导致实验操作时间过长，甚至出现临床操作失误。

本次大赛引入虚拟仿真技术，以另一种形式来考核学生对基础知识的掌握程度。参赛期间，学生通过答题和线上抢救虚拟病人能够发现自己的不足，及时查缺补漏，切实提高自身能力。根据大赛反映出的问题，教师应反思自己，及时更新教育理念，更新教学方法，运用现代信息技术提高教学质量，切实达到“以赛促学、以赛促教、以赛促训”的效果[10]，实现教学相长。

（二）虚拟仿真技术有助于实现基础医学实验教学改革

虚拟仿真技术在基础医学实验技能大赛中的应用，对于实验教学改革具有显著的促进作用。应用虚拟仿真技术不仅可以避免传统医学实验存在的诸如资源有限、学生安全问题，还可以提供可重复性的实验机会，允许学生多次进行实验操作，加深学生对实验原理和操作步骤的理解和掌握。此外，虚拟仿真技术还能够让临床实验过程可视化。通过图像、动画等形式展示临床操作过程，学生可以清晰地观察到临床操作的每个步骤和细节。这有助于学生更好地理解实验原理和操作过程，提高实验的效果和学习的效率。

另外，虚拟仿真技术还具有交互性。学生可以通过与虚拟标准化病人系统的互动来进行实验操作，根据实验结果进行反思和调整。虚拟仿真技术在基础医学实验教学中具有很大的潜力和优势，可以提高学生的实验操作技能和实验理解能力，促进基础医学实验教学的改革和创新。

（三）虚拟仿真技术与医学实验教育融合，提高教育质量，有助于培养具有实践能力和竞争力的医学人才

将虚拟仿真技术与医学实验课程深度融合， 扬长避短，突破了时间和空间的限制，提高医学生的学习兴趣和学习效果，同时优化和拓展了实验教学内容，实现了传统医学实验课程教学的网络信息化改革。上海健康医学院基础医学院研究发现，微课与虚拟仿真实验平台在机能学实验中展开混合式教学可取得较好的教学效果和学生满意度，是机能学实验教学改革的未来发展方向之一[11]。虚拟仿真技术在教育领域具有重要应用，有利于提高高校实验教学信息化水平[12]。

虛拟仿真实验技术与医学实验教育的融合可以为培养具有实践能力和竞争力的医学人才提供安全和可控的学习环境，模拟真实的临床场景和疾病情况，促进新的实验教学模式（即： 线上理论学习—线上视频观摩—线上虚拟操作—线下实体操作—线下总结汇报）的产生，并个性化地满足学生的学习需求。这将有助于培养出高素质的医学人才，提升学生实践能力和竞争力，在面对真实的医疗环境时能够更好地应对挑战。因此，虚拟仿真技术与医学实验教育的融合是非常有意义和必要的。

四、结束语

引入虚拟仿真技术的基础医学实验技能大赛是在“互联网+”背景下基础医学实验教学改革的一次成功尝试，大赛注重应用型和创新型医学人才的培养，本着“以实为主，以虚补实，虚实结合”的教学原则和“以学生为中心”的教学理念，线上线下结合，切实提高了医学生的实验技能、创新能力、综合素质和职业素养，也为将来基础医学实验教学的持续改进提供了实践经验。

参考文献：

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［2］席二辉.虚拟现实技术在教育中的应用优势［J］.电子质量，2022（6）：4-6.

［3］刘克敏，孙艺平，戴淑芳，等.基础医学虚拟仿真实验教学中心的建设与实践［J］.实验技术与管理，2017，34（4）：221-224.

［4］王振慧，杨宏业.虚拟仿真技术在口腔医学教育中的应用［J］.口腔医学研究，2022，38（9）：811-814.

［5］孙晋洁，范本霞，丁晶晶，等.虚拟仿真技术在护理教育中的应用研究［J］.中国继续医学教育，2022，14（20）：185-189.

［6］赵子冉，郭洪花，周蓉，等.虚拟仿真技术在助产教学中的应用研究进展［J］.护理研究，2023，37（4）：660-663.

［7］杨成.VR虚拟仿真技术在中医临床教学中的应用［J］.中国中医药现代远程教育，2021，19（13）：174-175.

［8］熊天庆，吴洪海，梁景岩.虚拟仿真技术在临床医学专业人体解剖学实验教学中的应用评价［J］.解剖学杂志，2022，45（4）：387-389.

［9］梁冉，余瑞琦，李敏，等.虚拟仿真技术在医学领域中的应用［J］.卫生职业教育，2020，38（22）：153-156.

［10］孙林英，王玉良，蔡欣，等.基于OBE理念的基础医学实验教学改革探索：以ESP虚拟仿真实验技能大赛为例［J］.现代职业教育，2023（10）：53-56.

［11］吴兰，王红卫，张颖，等.微课与虚拟仿真实验平台在机能学实验混合式教学中应用［J］.中国高等医学教育，2021（8）：47-48.

［12］李平，毛昌杰，徐进.开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设提高高校实验教学信息化水平［J］.实验室研究与探索，2013，32（11）：5-8.