临床医学模拟教学融合信息化建设探索

Exploration of Clinical Medicine Simulation Teaching Integrating with Informatization Construction

摘要

医学模拟教学在医学人才培养中起重要作用，随着信息化技术不断发展，医学模拟中心的信息化建设和应用面临管理平台建设不完善、技术与教学融合应用欠佳，以及创新研究发展缓慢等一系列问题。四川大学华西医学模拟中心以“胜任力为导向”的人才培养目标，从模拟教学实际需求出发，提出“多模态临床技能实验教学”的新理念，通过长期规划、分步建设和整合资源，深度融合多种智能化信息技术，创新建设医学模拟中心信息化环境，结合多种先进教学理念构建多种模拟教学新范式，积极开展多项医学模拟创新研究，极大提升医学模拟教学质量，助力打造一流华西实践教学体系。在信息化建设与应用的各方面取得显著成效：信息化提升改善教学管理，评估满意度均超95%；基于新范式建设课程受益超过5.2万人次且评教结果良好；融合信息化建设课程获评国家级、省级一流课程；教研教改成果形成多项成果转化；中心整体建设成果获评教育部高教司国家级实验教学示范中心总结推进会建设优秀案例。

Abstract

Medical simulation teaching plays an important role in the cultivation of medical talents. With the continuous development of information technology, the informatization construction and application of medical simulation centers are faced with a series of problems, such as imperfect management platform construction, poor integration and application of technology and teaching, and slow development of innovative research. With the goal of “competency-oriented” talent cultivation, West China Medical Simulation Center of Sichuan University puts forward the new concept of “multi-modal experimental teaching of clinical skills” from the actual needs of simulation teaching, deeply integrates multiple intelligent information technologies, and innovates the construction of informationalized environment through long-term planning, step-by-step construction and resource integration. Combining with several advanced teaching concepts, multiple new simulation teaching paradigms are established, and several medical simulation innovation researches are carried out actively, greatly promoting the quality of medical simulation teaching, and helping the construction of a first-class practical teaching system in West China. Remarkable results have been achieved in all aspects of informatization construction and application. The promotion of informatization improves teaching management, and the satisfaction of evaluation exceeds 95%. Courses based on new paradigm construction benefit more than 52,000 students and achieve good teaching evaluation results. Courses integrated with informatization construction are rated as national and provincial first-class courses, and teaching research and reform achievements form a number of achievement transformation. The overall construction achievements of the center are awarded as excellent cases of the construction of the National Experimental Teaching Demonstration Center by the Higher Education Department of the Ministry of Education.

关键词

临床医学 / 模拟教学 / 信息化

Key words

Clinical Medicine / Simulation teaching / Informatization

医学模拟教学作为理论教学与临床实践教学的桥梁，在各类医学人才培养中，不但可以起到缓解教学资源不足的问题，更关键的是可以起到提高医疗质量和医疗安全性的作用^［1］。新一代信息技术的发展将医学模拟教育水平的高低推上衡量医学教育教学是否达到“小康”标准的重要位置^［2］，信息化技术能够在临床医学模拟教学资源管理和运行、模拟教学、考核和评价反馈、创新研究开展等方面提供高效率、高质量的便捷手段，能够及时和准确地收集、分析和反馈数据。通过信息化技术与医学模拟教育的深度融合构建多元化的教学手段，能从根本上提高医学人才的培养质量^［3］。近年来，华西医学模拟中心通过持续的信息化建设，在医学模拟中心管理、教学及教研等方面进行深度融合应用的探索实践，取得较好的效果，助力实现四川大学华西临床医学院培养“职业素养力、临床胜任力、科研创新力和国际竞争力”兼备的卓越医生和医师科学家的育人目标。

1 医学模拟教学信息化建设与应用的现状及问题

中国现阶段各院校及附属医院医学模拟中心建设已经渐成规模并发挥了重要作用^［4］，信息技术和互联网的发展及人工智能技术的普及为提高医学模拟教学中教学设备的仿真程度和评价反馈能力，在模拟医学教学各方面的信息化建设正推动其往精益化方向发展^［5］。但医学模拟教学中信息化的建设和应用仍存在一定问题。

在模拟中心管理方面，平台建设不完善，传统管理方式导致实验教学的时间、空间和设备等统筹困难，效率低下；管理方式落后、师资相对不足、实验教学投入不足等问题发生；信息化建设的设计局限于模拟中心基础日常运行和预约管理，并无整体的信息化建设和发展规划。在模拟教学方面，重技术轻应用^［6］，注重技术设备的投入，但在实际教学过程中，这些软硬件的有效应用并不充分，导致技术资源的浪费和教学效率不高；传统医学模拟教学中存在学生实践机会匮乏、系统性不强、非操作性技能重视度不高、掌握技能周期长与指导评价缺失等共性问题，教学评价和反馈方式原始；各类软硬件还存在信息孤岛、信息更新不及时的问题，难以整合教学各个环节数据。在创新研究方面，与医学科学研究相比，医学模拟教学的研究工作开展得仍然相对较少^［4］，教学创新研究缺乏技术支撑，缺乏临床、教学与科研结合的落脚点。

2 华西医学模拟中心信息化建设与应用的探索实践

基于教育部《教育信息化2.0行动计划》提出的“促进教育信息化从融合应用向创新发展的高阶演进，信息技术和智能技术深度融入教育全过程，推动改进教学、优化管理、提升绩效”^［7］发展指导理念，同时兼顾行业专家对于医学模拟中心的教学资源、质量监控、教学工作、考核工作及研究工作等方面进行信息化建设和应用提出的基本要求和发展要求^［8］，华西医学模拟中心以华西临床医学院“以胜任力为导向，以学生为中心，以培养拔尖创新医学人才”为根本任务，坚持分层、分类教学，提出构建“多模态临床技能实验教学”的新理念，在医学模拟教学中深度融合多种智能化信息技术，结合多种先进教学理念，构建多种模拟教学的新范式，加强学生临床实践能力培训，助力打造一流华西实践教学体系。

2.1 信息化助力模拟中心高效管理

医学模拟中心作为开展模拟教学的主体，其信息化环境设计规划和运行管理流程对模拟中心教学、管理和创新研究等各项工作的开展产生重要影响。华西医学模拟中心自2013年起，根据人才培养目标和发展政策要求，长期规划、分步建设和整合利用院校资源，逐步完善支持模拟教学、管理和创新研究的信息化环境。在各个建设周期内，中心管理团队遵循“分析教学环境缺陷及需求-结合教学新范式设计融合人工智能的智慧化教学环境建设方案-开发、测试、试运行系统-常规运行-评估和持续改进”的循环工作流程，根据不同时期的实际需求和发展规划开展建设。

经过长期探索和建设，中心现建成智能化临床双创实验中心、多模态手术技能培训与创新中心等具备全面支撑各专业、各层级模拟教学的“一管、多教、闭环覆盖、整合评价”的多模态信息化环境，在全覆盖的无线网络、安防、教学音视频摄录等信息化基础条件下，联合多种智能化信息技术，实现“一管、多教、闭环覆盖、整合评价”的功能。“一管”指基于一套智慧模拟教学管理平台开展中心整体管理运行，管理平台统筹分配、开放预约所有实验教学时间、空间和设备等资源，负责对接不同具体业务系统，使师生更便捷、更充分地利用教学资源进行教、学、练。“多教”指根据不同学科、专业的教学需求配置、合作研发多套信息化模拟教学系统，包括智慧课堂系统、在线虚拟仿真训练系统、在线临床思维训练系统、虚拟标准化病人系统、智能化考核系统和综合教学评价系统等，各系统功能与课程深度融合，改进课程运行流程，提升模拟教学质量。“闭环覆盖”指各课程团队根据需要运用上述“一管”“多教”的管理和教学系统，使其能在教、学、练、考、评的全过程中发挥作用，促进形成不断改进提升的良性循环。“整合评价”指通过互相连通的各个系统数据接口，模拟教学全过程评价数据可被系统整合、分析，形成大数据，为模拟教学和管理的改进提供数据支撑。

2.2 信息化支撑模拟教学改革实践

医学模拟教学是破解临床医学教育基础与临床脱节、认知与实践脱节难题的重要一环，是实现从基础到临床贯通融合的关键。华西医学模拟中心结合学科发展方向及教育教学改革要求，以“多模态临床技能实验教学”新理念为立足点，通过深度融合多种智能化信息技术，积极开展各项教学改革创新活动，不断创新模拟教学新范式、改进教学方法和更新教学内容。中心教学团队遵循“分析现有教学模式短板、学生需求-设计教学目标、教学范式、课程结构-开发软件系统、课程资料-开展课程、收集数据-评估教学效果及教学范式”的循环工作流程，根据不同时期的实际需求和发展规划进行课程建设和教学改革创新。

经过长期探索和建设，中心创新“智能化在线虚拟翻转课堂”“智能化在位虚实结合四阶递进教学”“智能化人机互动混合模拟教学”三类模拟教学新范式，创新开展了“内外科实习教学分层进阶式培训”。

“智能化在线虚拟翻转课堂”新范式主要运用于操作性通识技能教学，是指基于在线虚拟仿真训练系统、智慧课堂系统、虚实结合智能训练系统，联合翻转课堂及案例讨论教学方法，形成以问题为起点、以学生为中心的教学新范式。课前以翻转课堂的形式，学生自学操作理论知识，借助在线虚拟仿真训练系统的智能化引导、评分和反馈功能，实现课前操作预习与评价反馈。课中以病案讨论为起点，建立临床思维；以系统反馈的课前预习错误点为依据，以问题为起点，教师借助智慧课堂系统开展有针对性的操作演示；以智慧课堂系统为抓手，辅以虚实结合智能训练设备，让每位学生的练习都能得到指导和评价。课后设置操作考核，检验学习效果，完成学习闭环。

“智能化在位虚实结合四阶递进教学”新范式主要运用于操作性专科技能教学，该范式借助智慧课堂系统、虚拟仿真设备、活体动物等开展四阶段技能教学。一阶段为理论教学，包含课堂讲授和3D手术转播讲解；二阶段为虚拟教学，利用虚拟仿真设备开展；三阶段为模拟教学，利用实物模拟箱开展；四阶段为活体动物全过程手术教学。每个阶段设定明确的教学目标，通过考核方能进入下一阶段学习，实现了由易到难的阶梯式刻意训练，缩短学习曲线，保障病人的安全。

“智能化人机互动混合模拟教学”新范式主要运用于非操作性技能教学，涉及病史采集、体格检查、临床思维、医患沟通、团队协作和高级生命支持等。该范式是指借助智能化人机互动系统，联合混合式情境模拟教学方法，形成以学生实践为主体、以临床情境为线索、以客观评价为依据的教学范式。课前开展个性化自主学习、回顾理论知识；课中以设置的病案和情境为起点，借助人机互动系统，联合标准化病人、高阶模拟人等开展训练，实现情境模拟训练全过程的记录和部分评分、反馈功能；课后教师以系统记录和评分为依据，开展复盘，讨论式地引导学生回顾训练过程、反思不足、思考改进空间。

“内外科实习教学分层进阶式培训”基于分层教学及个性化教学的教学理念，综合应用多种教学手段，借助中心信息化教学环境，分层递进建立了“临床基本技能训练-虚拟教学-模型教学-标准化病人教学-临床思维教学”的内科实践教学体系，以及“临床基本技能训练-手术观摩-虚拟教学-模拟教学-动物活体手术教学”的外科实践教学体系，覆盖了临床医学不同阶段、不同层次、不同专业学生，各阶段模拟教学内容和目标与医学人才成长不同阶段实际需求高度匹配，充分实现了高质量个性化教学。

2.3 信息化助推教学创新研究开展

作为理论教学、实践教学与临床工作的桥梁，医学模拟教学开展创新研究具有独特优势。华西医学模拟中心以产教融合为抓手，利用人工智能、语义识别和虚拟仿真等信息化技术，深化“新医科”内涵建设，通过跨学院合作、院企合作及自主研发等，开展多项模拟教学创新研究。中心团队在研究如何更加有效地利用不同的技术和手段提升教学质量，以及教学、临床和科研的交互领域探索均开展了系列创新研究工作。在提升模拟教学质量方面，中心以解决教学实际问题为导向，结合自身特点，创新研发了多项在线虚拟仿真教学项目和智能化教学设备。譬如基于人工智能技术、语音语义识别技术研发了智能化标准化病人问诊系统和考核系统，学生与此系统进行问诊训练、考核也更接近真实临床工作场景，且训练、考核结束后能得到即时反馈，有效提高诊断学教学质量和灵活性；创新研发了智慧管理平台系统，通过智能化功能解放人力完成大量事务性工作，改进中心管理流程，实现一体化高效管理；依托中心平台资源支持各专业学科开发在线虚拟仿真模拟教学课程，一方面解决部分临床技能教学高危环境、重复训练可能给师生带来的安全问题；另一方面实现教、学、练、考均有评价反馈，支撑模拟教学不受时间和空间限制地开展。在交互领域探索方面，中心积极开展交叉学科联合研发，研发的新技术和新设备应用于模拟教学的同时，也可延伸应用于临床医疗和科学研究工作，助力跨学科人才培养，实现多方共赢。如与四川大学计算机学院合作开发婴儿烦躁运动识别系统、智能分析超声心动图，结合图像识别技术和深度学习算法，有效提升临床工作效率；院企合作人工智能虚拟标准化病人研发基于生成对抗网络技术开展数字人超声穿刺培训系统，将对不同模态的解剖结构数字化、可视化并融合呈现，帮助医学生快速建立直观认知，可实现对麻醉科、疼痛科及骨科等微创操作的高效培训，缩短学习曲线。

3 医学模拟教学信息化建设与应用效果评价

华西医学模拟中心信息化建设与应用效果显著，促进了医学模拟中心管理、教学、创新研究工作高质量开展。中心团队采用按课程周期定期与重点项目专项发放调查问卷的形式，对信息化技术在医学模拟中心管理和教学工作中的管理流程、应用便捷和问题响应等方面进行了评估，满意度均超过95%；自主研发的医学模拟中心智慧管理平台被国内多家院校采用。基于“多模态临床技能实验教学”理念的新范式下建设的模拟课程广受好评，课程总受益学生超过5.2万人次；本校本科生课程在历年临床医学院学生评教中得分均高于90分，排名均位列全院前30%；与中心各类信息化教学功能深度融合建设的课程获评国家级、省级虚拟仿真实验教学一流本科课程及虚拟仿真实验教学项目。医学模拟创新研究积极参与国内外学术交流，研究转化成果包括发明专利12项、软件著作权12项，近2年技术转化成果被9家校外单位采购使用。中心信息化建设与应用成效得到同行广泛认可，2024年中心“以卓越胜任力为导向，深度融合信息技术的多模态临床技能实验教学体系的建设与实践”获评为教育部高教司国家级实验教学示范中心总结推进会建设优秀案例。

4 结语

华西医学模拟中心把握国家和行业政策引导方向，紧扣“胜任力为导向”人才培养目标，从实际教学需求出发，提出构建“多模态临床技能实验教学”的新理念，进行长期建设规划和持续应用探索，深度融合多种智能化信息技术，创新建设医学模拟中心信息化环境，结合多种先进教学理念构建多种模拟教学新范式，积极开展多项医学模拟创新研究，建设和应用效果显著，参与医学模拟教学的各方在教学、管理、科研和临床等方面共同受益。

随着信息化技术不断发展，在可以预见的未来，以健康需求为导向创新人才培养体系、建立以健康为中心、以交叉、跨界、融合为特征和以人工智能为支撑的医学教育新范式将成为新一代医学教育改革的内容^［9］。不同技术手段的发展为医学模拟教学提供了新手段和新思路，如在线学习技术对教与学关系的转变，知识图谱协助梳理知识间复杂逻辑关系并支持个性化学习，人工智能及虚拟现实技术提供高度仿真的沉浸感和实效性，自适应技术协助教师增强对课程的掌控、精准调整重点教学方向等^［10-11］。人工智能及其衍生技术的发展，为医学教育发展和变革带来重要技术手段，医学模拟教学也面临改变。在技术快速更新迭代的背景下，学生对于单纯的理论知识讲授的依赖降低，教师需要把更多的注意力放在满足学生的发展性需求上^［12］。教师在传统模式下仅限于搜集、整理和讲授知识，其教师地位可能会受到擅长整理传递信息的人工智能技术的影响^［13-14］。人工智能技术结合虚拟仿真、混合现实等技术对模拟教学软硬件能力的提升，学生能够有更多反复动手实践、并得到即时评价反馈的机会，对教师如何利用技术支撑学生个性化、精准化学习提出更高要求。对医学模拟中心管理人员和教师的信息化素养要求也随之提高，既需要具备使用各类信息化技术的能力，更需要能利用先进技术不断革新模拟教学方式方法、课程内容内涵、运行评价反馈等方面的能力，还需要具备对技术局限性的辨别能力^［15-16］。

信息化技术的快速发展是医学模拟教学发展的挑战也是机遇，如何融合应用先进技术以提高模拟教学质量和效率并避免其局限性，值得医学模拟教学从业者共同探讨并进行探索研究。

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基金资助

2023年四川省高等教育人才培养和教学改革重大项目(JG2023-11)

四川大学高等教育教学改革工程（第十期）研究重点项目(SCU10003)