产程阴道检查虚拟仿真教学系统的开发与应用

陈小萍,葛 圆,马 帅,刘玉洁

妇科检查是一项私密性、侵入性操作,受传统文化影响以及当下人们维权意识不断增强,产妇和家属对私密处检查的保护意识越来越强,护理专业学生(护生)进入检查室观摩带教老师对病人进行妇科检查的机会变少[1]。显然,传统妇产科护理教学对男护生来说变得更加艰难。传统的教学模式是在高仿真模型上示教,模型价格昂贵,数量有限,而且教学资源有限,教学安排时长受限,学生不能反复实践操作,也无法满足大规模学生个体化教学需求[2]。造成护生对妇产科中抽象的知识难以理解及对妇科护理技能操作练习不熟练,没有达到良好的学习效果,打击其未来步入临床岗位的自信心。新型冠状病毒感染疫情期间,妇产科护理课程大部分课时是教师网上传授理论知识,实践教学难以开展,产程阴道检查虚拟仿真教学系统的开发以及应用符合时代需求且势在必行。基于上述问题,本研究运用虚拟结合互联网技术的现代化教学手段开发出新的软件并应用到妇产科护理教学中。虚拟仿真技术[3](virtual reality technology,VR)是利用互联网构建出一个让用户通过视觉、听觉、触觉等方面建立起的真实、生动的三维虚拟仿真环境,用户通过特定的设备能模拟现实中的操作。有研究表明,在产科中应用虚拟仿真教学可对学生参与新的学习方式发挥积极作用,能极大地提高学生的个人能力[4]。该系统可供学习者沉浸在特定、逼真的学习环境中感知抽象的学习内容,使学习不限时间、不限地点和性别差异,让学生在反复练习掌握阴道检查操作流程的基础上提高自己的技能水平,有效地弥补了传统教学上的不足。现将该系统的开发及应用情况汇报如下。

1 产程阴道检查虚拟仿真教学系统的设计思路

基于建构主义理论指导,项目设计坚持以学生为中心、产出为导向的理念,遵循自主学习—虚拟训练—考核评价的学习过程设计虚拟仿真教学系统[5]。该教学系统是桌面虚拟现实系统[6](desktop VR system),计算机显示器是其最通常的一种显示媒体,用户在计算机显示器上体验虚拟环境,在这一过程中使用者必须全程观看计算机屏幕。因此,虚拟教学系统设计了两种模式,即学习模式、考核模式,让学习者在高度逼真的环境中认识并熟悉阴道检查用物、操作要点及整体流程。结合阴道检查操作的三维虚拟仿真交互系统,通过VR/3D融合技术实现虚拟仿真的教学效果。计算机图形模拟技术可将传统模拟人无法展现的一些子宫内部器官以任何角度的三维透视和剖视动态实时地表现出来,学习者可多方位对护理操作过程进行观看和学习。围绕为学生构建一个虚拟的临床场景及操作环境,计算机虚拟仿真技术运用图片、文字、语音、三维交互动画等打造虚拟场景,再现临床产程阴道检查全过程,可有效弥补传统教学的不足[7]。为学生提供深度交互式学习环境,多维度呈现学习内容,使抽象的操作过程更加直观化、形象化,极大提升教学的趣味性,在根本上解决了学生在学习妇产科护理相关知识和操作中的难题,同时可通过在线考核了解学生的知识掌握程度[8]。

2 系统的构成及功能

2.1 虚拟场景构建 确定设计思路后,开始构建虚拟场景,实现该虚拟画面教学是核心技术。软件的开发过程如下:①组建由妇产科护理、助产教学队伍及计算机专业工程师组成的研发团队。专业教师根据教学目标设计虚拟仿真教学方案,包括设置题目、编写教学案例和设计场景中图片、动画等所涉及的知识点。②虚拟场景的实现主要依靠软件及设备,包括计算机、客户端应用程序(阴道检查虚拟仿真教学系统)等。在虚拟场景构建中,技术团队应用3D仿真、3D绘图标准(WebGL)等技术设计高度仿真的虚拟环境,呈现阴道检查的场景,由虚拟产科病房、虚拟产妇、虚拟仪器设备、虚拟检测设备、虚拟医疗器械(无菌包、无菌手套、0.5%碘伏纱布缸、一次性臀垫、无菌持物钳等)构成,目的是为了确保人物、环境、场景的逼真程度。

2.2 学习模式 据上述设计思路,该系统将产程阴道检查的所有贯穿在情境模拟教学中,点击学习模式即显示以下3个模块,即窥器检查、骨盆内测量、阴道检查,每个模块内容均包含了理论学习、技能操作、案例分析、回答问题等步骤。学习模式允许学生多次反复、随时开展虚拟仿真学习,且允许试错,出现错误时系统会提供正确指引或答案,初步指导学生正确操作的意识,为后续的考核模式奠定良好的基础。

2.2.1 窥器检查 学习模式中全程穿插理论知识内容,进入窥器检查模块后首先以选择题导入系统内供学生思考做出选择后了解窥镜检查的目的和注意事项,通过3D动态模拟进入阴道窥器检查操作流程。系统会语音提示学习者窥镜检查时的操作要点,此模块还可隐藏窥器使学生更直观地观察阴窥镜检查下所看到的宫颈口状况,可使学生对检查操作细节更注重,所需用物记忆更深刻。

2.2.2 骨盆内测量 点击骨盆内测量模块时学习者可以查看并了解虚拟产妇的骶尾关节活动度、对角径、坐骨棘间径、坐骨切迹宽度、出口后矢状径等。虚拟操作者手指进入虚拟产妇阴道3～4 cm时,系统能够实时标记手指伸入阴道长度,到一定程度后手指向上翻转,可以以透视、剖视、多视角局部放大观察、记录产妇骨盆各解剖平面大小情况。每次测量不同的骨盆间径都会以文字、线条连接长度结合语音提示骨盆间径的大小,直观、清晰的画面可使学生的印象加深。

2.2.3 阴道检查 步骤1,进入产程阴道检查模块时学习者通过鼠标点击拖拽用物放在指定位置即可完成技能操作,但是操作步骤不能出现顺序上的错误,如学生点击顺序正确后,虚拟操作者会按顺序进行会阴消毒,其中消毒范围以碘伏消毒的痕迹保留在虚拟产妇身上,此处图像记忆使用让学生不拘泥于文字描述,教学方式更新颖。步骤2,点击手套图标进入下一检查步骤,检查宫颈扩张情况,以三维透视画面实时输出,此环节根据产程进展的不同阶段观察模拟产妇的宫口扩张程度,下拉选项判断宫颈管状态为未开、消失、展平至宫口开1～10 cm等情况。检查胎先露下降情况时,模拟产妇的胎儿胎头自动下降到不同距离,若先露为头,判断胎先露下降情况,用“s”表示,负值代表胎先露在坐骨棘平面以上,正值代表胎儿先露部在坐骨棘平面以下。通过检查胎方位,学习者可以查看到虚拟产妇的胎头囟门及矢状缝的位置,确定胎方位。检查破膜情况时,学习者检查模拟产妇的羊膜囊是否完整,系统画面可以直观地观察到产妇破膜情况,辅助学生判断并记录。检查胎先露下降情况、胎方位、破膜情况和骨盆状况时,以透视图显示宫内胎儿、胎膜、骨盆的大小与位置。此步骤的问题集中于一个对话框,如3个问题有1个问题回答错误,则系统语音提示回答错误,回答正确则直接点击确定。步骤3,学习者在以上虚拟仿真场景学习完后点击胎心监测进入下一虚拟场景,分别点击第一步、第二步、第三步、第四步的标识观看4步触诊的完整操作流程,且每点击一步就会出现不同的规范操作手法以及文字、语音提示,结束4步触诊学习者需判断胎方位并做出选择。步骤4,按照系统提示点击用物为虚拟产妇上胎心监护仪监测胎心率,胎心监测环节设置了3个不同的案例以及不同的胎监图,学习者需逐一根据病例及胎监图分析并回答问题。步骤5,绘制产程图。

2.3 考核模式

2.3.1 学生端 学生点击产程阴道检查虚拟仿真系统链接,输入学号和密码正确后即可进入初始页面,点击考核模式进行考试。进入考核模式没有试错和任何提示,本系统考核包括技能和理论两部分。教师设计考核比例,技能考核分为过程性考核(30%)和终结性考核(70%),通过虚拟系统的统计功能记录学生练习次数及正确性,完成过程性考核。终结性考核是通过虚拟系统考核模式中的窥镜检查、骨盆内测量、阴道检查三部分技能操作内容综合而成。理论考核是学习者随机抽取供选择的试卷套题进行考核。过程性考核中如有操作遗漏和错误,系统不予提示。考核结束系统会反馈考试者在每个步骤中出现的错误以及得分,系统按照学习者在考核中的理论知识回答和技能操作表现给出最终成绩,该模式巧妙地将理论知识和实践操作相结合。

2.3.2 教师端 教学人员在考试或开课前将学生的账号密码登录系统设置完成并授权登录,教师根据各项妇科检查护理操作的重难点、关键环节和注意事项等在系统教师端里设置题库,筛选出合适的题目,以图文形式呈现。学生考核完毕,教师在系统内的项目管理界面即时获得学生的测评结果,查看学生的学习记录和考核成绩,整理数据并分析学生操作失败的原因,暴露学生操作中出错的细节问题。教师还可查看班级的整体情况,通过点击“导出用户”可把所有学生的姓名、学号、班级、成绩等导出到Excel表格。

3 产程阴道检查虚拟仿真教学系统的应用

3.1 应用对象 选取我校2020级助产学专业三年级学生为应用对象,共53人,全部为女生,年龄18～22(22.51±0.75)岁。

3.2 实施方法 将产程阴道检查虚拟仿真教学系统应用于妇产科护理实践课程中。实践教学前学生已通过线下课堂或腾讯直播参与了理论学习,在此基础上教师通过班级QQ群将该系统的使用方法以文字结合截图形式制作成Word版文件发给学生。此外,教师还将系统的使用教程视频一起发布在班级QQ群并布置课前作业。课堂上,学生通过电脑端访问产程阴道检查虚拟仿真教学系统,进行实时学习,如有疑问可随时线上咨询老师帮助其解决。课后继续开放该系统,学生可在学校的虚拟仿真实验室电脑端或个人电脑端进入系统反复练习和自我考核,不断熟悉其操作流程。

3.3 应用效果 该系统应用于妇产科实践教学后,通过问卷星对2020级助产学专业三年级学生进行问卷调查,调查其对产程阴道检查虚拟仿真教学系统的主观评价。共发放问卷53份,回收53份,有效回收率为100%。结果见表1。

表1 助产学专业三年级学生对产程阴道检查虚拟仿真教学系统的评价(n=53) 单位:人(%)

4 讨论

4.1 产程阴道检查虚拟仿真教学系统开发及应用的优势 阴道检查是本学院虚拟仿真项目的试点,为了全面提高学生的个人能力,培养综合性人才,达到学生的知识学习目标,研发初期不断对设计方案进行改良,在应用阶段取得了良好的教学反馈,获得本校的大力支持。2017年教育部高等教育司发布通知,要求在高等院校进行示范虚拟仿真教学,促进其发展[9]。现代信息技术的广泛运用,促进各大高校建设示范性虚拟仿真教学项目,形成智能化、泛在化的实践教学模式及教学效果优良的高等教育教学示范体系[10]。虚拟仿真技术作为一种创新的护理教学手段,具有良好的技术优势[11]。在现代信息技术和国家政策的支持下,虚拟仿真系统在国内护理院校实践教学中应用日益广泛,给我校产程阴道检查虚拟仿真教学系统的开发与应用提供了经验性的借鉴。由于妇产科护理实践教学的特殊性,该教学系统的开发及应用符合教学需求。

4.2 产程阴道检查虚拟仿真教学系统的应用效果 对2020级助产学专业学生的问卷调查显示,大部分学生(66.0%)认为应用产程阴道检查虚拟仿真教学系统进行教学可以提高学生的沟通能力和分析问题的能力,64.2%的学生认为能提高自主学习、动手、解决问题的能力,与Kuszajewski等[12]的研究结果相似。该系统需要学生熟悉操作用物、流程,进行思考后用鼠标点击完成操作,使学生的实践能力有所提升。75.5%的学生认为该系统能培养临床思维能力,与李静等[13]的研究结果相似,究其原因为虚拟仿真教学系统呈现出的画面与临床场景相似,较易扩散学生们的思维。该系统包括产程阴道检查的多项技能操作及注意事项,理论知识覆盖面与实际贴切,高校学生对知识的需求得到了良好的解决。高达86.8%的学生认为该系统能增强对抽象知识的理解和拓展,与王兰等[14]的研究结果相似。69.8%的学生认为技能操作水平得到了提高。因此,将产程阴道检查虚拟仿真教学系统融入整个教学过程,不但能有效提高学生的个人综合能力[15],而且对其理论知识水平的提高有积极影响,促进学生把理论知识转化为技能知识,最终提高学生的学习效率。合理使用新教学模式能增强学生的学习效果,通过问卷调查中学习效果板块的调查可知,60.4%的学生认为该系统的操作方便,66.0%的学生喜欢虚拟仿真教学系统,67.9%的学生认为虚拟仿真教学系统能激发学习的兴趣。虚拟仿真教学是当前新兴的教学模式,拥有快捷便利的特点,只需要在网络环境下就可实现学习自由,这种体验增强了学习效果[16],使学生巩固知识的能力提升,也完成了现实教学难以完成的教学功能,减轻教师的教学压力,符合现代教育发展观念[17]。尤其是该系统的考核模式有助于提高教师的教学质量和效率,在教学中减少人力和物力的投入[18],可按照系统反馈的结果在课堂上对学生进行纠正和针对性辅导,在提高学生操作技能的同时,也增加了学生未来步入临床岗位的自信心[19]。71.7%的学生认为该系统的仿真程度逼真、可以减少不良事件的发生,该系统能有效避免学生在实际技能操作不熟练的情况下产生的职业暴露,产生保护学生的效果,符合学生的安全需求。79.2%的学生认为该系统的学习形式更有趣,81.1%的学生认为该系统的学习形式更新颖。以形式创新为特点,虚拟仿真技术的推广有利于我国护理教育的改革,更有利于适应社会需求[20]。认为符合妇产科护理临床教学的学生人数占83.0%,认为能够辅助学习的学生人数占88.7%。该系统拥有学生理想的学习形式和教学功能,使学生产生积极的反馈。因此,应该加大对虚拟仿真教学平台的投入与使用,改革教学模式,让学生在与时俱进的学习过程中提高学习效果。

5 小结

产程阴道检查虚拟仿真教学系统为学生提供了自主学习平台,形成了理论教学与虚拟实践教学相结合的教学模式。帮助学生以更新颖的学习形式理解妇产科护理中抽象的理论知识,能够规范学习者的技能操作手法和操作流程,有效提高其分析问题、解决问题能力的同时,也减缓了教师的教学负担。将来可根据学生对学习的要求,采纳更多学生对虚拟仿真教学系统的建议,补足系统硬件难以保障、教学内容单一、仿真程度达不到学生预期效果的缺点。尽力完善虚拟仿真教学系统,加强系统优化,开发出内容更丰富、方式更灵活多变的教学模块;注重为学生提供教学上的视觉、听觉真实感更强的系统,供广大师生学习使用,将虚拟仿真教学系统更广泛地应用于妇产科护理教学中。