虚拟仿真实验在运动急救学课程教学中的应用与思考

毛雅芸 李雪 沈高飞 吴卫兵*

(1.上海体育学院运动科学学院;2.上海体育学院教务处 上海 200438)

随着虚拟仿真技术的不断发展与成熟，其在教育领域的应用价值也日益凸显。2013 年8 月，为贯彻落实《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》和《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》等相关要求，教育部发布了《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》，且分别于2014年、2015年审核批准了共计200个国家级虚拟仿真实验教学中心。此后，为进一步加强信息技术与高等教育实验教学的深度融合，促进高等教育实验教学优质资源的开放共享，教育部办公厅又于2017 年7 月印发了《关于2017—2020 年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》。并在2018—2020 年期间，累计完成认定23 个学科领域的401 项和计划认定26 个学科领域的305 项国家级虚拟仿真实验教学项目。

各大高校积极响应教育部文件精神，极大地推动了示范性虚拟仿真实验教学项目的建设工作，使其在短短几年内即呈现出学科门类广泛、主题内容丰富的多元化发展趋势。然而，在如火如荼的建设热潮之后，教育工作者迎来的是更严峻的挑战，如何将虚拟仿真实验有序融入课程实验教学安排、如何将虚拟仿真实验合理结合传统线下实验教学、如何充分发挥虚拟仿真实验教学智能教育的优势等应用问题接踵而至。因此，该文将以上海体育学院运动急救学课程为例，对国家级虚拟仿真教学实验项目——“运动伤害现场急救处理虚拟仿真实验”的建设背景和应用情况展开介绍，并深入分析虚拟仿真实验教学的优势与不足，以期为今后虚拟仿真实验教学实践工作提供一些启示和经验。

1 虚拟仿真技术在急救学课程中的应用现状

虚拟仿真实验是现代化教学过程中孕育出的一个新成果，它利用计算机、多媒体、虚拟现实（Virtual Reality，VR）设备和技术等来模拟真实的实验场景和实验过程，以帮助学生对知识与技能更好地进行掌握和运用［1］。

近年来，我国应急救护教育虽然逐渐引起重视，公共急救设备、培训机构以及受训人数均有所增加，但由于人口基数多、地域范围广、城乡差异大等原因，公众的急救知识和急救技能普及率仍然偏低，整体急救能力远远落后于发达国家。大学生是一个受教育程度较高、学习能力较强的群体，毕业之后他们将走向各行各业，对他们开展高质量的急救课程，具有较大的可实施性和重要的社会意义［2，3］。然而，意外创伤事故的突发性、紧急性、复杂性和不可复制性，使得学生在真实急救现场往往慌张无措，无法学以致用，这一直是传统课堂教学的难点，因此，将虚拟仿真技术应用于急救课程教学中是十分必要的。

胡春媚等［4］在研究中，以开展急救护理学课程教学的班级为例，采用了“虚拟仿真技术—智能化超级综合模拟人（HPS）和急救技能实训相结合”的新兴教学模式，与“课堂讲授—学生单项技能训练—教师指导”的传统教学模式进行比较。结果显示，接受HPS 和急救技能实训相结合教学的学生，其基础理论和技能考核成绩都要显著优于对照组。虚拟仿真技术—HPS作为一种创新型的辅助教学，值得进一步推广。金松洋等［5］研究发现，基于虚拟仿真智能训练系统的混合式课程教学，可以通过多种信息技术，激发学生的学习兴趣，还可以全面、客观地记录学习情况，更有利于帮助学生攻克知识的重点难点。江妍霞等［6］认为，VR和增强现实技术（Augmented Reality，AR）在临床急救学课程教学中具有较强的应用优势，它可以全仿真模拟技能培训、重复训练、节约教学资源、降低实操成本等。李贺等［7］通过探究混合式虚拟仿真实验在急救医学技能操作教学中的应用效果，发现其不仅能够明显增强学生对操作技能的掌握度，还可以提升学生对操作教学的满意度。

2 上海体育学院虚拟仿真实验在运动急救学课程中的应用实践

2.1 虚拟仿真实验项目的建设背景

运动急救学课程开设于1995 年，是上海体育学院一门开设时间长、受众范围广的特色课程，现为上海体育学院8个专业本科生的专业素养必修课或专业素养选修课。课程内容主要包括现场急救的基础知识和基本技术以及如何运用急救技能开展不同运动意外伤害的现场急救处理，如运动猝死、软组织损伤、骨折损伤、关节损伤、内脏损伤、创伤性休克、气道梗阻、中暑、淹溺等，共计16个章节。旨在提升学生运动损伤防护与急救的理论知识和实践技能，加强学生正确处理运动损伤的动手操作能力，培养学生人道、博爱、奉献的红十字精神以及发展学生职业道德和社会责任感。

运动急救学作为体育院校的一门重要专业课程，与日常活动、体育锻炼和运动训练都密切相关，具有很强的实用性。在传统课堂教学过程中，本课程通常以实操训练为主、理论讲授为辅，采取“边讲、边学、边练”的教学模式。然而，由于选课人数较多、课时安排有限、设备技术落后等原因，这种“教师先演示，学生后模仿”的教学方法，容易导致学生缺乏足够的练习时间和充分的个人指导以及真实的情境体验，从而降低学习兴趣和学习效率，最终影响知识和技能的掌握与运用。

因此，为了更好地提升教学效果和质量，上海体育学院将虚拟仿真技术引入运动急救学课程的教学实践中，于2018年完成了“运动伤害现场急救处理虚拟仿真实验”项目的建设。该虚拟仿真实验项目依托虚拟现实、人机交互、网络通信、多媒体和大数据等先进信息技术，构建高度逼真的运动伤害场景，引导学生自主完成现场急救处理的学习和考核，让原来一些“做不到、做不好、做不了、做不上”的实验成为可能，有效解决了传统实验教学的难题，以满足卓越人才培养的需求［8］。

2.2 虚拟仿真实验教学的组织模式

运动急救学课程经过虚拟仿真实验项目、慕课的陆续建设和应用后，已由过去单纯线下传统教学模式逐渐转变成“虚拟仿真实验+慕课+课堂讲授+实操训练”的线上线下混合式创新教学模式（见图1）。课前实施线上教学，教师通过虚拟仿真实验和慕课等平台布置任务、远程监管，学生则根据任务自主学习、发现问题；课中实施线下教学，教师通过组织课堂教学活动帮助学生解决课前疑惑、攻克重点难点、促进知识内化、巩固操作技能；课后实施线上教学，教师定期在线辅导，引导学生积极完成线上测评、参与课外实践活动。并在整个教学过程中，始终贯穿“以学生为中心”的教学理念，深入挖掘课程德育价值，全方面发挥课程传递知识、提升能力、立德树人的育人作用。此外，该课程还将虚拟仿真实验项目与慕课相结合，面向社会大众免费开展运动急救学课程在线教学，使得感兴趣的社会学习者也能够远程参与急救知识和技能的学习，截至目前为止，一共开展4 期在线课程，累计服务13349人次，此模式可为我国应急救护普及教育实施提供一些启示与参考。

图1 运动急救学课程“线上线下混合式教学模式”

2.3 虚拟仿真实验教学的实施过程

2.3.1 利用虚拟现实技术模拟运动伤害情境

该课程的虚拟仿真实验项目共由5 个模块组成，利用计算机进行三维建模，再现了运动猝死、小腿骨折、踝关节扭伤、头部出血和脊柱损伤等5种不同的运动伤害场景［9］。在虚拟实验场景中，学生扮演救护员的角色，沉浸式地体验运动场地上进行心肺复苏、骨折临时固定、关节扭伤包扎、头部止血和担架搬运的现场急救处理过程。这种极具真实感的实验环境和人物，富有故事性的实验设计和内容，都大大地提升了学生的学习兴趣和参与热情。

2.3.2 借助人机交互手段参与现场急救实践

在整个实验过程中，学生借助人机交互手段自主学习现场急救的程序和方法，通过移动或点击鼠标来进行评估环境、判断伤情、寻求帮助、实施救援、及时转运等操作，以完成救助虚拟受伤运动员的任务。并且，由于虚拟仿真实验的教学活动均发生于网络环境中，不受课时、场地、人数及设备的限制，学生拥有了更多的实践机会，可以充分参与现场急救的各个环节，反复练习现场急救的基本技术，从而尽快熟悉实验流程和操作要点。

2.3.3 通过实时反馈系统评价现场急救效果

为了提高教学效率和检测教学效果，虚拟仿真实验系统还配有自动评价和实时反馈功能，对学生进行实验全程追踪指导。在学习模式中，学生可以通过系统提供的文字、语音、图标等信息，分步学习现场急救知识和技术，且必须操作正确才可以进入下一环节。在考核模式中，学生不再得到任何提示，需独自完成技能测试，系统则根据同步记录的考核情况自动评分，并针对错误的步骤或答案给出解析。这使得学生可以边练习、边调整，及时查漏补缺、纠正错误，进一步加深对运动急救理论知识和实践操作的理解。

3 虚拟仿真实验教学的优势

3.1 真实感的学习体验

运动意外伤害事故通常具有突发性、紧迫性和随机性，正是这些特点使得传统实验教学模式无法完全满足学生现场事件应急处理能力的培养。而虚拟仿真实验采用现代高科技信息技术所生成的多感知交互虚拟实验环境，不仅可以使学生获取三维立体的视听感受，还能够对虚拟环境内的物体进行操作，让学生仿佛置身于真实的运动伤害情境中，拥有更接近真实运动伤害现场急救处理的学习体验。

3.2 交互式的学习方式

虚拟仿真实验更加强调学习的自主性，学生不再只是被动地接受知识和简单地模仿练习，而需要与虚拟环境中的各种对象相互作用，在实验中不断进行评估、决策、实施、反馈、调整，最终达成学习目标。这种人机交互的学习方式，使得教材上一些晦涩难懂的知识变得更加直观、立体、动态，同时可以培养学生的探索精神和实践能力。

3.3 精细化的学习指导

传统实验教学过程中，由于课堂上学生人数众多，教师需要一对多地进行示范和指导，在有限的时间内难以保证每位学生都获得足够的、有效的学习帮助。虚拟仿真实验系统则通过人机交互机制实现一对一的教学服务，分步指导学生完成实验，消除时间和空间的限制，使所有学生都能得到充分、正确、标准、规范的实践技能训练。

3.4 即时性的学习反馈

反馈是实验教学过程中一个非常重要的环节，直接影响着学生的学习表现和学习效果。因此，虚拟仿真实验系统采用全程追踪监测与实时评价方式，即每一步操作无论正确与否，系统都会给出即时的反馈，并做出相应的变化，让学生能够随时发现自己的学习问题、调整自己的学习方案、看到自己的学习成效，从而充满信心地坚持完成学习。

4 虚拟仿真实验教学的不足

4.1 无法完全取代线下实验

虽然虚拟仿真实验构建了高度逼真的实训环境，能使学生获得身临其境的感受，但从本质上来说，学生并没有实际动手操作，所有操作都是借助计算机完成的。因此，对于一些难度较大、步骤较多、要求较高的急救技术，如胸外心脏按压、人工呼吸等，学生在虚拟实验中无法亲身感受到动作的速度、力度、深度，仍需要在线下实体实验中反复练习，才能熟练掌握动作要点，真正提高自身的运动急救实践技能。

4.2 虚拟实验情境过于理想

考虑到经济成本与应用普适，该课程在第一阶段虚拟仿真实验项目建设过程中只选取了几个较为典型的运动伤害案例进行模拟，因此仿真实验情境相对简单化、理想化。但现实生活中的运动伤害意外事故，情况往往更加错综复杂，每次事件发生的原因和地点、受伤的人数和部位、伤情的严重程度、环境的危险程度等都各不相同，而这些不可控因素都将会影响现场急救处理的实施与效果。

4.3 缺乏团队合作教学活动

发生运动伤害事故时，尽量争取周围人群的帮助，协调组织、团结作战，是将现场应急反应能力发挥最大限度的重要原则。在传统线下实验教学课堂上，教师会组织学生进行分组练习，通过情景模拟、角色扮演等方式相互协作、相互配合，共同完成救助伤员的任务，此过程中可以很好地培养学生交流沟通能力和团结合作精神。然而，虚拟仿真实验作为一种在线学习方式，学生则不需要其他人的帮助，利用一台计算机即可独自完成实验，这在一定程度上减少了师生之间、生生之间的交流机会。

5 结语

虚拟仿真实验是信息技术与实验教学深度融合的新兴产物，它实现了情景化教学、标准化示范和智能化评估，大大提高了实验教学的效果，但是同时也存在一定的局限性，无法完全代替传统实验教学。因此，在教学实践中仍需不断探索，始终坚持以学生发展为中心，充分发挥虚拟实验和实体实验的优势，相互结合、相互补充、相互促进，才能最大限度地满足高质量人才培养的需求。