急危重癥護理虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)軟件開發(fā)體會

鐘 瑜，項朝陽，喬 樑，邱翠瓊，段丹萍

（廣東食品藥品職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 510520）

急危重癥護理是護理、助產(chǎn)專業(yè)的主干課程，是一門涵蓋臨床各科常見救護理論及常用急救、監(jiān)護技術(shù)的實踐性應(yīng)用學(xué)科，強調(diào)對護生急救知識和技能綜合運用能力的培養(yǎng)[1]。作為未來臨床護理的主要力量，護生對急危重癥護理知識和技能的掌握直接影響急危重癥患者的生命質(zhì)量。然而目前急危重癥護理教學(xué)存在實踐課時少、學(xué)生動手機會少等問題[2]，往往也會受到如設(shè)備昂貴、易老化，缺乏真實的臨床環(huán)境氛圍和體驗，安全因素等條件限制，這對學(xué)生的職業(yè)發(fā)展和能力培養(yǎng)是不利的。虛擬仿真是一種采用現(xiàn)代高科技手段生成的視覺、聽覺、觸覺一體化的虛擬環(huán)境，用戶借助設(shè)備操作虛擬對象，產(chǎn)生如同在真實環(huán)境中操作的感受和體驗[3]；借助虛擬仿真能給學(xué)生全方位的學(xué)習(xí)體驗，更利于全面、深刻地掌握相關(guān)知識。教育部《關(guān)于2017—2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)的通知》，鼓勵眾多高校進行虛擬仿真實驗中心和示范性虛擬仿真項目的建設(shè)[4]，基于此，我們通過運用信息化技術(shù)打造急危重癥護理虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)軟件，營造接近于臨床實際的技能仿真訓(xùn)練環(huán)境，以期突破急危重癥護理實踐教學(xué)現(xiàn)有條件的限制，實現(xiàn)反復(fù)的、無危險的情景式實踐教學(xué)，為高校、醫(yī)院及相關(guān)機構(gòu)培養(yǎng)護理行業(yè)應(yīng)用型人才提供參考。

1 軟件開發(fā)技術(shù)方案

本研究基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，依托學(xué)校虛擬仿真平臺，以急危重癥護理實訓(xùn)教學(xué)為模塊，依照能實不虛的原則，圍繞目前實訓(xùn)教學(xué)中確實需要虛擬仿真輔助的教學(xué)難點進行開發(fā)設(shè)計。最終確定以掌握常用搶救設(shè)備儀器的使用及故障排除、熟悉急危重癥護理工作環(huán)境和重癥監(jiān)護室功能布局為目標(biāo)開發(fā)內(nèi)容，通過3DMAX進行學(xué)習(xí)場景和人物建模并運用Uni t y3D虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)知識點的人機交互，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面采用B/S架構(gòu)，充分發(fā)揮云計算平臺資源分配靈活的優(yōu)勢，依據(jù)用戶并發(fā)數(shù)量的需求，以實現(xiàn)計算資源動態(tài)分配，同時綜合Ajax、Java等多種信息技術(shù)的應(yīng)用，構(gòu)建一個集課前預(yù)習(xí)、教學(xué)示范、仿真練習(xí)、考核評價于一體，并具有學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)收集、人機互動交流等功能的急危重癥護理實時在線學(xué)習(xí)軟件。

2 軟件介紹

2.1 軟件內(nèi)置資源

軟件內(nèi)置虛擬重癥監(jiān)護室（包括監(jiān)護病房、病房設(shè)施、治療室、護士站、醫(yī)生辦公室、庫房、虛擬患者等）、虛擬呼吸機、虛擬心電監(jiān)護儀、虛擬除顫儀、虛擬輸液泵、虛擬注射泵、虛擬振動排痰機、虛擬心電圖機8套獨立資源并融合在一個程序包內(nèi)，全部資源均參考臨床實體環(huán)境和設(shè)備儀器打造；其中，除了虛擬重癥監(jiān)護室因軟件程序較大，且需要配合鍵盤操作僅支持P C端之外，其余資源均支持P C端和手機端訪問使用。

2.2 軟件用戶登錄

依托學(xué)校虛擬仿真平臺，學(xué)生、教師、管理員憑登錄賬號和密碼登錄后可對應(yīng)實現(xiàn)學(xué)習(xí)和管理功能。（1）學(xué)生用戶：登錄后可見實訓(xùn)項目、實訓(xùn)要求和目標(biāo)等內(nèi)容，可根據(jù)要求自由選擇相應(yīng)的虛擬仿真項目進行學(xué)習(xí)；平臺自動記錄學(xué)生學(xué)習(xí)次數(shù)和時長；同時，平臺支持學(xué)生線上提交實訓(xùn)報告。（2）教師用戶：登錄后可實現(xiàn)實驗計劃的發(fā)布、實訓(xùn)報告的批閱、查看學(xué)生學(xué)習(xí)情況等功能。（3）管理員用戶：管理員主要由學(xué)校電教信息中心教師擔(dān)任，負責(zé)平臺軟件資源的維護和后臺數(shù)據(jù)收集。

2.3 軟件界面及功能

軟件界面整體設(shè)計以實訓(xùn)項目教學(xué)目標(biāo)為依托，以標(biāo)識清晰、可操作性強、便于用戶使用為原則進行功能設(shè)計?，F(xiàn)將軟件功能具體介紹如下。

2.3.1 軟件提供高度仿真的學(xué)習(xí)環(huán)境和氛圍 目前急危重癥護理實訓(xùn)教學(xué)多采用單一的教師示范和模擬人強化練習(xí)方式，教學(xué)場地多為學(xué)校教室和仿真病房，學(xué)生在臨床工作環(huán)境下的實踐體驗較少，長期面對模擬人容易產(chǎn)生學(xué)習(xí)疲勞感。我們研發(fā)的急危重癥護理虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)軟件基于臨床重癥監(jiān)護實際工作環(huán)境和實體儀器設(shè)備研發(fā)。學(xué)生可通過P C端登錄并以自由漫游的方式進入虛擬重癥監(jiān)護室參觀體驗，提前熟悉監(jiān)護室的護理工作環(huán)境、功能布局和常用儀器設(shè)備等知識點，有助于學(xué)生理論聯(lián)系實際，從而縮短學(xué)校和臨床的距離；同時，沉浸式和互動式的學(xué)習(xí)氛圍相比學(xué)校實訓(xùn)室也有助于進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)意識和學(xué)習(xí)動力。

2.3.2 游戲化設(shè)計思路結(jié)合輔助功能助力學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)達成 軟件仿照游戲思路，為學(xué)生提供游戲化視角和任務(wù)完成式學(xué)習(xí)方式，如虛擬重癥監(jiān)護室依據(jù)臨床監(jiān)護室實際出入管理制度提供患者、醫(yī)務(wù)人員、探視家屬3種角色選擇，學(xué)生可體驗不同角色進入監(jiān)護室的具體路徑和相關(guān)管理要求，同時設(shè)置任務(wù)提示功能，如學(xué)生以探視家屬身份進入監(jiān)護室，若未完成防護設(shè)備穿戴會出現(xiàn)無法進入探視通道且會有相應(yīng)文字提示窗彈出，以指導(dǎo)學(xué)生采取正確的措施后才能進行下一步的學(xué)習(xí)；心電監(jiān)護儀的電極片放置以小游戲的形式完成等；軟件同時提供快捷鍵、導(dǎo)航、互動提示等輔助功能助力學(xué)生學(xué)習(xí)。

（1）快捷鍵：軟件在界面提供對應(yīng)學(xué)習(xí)的快捷鍵，學(xué)生可一鍵快速進入或返回到對應(yīng)的模塊區(qū)域進行學(xué)習(xí)。

（2）導(dǎo)航（適用于虛擬重癥監(jiān)護室漫游項目）：該功能包含學(xué)習(xí)導(dǎo)航和路徑導(dǎo)航兩種模式，學(xué)習(xí)導(dǎo)航主要通過窗口彈出的形式顯示當(dāng)前項目的全部應(yīng)學(xué)知識點，未學(xué)知識點均顯示綠色，學(xué)生點擊學(xué)習(xí)后知識點由綠轉(zhuǎn)灰，以助學(xué)生及時查缺補漏；路徑導(dǎo)航以地圖的形式實時反饋當(dāng)前學(xué)習(xí)者所在的學(xué)習(xí)位置。

（3）知識點和互動點提示功能：學(xué)習(xí)模式下軟件中所有的知識點和互動點均以固定顏色（知識點顯示綠色，互動點顯示紫色）加懸浮圈動態(tài)顯示，便于學(xué)生進入對應(yīng)項目后能盡快熟悉和掌握各知識點。

2.3.3 軟件提供安全、可重復(fù)且方式靈活的實訓(xùn)學(xué)習(xí)方式 基于臨床急危重癥護理常用儀器設(shè)備操作流程和故障排除方法，軟件中儀器設(shè)備的學(xué)習(xí)訓(xùn)練均以虛擬患者的護理為場景，同時針對實訓(xùn)項目的重點和難點（如心電監(jiān)護電極片安置、除顫儀的安全使用、輸液泵使用過程的故障排除等）提供虛擬患者實時互動交互的方式輔助學(xué)習(xí)，突破教學(xué)重難點，學(xué)習(xí)過程全程仿真，可克服目前實訓(xùn)教學(xué)中存在的安全風(fēng)險、實驗室容量等因素的限制，能實現(xiàn)反復(fù)的、無危險的情景式實踐教學(xué)；加上軟件支持P C端和手機端24小時全天候開放使用，學(xué)生能夠隨時隨地開展自主探究學(xué)習(xí)和溫習(xí)鞏固。

2.3.4 軟件創(chuàng)新考核模式，鍛煉學(xué)生臨床思維 為了檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，軟件提供考核模式供教師組織過程性考核使用。考核分理論和實訓(xùn)兩種模式，兩種模式總分均為100分。理論考核依據(jù)軟件中不同的實訓(xùn)內(nèi)容，由護理學(xué)院高年資教師和臨床一線專家共同對照教材、護考大綱及臨床急危重癥護理工作內(nèi)容建立題庫，題庫和軟件中的虛擬場景及儀器設(shè)備相捆綁，學(xué)生學(xué)習(xí)完對應(yīng)的項目后可選擇考核模式自我檢驗，教師也可通過考核模式隨機出題考核學(xué)生，考核分數(shù)自動生成。實訓(xùn)考核圍繞實訓(xùn)項目的操作流程和常見的故障排除方法分步驟賦分，其中重難點內(nèi)容采取容錯并扣分、出現(xiàn)安全風(fēng)險因素一票否決等方式計分。如在輸液泵的使用考核中會出現(xiàn)氣泡報警，學(xué)生若不立即停止泵的使用氣泡會順著管道持續(xù)流向患者，若學(xué)生在虛擬場景中沒有點擊暫停按鈕而點擊了其他按鈕則反饋為操作錯誤并扣除該部分得分，但不影響考核繼續(xù)進行；若氣泡進入血管（時間可依據(jù)案例中使用的滴速而設(shè)定）則直接判定考核不合格。每一個選擇系統(tǒng)會彈出確認窗口供學(xué)生再次確認避免學(xué)生誤操作而扣分情況發(fā)生；該模式有助于訓(xùn)練學(xué)生以嚴謹?shù)膽B(tài)度對待學(xué)習(xí)內(nèi)容，同時動態(tài)情景模擬方式也有助于訓(xùn)練學(xué)生臨床思維。

2.3.5 學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)全過程收集，教學(xué)相長，師生共同進步 學(xué)校虛擬仿真平臺和軟件后臺支持學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)全過程記錄，學(xué)生登錄次數(shù)、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)時長、學(xué)習(xí)疑問、學(xué)習(xí)意見和建議、模擬考核成績都會記錄在后臺供教師查閱，依據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，教師可實時掌握教學(xué)效果并動態(tài)調(diào)整教學(xué)策略，以適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)進度或開展分層教學(xué)，最終促進師生共同進步。

3 開發(fā)體會

3.1 科學(xué)建立開發(fā)團隊，為軟件研發(fā)護航

有研究[5]指出，大學(xué)虛擬仿真教學(xué)平臺建設(shè)需要加強校企合作。醫(yī)學(xué)教育虛擬仿真軟件的研發(fā)涉及面廣、專業(yè)技術(shù)性強，更需要加強學(xué)校、醫(yī)院和企業(yè)的合作。軟件研發(fā)內(nèi)容的確定需要基于學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)、教師的教學(xué)需求及臨床崗位核心工作能力，而虛擬空間環(huán)境設(shè)計、儀器設(shè)備臨床常見故障及排除、知識點的考核等內(nèi)容需要臨床護理專家依據(jù)臨床實際工作予以指導(dǎo)；加之現(xiàn)在儀器設(shè)備更新速度快，市場主流儀器設(shè)備的建模和研發(fā)過程需要廠商提供設(shè)備參數(shù)等資料支持。因此開發(fā)團隊的組建需要學(xué)校信息技術(shù)和護理教學(xué)骨干、臨床護理專家及醫(yī)療器械企業(yè)三方共同參與，這既能保證軟件開發(fā)前期設(shè)計的合理性、針對性和科學(xué)性，同時也有助于軟件研發(fā)后期的進一步完善及可持續(xù)發(fā)展。

3.2 研發(fā)期間應(yīng)做到溝通常態(tài)化，推動研發(fā)持續(xù)有效開展

由于虛擬仿真建模和軟件編程人員均為非醫(yī)學(xué)背景和非教師崗人員，技術(shù)人員對護理臨床和護理教學(xué)領(lǐng)域并不熟悉，因此存在軟件開發(fā)過程中技術(shù)人員未能很好理解護理工作流程和護理教學(xué)在軟件中應(yīng)體現(xiàn)出的重難點內(nèi)容，這和方敏[6]等的研究結(jié)果一致，這就需要團隊在研發(fā)期間采取多種方式加強溝通。如可選擇一周的一個固定時間段以網(wǎng)絡(luò)會議或者面談討論的形式開展，研發(fā)技術(shù)人員和團隊其他成員就每一個步驟和細節(jié)在開發(fā)前討論并達成一致意見，同時制作過程中及時將進展反饋給團隊，團隊整體討論或試用體驗后再將優(yōu)化建議反饋回技術(shù)人員，以此一步步完善軟件內(nèi)容和推動整個研發(fā)持續(xù)有效開展。

3.3 合理使用虛擬仿真技術(shù)，促進虛實有效結(jié)合

目前，關(guān)于虛擬仿真在護理教育方面的優(yōu)勢已經(jīng)有眾多學(xué)者在實際教學(xué)中運用并證實[7]。然而我們在研發(fā)中也發(fā)現(xiàn)虛擬仿真技術(shù)還存在相應(yīng)弊端，如在借助大型3D投影顯示屏和3D虛擬眼鏡體驗時體驗者會出現(xiàn)頭暈、惡心等癥狀，且看的時間越長癥狀越明顯。國外也有研究[8-9]顯示，22%～56%的用戶在使用虛擬仿真技術(shù)時出現(xiàn)暈動病，輕者發(fā)生頭暈、惡心、煩悶等癥狀，重者出現(xiàn)出冷汗、嘔吐甚至?xí)灥沟劝Y狀，同時研究[8]提示，頭戴式設(shè)備的使用時間越長，暈動病的發(fā)生率越高。提示我們在研發(fā)虛擬仿真軟件時可以將需要借助虛擬仿真的知識點碎片化開發(fā)，同時在以后的課堂教學(xué)中不應(yīng)長時間持續(xù)使用，可通過將教學(xué)內(nèi)容模塊化結(jié)合虛擬仿真進行教學(xué)。另外，李紅梅等[10]認為虛擬患者不能代替真實的患者，目前的虛擬仿真訓(xùn)練缺少必要的人文關(guān)懷，而過分依賴虛擬仿真技術(shù)易忽視學(xué)生人際溝通能力培養(yǎng)。提示我們研發(fā)設(shè)計時要進一步設(shè)計和優(yōu)化虛擬患者的互動功能，融入人文關(guān)懷等軟技能知識點和考核點，注重學(xué)生的全面發(fā)展。

本研究僅總結(jié)了急危重癥護理虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)軟件的開發(fā)體會，專業(yè)局限性較強，對于軟件在急危重癥護理課程教學(xué)的具體應(yīng)用效果和遠期在社會培訓(xùn)及其他課程中的推廣方面，還有待后期進一步研究。