物理治疗虚拟仿真教学实验建设

［摘 要］ 物理治疗专业教育进入国内不足20年，物理治疗实验教学模式主要借鉴国外的模式，临床试验教学存在案例不足、师资力量薄弱、诊疗措施不规范等问题。旨在探讨运用虚拟仿真教学手段结合物理治疗传统教学模式，采用案例为导向、虚实结合、过程教学与评价一体化的实验教学方式，通过对康复物理治疗虚拟仿真教学实验的建设，提高康复物理治疗教学的效果和质量，为进一步促进康复物理治疗实践教学的发展和创新提供参考。

［关键词］ 物理治疗；虚拟仿真；教学改革

［基金项目］ 2022年度上海健康医学院师资人才百人库项目（A3-0200-22-311007）

［作者简介］ 李 静（1974—），女，浙江湖州人，学士，上海健康医学院康复学院实验师，主要从事康复物理治疗研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）46-0117-04 ［收稿日期］ 2023-09-25

引言

虚拟仿真实验教学是近年来一项重要的教学实验建设，依靠虚拟仿真计算机可视化技术，将物理治疗实验课程中难以理解或无法通过语言准确表述的知识点，简洁、直观地呈现在学生面前，使学生更好地理解和掌握。系统设计临床案例，标准化学习模块、考核模块，可以解决临床试验不足、病例不稳定、优秀师资不足、学生规范操作训练不足、同质化实验教学评价相对匮乏等问题。

开展物理治疗虚拟仿真实验建设，探讨虚拟仿真技术在物理治疗实验教学中的优缺点，为虚拟仿真技术在相关康复专业实验教学中的推广与应用提供更多参考。

一、“物理治疗学”实验教学与虚拟仿真教学

（一）“物理治疗学”实验教学模式现状

1.知识点繁杂、理论抽象——“填鸭式”被动教学模式。物理治疗教育在我国起步较晚，教学模式还是传统的“理论+实验”模式，即便是实验课程中，内容依旧包含大量理论讲解。实验教学以教师演示讲解为主的“填鸭式”被动教学模式开展，这种教学方式会降低学生学习兴趣，削减学生创新思维，不利于专业人才的培养。

2.临床实践不足、病源库不足、专业师资不足——实践小班化教学。物理治疗教学需要大量实践操作和临床实践，而目前行业专业师资无法满足小班化教学，且临床实践环节供学生学习的资源有限，学生常围绕一个病人反复问诊查体，实践操作场地、设备存在局限，不足以容纳学生的实践操作。

3.临床逻辑思维培养训练不足、同质化实践评价不足——多模式教学。近几年对康复治疗学的教学模式做过许多探索，如互助式教学、PBL教学、CBL教学、TBL教学、OTD教学、“工作坊”模式教学等［1］。这些教学模式的探索都注重激发学生思考，但在一定程度上忽视了学生实践能力的培养，同质化实践评价达不到预期效果，培养的学生无法胜任物理治疗师岗位需求。

（二）虚拟仿真技术在医学教育中的应用

1.技术创新、学生体验感好——教学方法创新。虚拟仿真实验系统是以计算机虚拟现实和数码仿真技术为核心，以生物仿真引擎、处理因素数据库、虚拟环境界面等多种技术为支撑的虚拟现实系统［2］。虚拟仿真实验教学模式依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通信等技术，根据实验教学需求设计出用于实验的虚拟实验场景、虚拟环境、虚拟仪器设备、判别实验效果的判别标准等［3］的虚拟仿真实验，学生能够在实验中获得更好的体验感。与传统实验教学体系、模式内容及方法等相比具有明显优势。

2.全面性评价、综合性评价——评价体系创新。将虚拟仿真技术应用于医学教学，可实现课程学习的全过程记录，记录学生的操作数据和决策过程，对学生的学习效果进行评估和反馈，有助于教师更好地指导学生学习。同时，实时学习、实时考核记录，也有效地避免了传统实验只能考查学生理论知识和简单操作能力的局限性，实现了对学生全过程评价、综合实验能力的评价。

3.实践操作可重复、均衡享有优质教学资源——教学成本低。由于医学教育普遍存在资源缺乏的情况，学生全面参与实践的机会很少，不利于激发学生的积极性与主动性，难以培养出色的医学人才。虚拟仿真教学可解决资源稀缺、教学成本高、不能还原真实场景等问题。因此，在当前“互联网+”时代，虚拟仿真教学已成为高等医学院校教育改革的重点研究方向，并将其普遍运用于解剖、病理、生理实验等的教学中［4］。虚拟仿真实验操作的可重复性及简明易懂的实验操作原理，节省了学习时间成本，为学生综合能力、创新精神和创新能力的培养提供了高效、安全和经济保障。

（三）物理治疗虚拟仿真实验教学的应用

我国物理治疗本科教育晚于康复治疗本科教育，能够通过国际认证物理治疗教育准入课程的学校更寥寥无几。物理治疗虚拟仿真实验教学只能参考康复治疗本科教学、运动医学本科教学开展的虚拟仿真实验教学经验。中国康复研究中心［5］研制了虚拟现实训练教学系统，通过实验证实了在康复传统的教学模式中加入虚拟现实训练教学，其教学效果优于单纯的传统教学，有效提高了本科教学质量，对学生综合素质的提升大有裨益。杨辰等［6］在“运动康复生物力学实验”教学中的应用，实现了以“脊柱运动康复生物力学”的虚拟仿真实验教学，包括脊柱认知、筛查、力学分析、运动康复4个环节，涵盖了脊柱相关的解剖和力学知识，仪器操作、损伤评定与康复等实践方法的全面考核。学生能更直观、全面地了解脊柱运动康复生物力学的理论知识和实验操作过程。其对培养体育与医疗复合型人才有重要意义。

目前，物理治疗虚拟仿真教学实验虽然未达成教学共识，但部分康复治疗的单课程实验、单实验项目的形式已经进行了一些探索，如技术发展、临床场景模拟、学习效果评估都有涉及。

二、物理治疗虚拟仿真教学实验开发建设

（一）物理治疗虚拟仿真教学实验开发建设思路

上海健康医学院物理治疗虚拟仿真教学实验依托平台的开发Ue4引擎开发，将物理治疗四大核心课程（“骨骼肌肉物理治疗”“神经物理治疗”“心肺物理治疗”“儿童物理治疗”）融入康复工程相关学科实验教学内容，通过将信息化、数字化技术引入课程实验教学，解决物理治疗实验项目存在临床病例病源库不足、实践条件受限、实践时间不稳定等问题。物理治疗虚拟仿真教学实验以学生为中心，以“能实不虚、虚实结合、相互补充”为原则，采用线上虚拟交互与线下模拟实验相结合的方式，将虚拟仿真技术融入辅助教学、PBL教学、CBL教学、互动开发式教学，通过3D情景再现临床物理治疗医疗环境、患者反馈、物理治疗检查、评估、治疗等，使学生直观地了解临床各个诊疗时期物理治疗将面临的各种情况，培养学生的临床逻辑思维能力，提升物理治疗的实践能力。学生通过环环相扣的物理治疗沟通问诊—评估—治疗—评估的思维训练，熟悉临床物理治疗的各个环节，体会物理治疗教育中的人文关怀和课程思政，将“要我学”转变为“我要学”，逐步树立成为优秀物理治疗师的职业理想。

（二）物理治疗虚拟仿真教学系统的构建与功能设计

物理治疗虚拟仿真教学实验系统建设，包括用户管理、课程管理、虚拟场景构建等基础模块。课程教学实验模块设计了物理治疗相关课程实验，每门课程根据实验性质不同、实验教学内容不同，又逐一建设了动作库、案例库。动作库建设侧重实验课程教师。教师通过动作库中的成熟3D解剖结构结合课程教学情景，学生通过视觉感受手法操作中肌肉、骨骼、韧带、关节、神经受到的外力挤压时产生的位移变化，如关节松动、牵伸、骨关节研磨实验等。案例库建设侧重学生自主学习。学生通过系统登录，选择目标案例模块进行学习。系统提供逼真的临床物理治疗虚拟场景，包括病房、诊室、训练室等，添加虚拟角色，如患者、医生、物理治疗师、护士等。教学内容上，包括案例介绍、手术再现、知识点学习、物理治疗原理解释、物理治疗方法选择、操作步骤等。教学功能上，学生通过互动和模拟真实情境对病患进行问诊、检查，并回答实验过程中的实时问题、进行案例分析等，能主动参与和思考。教学评价上，系统实时记录学生学习过程，并根据案例设定的考核内容、考核评判标准判定学生是否通过实验关卡，是否需要重新学习。另外，物理治疗虚拟仿真教学系统设计了人性化的登入导航，确保教师与学生能够便捷地访问并操作系统。数据库结构及存储空间设计提前预估了用户使用量、存储用户信息量、课程信息量、学习记录存储量等，确保实验数据的稳定记录与导出、信息安全等。

（三）物理治疗虚拟仿真实验课程案例设计——以骨肌案例实验为例

基于骨肌实验课程案例的特点，建设虚拟仿真实验教学项目，将临床真实案例以虚拟环境再现真实呈现给学生，弥补临床试验教学病源库不足、患者流失、重复操作效果差、人文关怀意识不足等缺陷，以提高学生的临床综合能力为此次实践教改目标。

1.实验内容设计。骨骼肌肉物理治疗是一种常见的物理治疗方法，可用于改善骨骼肌肉系统的功能、缓解疼痛和促进康复。虚拟仿真实验的开发以骨骼肌肉物理治疗课程标准和岗位胜任力为引领，结合国际物理治疗师教育框架，深入分析岗位任职典型工作任务、研究行业操作标准指南。骨骼肌肉物理治疗病例虚拟仿真实验包含病例介绍、评估与治疗、病例分析和讨论、知识点考核等模块。（1）病例介绍，患者一般病情记录、疾病既往史、手术情况、医疗诊断。该模块需设计虚拟仿真的临床、手术情景环节，医疗知识点。（2）评估与治疗流程，评估和诊断—治疗计划—物理治疗—再评估。该模块需设计虚拟仿真的临床诊疗环境、医患角色、沟通环节、原理知识介绍、可选择的物理治疗评估治疗工具等。（3）病例讨论和病例分析，一般涉及骨折恢复情况、脊柱姿势稳定性情况、关节炎、关节损伤情况、肌肉损伤、运动损伤预防并发症处理。该模块需设计学生小组讨论模式、教师指导模式。（4）知识点考核，包括问诊、一般评估、特殊评估、治疗方法、治疗剂量、治疗频率、治疗适应证、禁忌证等。该模块需设计学生理论、实践、操作技能考核模式和评判标准等。

2.实验教学方法。学生登录物理治疗虚拟仿真教学实验系统，选择骨骼肌肉物理治疗案例实验项目。实验过程中，学生通过交互式虚拟实验操作、视频、知识点测评、案例分析等学习可掌握骨肌运动损伤案例功能障碍情况、评定要点，物理治疗流程、治疗方法和原理，物理治疗评定、治疗操作内容和方法。

运用虚拟仿真技术，将真实案例在虚拟工作环境中呈现，将诊疗过程中的理论知识融入案例，帮助学生接受和理解，体现助学、辅学、能力本位的培养理念，激发学生自主学习的潜能。

虚实结合的实践教学既能够发挥网络互动的优势，又结合了虚拟影像技术交互动画的特点，在“虚实”的双向交互中开展可视化、体验性学习，为学生营造出探索性的教学实践环境，创设了线上线下教学相结合的“因材施教”智能化实验教学新模式，激发了学生的学习兴趣。

通过虚拟实验与评价一体化的实践教学，实验的每个步骤都能够结合知识点和教学目标，学生每完成一步即可获得评价，若操作连续错误多次便终止操作并给予正确操作提示，客观体现了过程性与总结性评价的结合。虚拟仿真技术贯穿教学的全过程，学生可进行反复练习，不断巩固操作要点与步骤顺序，强化规范性操作训练，培养临床思维。

3.实验教学考核。将线上物理治疗虚拟仿真实验教学考核方式和线下考核相结合，教师可选择使用线上资源对学生进行诊疗思路考核、评定方法流程考核、治疗方法流程考核，线下进行实践技能考核。通过线上、线下考核实现多维度评价，真正建立起全过程性实践教学评价体系，使其成为物理治疗实践教学客观、方便的评价指标。

三、康复物理治疗虚拟仿真教学实验效果评价

基于康复物理治疗虚拟仿真教学实验建设还在起步阶段，后续可对康复物理治疗虚拟仿真教学实验的效果进行如下几方面的评价：（1）学习效果评估。通过物理治疗虚拟仿真实验教学和传统教学方式之间的学生学习成果比较，评估虚拟仿真教学的效果，可通过测量学生的知识和技能水平、考试成绩等指标实现。（2）满意度评价。通过问卷调查、访谈等方式了解学生对虚拟仿真教学的满意度和意见，为进一步改进教学内容、方式和评估提供宝贵的反馈资料。（3）实践效果评估。通过实践效果评估了解学生在实际临床工作中对虚拟仿真教学的应用效果，可通过临床实践表现、患者康复效果、治疗方案制定等指标实现。（4）资源成本评估。比较虚拟仿真教学和传统教学方式之间的资源成本，包括教师和学生的时间成本、设备成本和维护成本等，帮助决策者更好地管理教育资源，提高资源利用效率。