创新三维虚拟课堂在内科学循环系统课程的应用与教学效果评价

Application and evaluation of teaching effectiveness of an innovative three-dimensional virtual classroom in the cardiovascular curriculum of internal medicine

摘要

目的 探索创新三维虚拟课堂在内科学循环系统课程中的应用效果，以提升教学质量，培养卓越医学人才。 方法 分析内科学课程教学中存在的问题，创建“创新三维虚拟课堂”课程模式，采用“融、合、展、拓、动、评”六字创新教学法，创新教学内容、示例、工具及环境。选取2023年2—7月实习的新疆医科大学临床医学专业80名学生，分层随机分为对照组（传统教学模式）与试验组（创新教学方法），进行《循环系统-心律失常》章节教学。教学结束后，通过教师评价（理论知识与临床思维能力考核）和学生评价（问卷调查）比较两组教学效果。 结果 试验组理论成绩、临床思维及总评均显著优于对照组（P＜0.001）。两组教学满意度各维度差异有统计学意义（P＜0.001），其中课堂互动提升最显著。 结论 创新三维虚拟课堂通过沉浸式教学环境与多维互动机制，有效提升医学生的知识转化率与临床决策能力，为解决医学教育中“理论-实践鸿沟”提供创新解决方案，为智能时代医学教育改革提供实证支持。

Abstract

Objective To explore the efficacy of an innovative 3D virtual classroom in cardiology education within internal medicine, aiming to enhance teaching quality and cultivate outstanding medical professionals. Methods This study identified existing challenges in internal medicine education and developed an "Innovative 3D Virtual Classroom" model, employing a six-dimensional pedagogical framework: integration, cohesion, expansion, extension, interaction, and evaluation. The curriculum content, teaching examples, tools, and environment were redesigned accordingly. Eighty clinical medicine students were stratified and randomly assigned to either a control group (traditional teaching methods) or an experimental group (innovative teaching approach) for the Cardiac Arrhythmias module. Post-intervention, teaching effectiveness was assessed through instructor evaluations (theoretical knowledge and clinical reasoning assessments) and student feedback (questionnaires). Results The experimental group demonstrated significantly higher scores in theoretical knowledge, clinical reasoning, and overall performance compared to the control group (P＜0.001). Teaching satisfaction scores showed significant improvements across all dimensions (P＜0.001), with the most notable enhancement in classroom interaction. Conclusion The innovative 3D virtual classroom, through its immersive learning environment and multidimensional interactive mechanisms, significantly improves knowledge translation and clinical decision-making skills among medical students. This approach provides a novel solution to bridge the "theory-practice gap" in medical education and offers evidence-based support for reforming medical education in the era of intelligent technologies.

关键词

三维虚拟课堂 / 内科学 / 循环系统 / 课程改革 / 效果评价

Key words

three-dimensional virtual classroom / internal medicine / cardiovascular system / curriculum reform / effectiveness evaluation

在当今信息化与智能化高速发展的时代背景下，医学教育面临着前所未有的机遇与挑战。如何将先进的科技手段与传统医学教育深度融合，以激发学生学习兴趣，提升教学质量，培养符合新时代需求的卓越医学人才，已成为教育界广泛关注的焦点。内科学作为临床医学的重要基石，其教学效果直接影响到医学生对疾病的理解深度、临床思维的构建及未来职业生涯的发展。积极探索与实践创新三维虚拟课堂在内科学循环系统课程中的应用，旨在打破传统教学模式的局限，构建一个高度沉浸、交互性强、知识与技能并重的学习环境，实现教学内容、教学方式与教学效果的全面提升。本文将详细阐述这一创新教学模式的设计理念、实施过程与初步成效，为医学教育的现代化改革提供有益的实践案例与理论参考。

1 内科学课程教学中存在的问题

教师教学思维固化与学生学习动力匮乏问题凸显。许多教师沿袭传统教学模式，课堂讲解局限于教材内容，未能及时融入临床最新进展与医学创新需求，导致学生被动接受知识，缺乏主动探究与创新欲望^［1］；同时，在临床见习环节，学生对人文关怀的认识淡薄，医患沟通能力欠佳，反映出教学中情感价值观培养的缺失。

理论与实践脱节导致学生学习成效受限。内科学教学普遍存在“重理论、轻实践”的倾向，理论知识与临床实践间缺乏有效衔接，导致学生思维拓展与知识迁移能力不足，难以实现知识的活学活用^［2］。此外，学生在结合临床疾病学习时，往往难以将基础知识与临床技能有机融合，严重影响其学习成就感与获得感^［3］。

与时俱进的理念薄弱，忽略不同学习能力层次的学生个体化培养。随着科技进步，特别是人工智能在医学领域的广泛应用，疾病诊疗模式发生深刻变革，心血管疾病诊治进展迅速^［4］，指南或专家共识更新频繁，原有的内科学课本编著内容和临床最新理念至少有5年的衔接期，现有的理论滞后、不能将最新理论与实践有效结合。然而，随着技术的进步，学科之间的界限越来越模糊。如内科治疗越来越外科化，外科治疗则朝着微创化和智能化发展^［5-6］。与此同时，传统教学模式未能充分满足不同学习能力层次学生的个性化需求，对尖子生的深度挖掘与拔高培养不足，且对人文社科、思政教育等综合素质培养的重视程度有待提高^［7］。

通过对以上教学实情的分析，进一步反映出现行内科学课程的问题已经严重制约了医学生的培养，进行教学创新改革迫在眉睫。近年来，医学教育领域已经开始尝试多种教学模式改革，如病例引导的立体式见习教学法^［8］、整合心血管系统病学模块的教学模式^［9］、以器官系统整合为基础的教学改革^［10］、注重学生临床综合能力培养的教学改革研究^［7］，以及互动式教学方式的应用^［11］等，都是为了提高医学生的综合学习质量，使他们能够更好地适应未来医疗工作的需求。此外，现代教学手段的应用，如多媒体教学、专题导向学习（project-based learning，PBL）教学法、循证医学（evidence-based medicine，EBM）与PBL联合应用^［12-13］，也为提高教学质量提供了有力支持。

2 创新三维虚拟课堂在内科学教学中的应用

按照医学的认知规律，引导学生构建完整的医学知识框架，提高学生临床思维能力和综合知识运用能力，创建“创新三维虚拟课堂”的课程模式，将原来以学科和教师为主的知识呈现式的教学方式转变为以学生为中心的知识建构过程的模式，引导学生主动构建知识体系。三维虚拟课堂利用先进的科技手段，构建高度仿真的临床环境，使学生能够在虚拟空间中进行实践操作，从而有效提高学生的临床技能和应对能力，提高教学效果，模拟真实临床环境，增强学习体验。互动性和可视化教学，可提高学习兴趣和参与度，促进临床实践能力培养；模拟病例分析和治疗过程，提升临床决策能力^［14］；提供反复练习机会，巩固操作技能；满足个性化学习需求，定制化学习路径和反馈机制；自主学习和协作学习相结合，促进全面发展。

3 创新三维虚拟课堂的实施策略

3.1 创新教学方法

结合教学中存在的问题以及人工智能技术在医学中的应用和实践，凝练出“融、合、展、拓、动、评”六字创新教学法。融：融合虚拟+实践教学模式，虚拟指三维导航演示理论+虚拟现实（virtual reality，VR）病例展示，实践指临床实践训练和临床思维创新拓展；合：教学目标、教学理论和临床实践3个层面的教学目标相结合，环环相扣，适用于每一个教学章节教学全过程；展：利用慕课平台以及人工智能技术等权威平台和新技术，实现教学资源和病例资源的实时高效引入，虚拟三维导航动画、VR虚拟病例和临床病例等教学资源自主建设和持续更新，拓展学生对临床知识的认知；拓：结合临床技能关键技术引入，临床情景导入，思维拓展驱动，人工智能应用学习，开展课中讨论、课后拓展，提升学生的自主创新思维能力，探究医学新发展前沿；动：在教学活动中师生互动，担任不同角色，学生互动，担任医患角色；评：师生互动合作评价模式，“形成性+结果性学习评价”（理论+实践）完美结合。

3.2 创新教学内容

内科学课程涉及面广，整体性强，与各基础学科及各临床学科关系密切，是临床各科的基础。团队采用主题嵌入式教学，扎根临床医学基础知识、基本理论，结合基础理论教材，依据不同领域国内外最新诊疗指南，参考国内外最新进展，适度延展，将教材内容重新按照“融、合、展、拓、动、评”建构为3个部分，每一部分既相互独立又相互融合，构成一个有机整体，从疾病的发病特点、诊疗思路、临床实践出发，结合临床思维拓展，构建创新学习体系，将职业责任、临床能力的培养融入其中，特别注重拓展教学对象的创新思维，同时培养教学对象敬畏生命、敬畏科学的态度，做一个有温度、负责任的合格医生，将医学专业知识和人文思政内容紧密结合。将基本知识、基本理论和临床技能相结合，通过问病、查体、检查等各个层面，将临床实践技能高效融入基本知识、基础理论当中，将主要疾病划分为独立模块，并采用“分章节、分阶段”的新方式进行课程架构的设计^［15］。

3.3 创新教学示例

积极挖掘每一部分课程中所隐藏和蕴含着的思政元素，以内科学循环系统为例（表1），将课程思政元素凝练为3个层面，提炼出13个特色思政点。在讲述基本知识、基本理论的同时，将教师凝练总结的思政特点结合学生的学习特点，融合在教学过程中。深挖、广挖教材内涵，对接社会人才需求，将基本能力具备、创新能力提升、人文素质培养相结合的思政教育深度融合。

3.4 创新教学工具

内科学课程教学过程中采用“虚拟技术+人工智能”融合式的教学组织模式。依托“三维导航动画资源+VR病例资源库+慕课平台”，3个在线课程建设平台相互融合、拓展，稳步推进线上、线下混合式教学，课前、课中、课后有任务，教学互动趣味化，学情反馈精准化，考核评价全面化^［16］。在具体的教学活动中，根据学生“参与的广度”和“认知的高度”两个维度，把学生分为4类：①参与度低、认知度低的“双低”学生；②参与度低、认知度高的“单低单高”学生；③参与度高、认知度低的“单高单低”学生；④参与度高、认知度高的“双高”学生。总体教学思路是以认知低、参与度低的“双低”学生作为教学活动的基本，注重这部分学生的基本知识和基本理论的掌握，在学习和实践的过程中，将不同参与度和认知度的学生“高低搭配”，通过“双高”同学的带头示范作用，激发不同参与度和认知度同学的学习热情，最终达到共同进步、共同提高的目的。遵循教师主导，学生主体的教育理念，采用学生易接受、易掌握的系列“教学妙招”：基础知识提炼法（基本概念引入）、人工智能引导法（实时三维动画引入）、真实病例促动法（临床病例展现）、探究式深度学习法（创新能力培养）、小组协作讨论法 （团队合作能力培养）等。借鉴PBL课程设计既有挑战度又具备教学对象完成可能性的课堂教学互动活动和课后反思扩展机制，培养学生的学习主动性和创造性，使枯燥乏味的理论变成眼见心动的可量化、可改变的身边故事。以内科学《循环系统-心律失常》章节教学为例（图1），创新三维导航演示与传统理论的融合与拓展，有助于学生将抽象的心电信息可视化、再现化，帮助学生理解和掌握复杂的心电理论，提高学生学习的主动性、积极性。

针对内容的学习采用“学习角色互换”模式进行：将班级学生分成若干小组，每组6~8人，高低搭配、动态分担，角色互动、协同合作。各学习角色具体任务如下：①基础知识引领；②基本理论再现；③诊疗思路创建；④诊疗实践具化；⑤临床创新拓展；⑥治疗决策验证。这一方法将课前学生自主学习的热情和对未知知识的探索与课堂上教师的讲授和引导提炼相结合，有利于培养学生主动学习能力、注重诊疗细节的挖掘、诊断思路的训练、诊疗决策的验证等综合能力提升。这一教学模式有利于提高学生间的沟通合作能力，学生和教师间相互交流学习能力。主讲教师积极引导学生参与课堂活动，将学生在学习过程中的表现，作为形成性动态评价的重要组成部分（图2）。

3.5 创新教学环境

结合“融、合、展、拓、动、评”的要素，对教学环境进行创新，教学环境分为4个部分：①理论基础教学为基本课堂；②三维动画演示为理论教学的延伸与拓展；③VR病例复现为理论教学的拓展与复现；④临床实践为理论教学的验证和融合。教学过程中将以上4个部分有机融合，同步推进。4种不同类型的教学课堂呈现出六大特色，即沉浸式学习、趣味性学习、体验式学习、智能式学习、展现式学习和多模式学习。

4 教学效果评价

传统的以考试成绩为主的考评方式已经不能全面评价学生的学习效果。因此，需要建立一个更加科学、合理的考评体系，不仅包括理论知识的考核，还应包括实践技能、临床思维能力等方面的评价^［17］。在教学评价上借鉴 Engstrom理论^［18］，实现过程性及结果性双维度的“融、合、展、拓、动、评”为创新点的综合评价。评价过程做到“三结合”，即过程性评价与结果性评价相结合、定量评价与定性评价相结合、动态评价与静态评价相结合，最终实现高效真实的学生能力评价体系^［19］。切实实现学、教、评一体，关注学生未来动态发展。结合结果导向法中的“师生共同评价”模式^［20］，构建教学动态评价考核设计。评价主体为学生和教师，评分结果由“学生自评+组间互评+教师评价”构成。

本研究采用SPSS 26.0统计软件对数据进行处理分析。计量资料用均数±标准差（x±s）表示，采用两独立样本t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

4.1 教师评价

选取2023年2—7月在新疆医科大学临床医学专业学生80名，进行《循环系统-心律失常》章节的临床教学。采用随机数字表法将学生分配为对照组（n=40）与试验组（n=40）。两组学生性别、年龄和既往课程平均成绩比较，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。对照组采用传统的教学模式进行授课，试验组采用创新教学方法授课。两组教学由同一教师团队实施，授课时长、教材及硬件设施一致，仅教学方法存在差异，以排除无关变量干扰。教学结束后，授课教师对每位学生进行综合评价，该评价由两部分组成，包括10道理论知识和临床思维能力考核（均百分制计分，计入总成绩时各占50%的权重），共计100分。结果显示，试验组的理论知识、临床思维能力和总成绩的平均分均高于对照组（P＜0.001）（表2）。

4.2 学生评价

对两组学生分别进行匿名式问卷调查，内容包括教学满意度、知识掌握程度、临床思维能力、学习兴趣和积极性、课堂氛围和互动（每项20分，满分100分），学生给予评分。两组教学效果进行比较，结果表明，试验组的教学满意度、知识掌握程度、临床思维能力、学习兴趣和积极性、课堂氛围和互动等方面评分均优于对照组（表3）。

5 结 语

在新医科建设背景下，本研究课程以培养兼具临床实践力与科研创新力的复合型医学人才为目标，借助学科交叉拓宽学生视野，呼应国家发展需求与科技驱动理念，激发其创新潜能。三维虚拟课堂通过模拟真实临床情境，营造沉浸式学习体验，使复杂医学知识与技能生动具体，显著提升教学效果。通过模拟病例、器械操作，构建全方位学习平台，助力学生直观理解与掌握知识。强调互动与可视化教学，运用多媒体资源、动态演示及实时反馈，激发学生兴趣与参与，引导其主动探索、构建知识体系，培养批判性思维与创新意识。在临床实践能力培养上，通过模拟病例分析、治疗过程，提供大量临床思维训练机会，提升诊断决策与治疗方案制定能力，同时允许重复练习，巩固操作技能，本研究高效准确操作。未来，本研究将深度融合临床教学与科研创新，注重基础知识与技能培养，同时拓展创新思维与实践能力。通过多学科交叉与个性化培养模式，挖掘学生跨学科优势，整合学习资源与融合平台，拓宽临床视野与创新能力，旨在培养具有家国情怀、专业能力、人文关怀的新医科医学人才。

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基金资助

新疆维吾尔自治区天山英才－青年拔尖科技人才项目(2022TSYCCX0101)