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摘要：职业医学与职业卫生是预防医学专业的一门重要学科，以培养学生掌握职业医学相关的基本知识以及相应的实验操作技能为目的，具有很强的科学性、实践性、应用性。目前职业医学与职业卫生的实验教学由于时间和空间等教学条件的限制，仅限于开展若干较为简单的验证性实验，一些重要的应用性实验无法展开。虚拟仿真技术在医学教育领域的应用已日益广泛，将该技术应用于职业医学与职业卫生教学中能大大改善教学条件，促进实验教学的质量和效果，也可以使学生的实践动手及综合应用能力得到培养和提升。
关键词：职业医学；实验教学；虚拟仿真技术；教学改革
本文引用格式：王庆,等.虚拟仿真技术在职业医学与职业卫生实验教学中的应用[J].教育现代化,2019,6(35):120-122.
一职业医学与职业卫生实验教学现状
职业卫生与职业医学（occupational health and occupational medicine）是以职业人群和作业环境为对象，研究职业环境与职业工人健康之间关系的学科，主要任务是识别、评价、预测和控制不良职业劳动条件，创造安全的作业环境，维护劳动者健康并提高职业生命质量。该课程涉及个人/群体与职业有关的健康问题，具有很强的专业性、社会性和法律性，这门课程不仅要求学生提高有关职业卫生与职业医学等方面的专业素养，还要求学生掌握一定的专业实践技能。因此，该课程的实验教学与理论教学应该是相辅相成、不可分割的。但目前该课程教学依然存在着“重理论、轻实践”，“教师为主导”等弊端，这不仅不利于培养学生的动手能力和主动思考能力，也难以满足学生毕业后在实际工作岗位的工作需要[1]。多数教师和学生认为实验教学是用于验证理论课知识，仅具有从属性的地位，因此，教学内容多为演示和验证性实验，学生只需要按老师提供的实验步骤复制实验并在课后完成实验报告就完成实验课程的内容，这十分不利于启发、引导学生对实验课程中遇到的问题进行深度思考，也不利于培养学生的创新力，当今社会不仅需要公卫人有很高的职业卫生与职业医学理论知识储备，同时也需要公卫人有很强的实践操作能力，目前来看，传统的职业卫生与职业医学教育不能很好的达到这些要求。同时，教学方法偏重采用单向传输式手段，也就是教师讲解实验原理、实验步骤、课堂示教和指导学生操作，学生在实验课程中只负责听老师讲解以及按照实验步骤做实验，无法对所做实验进行深入探索，在整个实验过程中均处于被动的接受者地位，这极大的阻碍了学生学习的积极性和主动性，使得学生不能沉浸在职业卫生与职业医学实验教学中，无法深刻掌握所需要学习的专业实践技能。总之，单一的实验教学内容和陈旧的实验教学手段会导致学生的思维、创新能力受到束缚，高分低能现象普遍[2]。因此，如何合理利用各种新型、高效的教学手段、教学方法以及教学模式来提高职业卫生与职业医学的实验教学效果，使得学生在学习理论知识的同时，积极主动地参与到相关实验的学习，掌握实际工作技能，将成为职业医学和职业卫生实验教学改革的重要内容。
二虚拟仿真实验教学
虚拟仿真技术（Virtual reality，VR）也被称为计算机模拟仿真或沉浸式多媒体，是20世纪80年代发展出来的重要技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等。其原理是由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境——交互式三维（three-dimension，3D）模拟环境，可以逼真地模拟仿真世界的事物和环境，使体验者在虚拟世界中的视觉，听觉，触觉和嗅觉等同真实环境的感受，并可亲自操作，自然地与虚拟环境进行交互。虚拟仿真技术目前具有以下三个特性：（1）沉浸性：虚拟仿真系统中，使用者可获得视觉、听觉、嗅觉、触觉、运动感觉等多种感知，从而获得身临其境的感受。（2）交互性：虚拟仿真系统中，不仅环境能够影响使用者的感官，用户也可以对环境进行控制，并且虚拟环境还能够对人的操作做出实时的反应。（3）拟真性：虚拟仿真系统的拟真性表现为用户体验虚拟环境的各种感觉与所模拟的客观世界相似，如同在真实世界[3]。虚拟仿真技术的这些特性，可以激发使用者的兴趣，使使用者通过仿真世界的事物和环境获得真实体验，提高使用者的创新能力，因此仿真技术已经成为继数学推理、科学实验之后人类认识自然界客观规律，改造和创造客观世界的一项重要技术。
职业卫生与职业医学实验教学作为一种医学实践教学，它具有高投入、高消耗、高危害等缺点，并且它受到时间、空间等多种条件的制约，在一些需要到高职业危害进行实地学习的地方，因为考虑到对学生的危害以及场所难以选择等困难，大部分高校选择视频观看的方式给学生进行职业卫生与职业医学实践教学，这样不但不能给学生直观的体验，而且学生也难以深入感受到有害的职业环境现状。同时，由于各个高校教学条件不同，可能在实践条件上会存在差距，形成教育不公现象。虚拟仿真实验在职业卫生与职业医学实验教学上可重复利用，完美解决了其耗材高的缺点，并且因为其投资成本低、易于维护等原因使得职业卫生与职业医学实验教学的成本降低，虚拟仿真技术在在各大高校广泛应用，可使得不同高校的学生接受相同的实践教学，这无疑也在一定程度上促进了教育公平，提高教学质量。
当前围绕实物的传统医学实验教学模式存在上述的诸多问题，而采用虚拟仿真技术进行的医学教学具有成本低、适应性强以及易于实现开放式教学等技术优势，可以弥补传统教学手段的不足，全面提高教学质量，促进实验教学改革[4]。目前，VR技术在医学教学中得到了广泛应用，其能够让医学生在虚拟环境中反复模拟诊断、治疗等过程，固化学生对理论知识的认识，同时强化医学生的实践操作能力和思维能力。例如，VR技术已用于标准化病人模拟、疑难病例模拟、手术过程模拟等。虚拟仿真技术在医学教学中使用不仅能有效解决医学生实践能力不足的问题，还有效提升了教学水平[5]。
三 虚拟仿真技术的定义在职业医学和职业卫生实验教学中的应用及价值
目前，职业卫生与职业医学实验课程包括职业生理学相关的“劳动生理与负荷”、金属中毒相关的“血铅测定和尿δ-氨基乙酰丙酸测定”、农药中毒相关的“有机磷农药和血胆碱酯酶活性测定”、尘肺病相关的“粉尘测定及尘肺阅片”、物理有害因素相关的“物理因素测定”、职业有害因素评价相关的“劳动卫生调查”等。实验内容多采用动物染毒及职业卫生现场参观等方式进行，学生普遍反映参与程度不高，直接的感官认知不强[6]。因此，围绕实践能力培养核心，结合职业卫生学科的特点，为了提高学生学习的主动参与性，指导学生对实际问题的分析、思考和解决能力的锻炼，搭建真实与虚拟相结合、教学与实践相结合的职业卫生实验教学体系，采用虚拟仿真实验教学技术手段，通过虚拟仿真技术建立基本实验技能、实践技能、虚拟职业病人、职业伤害风险评估等多个训练体系，将有助于推动职业卫生医学人才培养，真正贯彻落实公共卫生教育应致力于服务社会的教学理念[7]。我们将通过以下三个方面阐述VR技术在职业医学和职业卫生实验教学的应用及价值。
（一）利用VR技术开展职业病的临床表现、诊疗方法和发病机理的教学
职业有害因素暴露于作业人群后，往往会引起一些特征性的临床表现，而且对于不同的职业性损伤的诊疗和急救措施也千差万别。在传统教学中，“金属中毒”和“农药中毒”的实验教学内容是采用动物染毒后对生物样本中的指标进行检测。一方面频繁采用动物进行预实验和操作练习会提升实验经费，另一方面该实验无法帮助学生了解不同类型金属和农药中毒对人群健康的损伤效应的差异和机理，因此，对于今后实际工作中更为常用的中毒人群的临床诊断和治疗方法也没有深刻的体会[8]。虚拟仿真技术的应用则可以很好的弥补这方面的短板。在虚拟环境中，学生可以观看到虚拟的不同类型化学物中毒患者（有机溶剂中毒，重金属中毒，农药中毒，有害气体中毒等）就医时的各种特征性临床表现，疾病的发生发展过程，同时可以利用VR技术构建虚拟的人生理解剖模型，让同学们学习了解不同毒物在人体中的代谢过程、蓄积部位的差异以及脏器的病理改变等发病机制相关的知识。同时，还可以利用VR技术模拟临床或急救现场等场景，对学生进行职业急性或慢性中毒患者的急救措施和临床治疗、康复等训练，并通过计算机软件对急救方法和治疗方案进行分析和评估，这不仅有效的规避了医学伦理问题，而且提高学生的操作动手能力，使学生沉浸在职业卫生与职业医学实践学习中。教师也可根据教学需要进行病案制定和实验项目的灵活组合，还可以切实提升学生毕业后的实际工作应对能力。
（二）利用VR技术开展职业环境场所的有害因素识别与评价的教学
高危职业环境场所的有害因素的识别与评价是职业卫生工作的重点内容之一。由于课时较少、空间有限，传统的职业卫生实验教学通常安排一些在短时间内能完成的基础实验或者现场参观活动。例如在“劳动卫生调查”的教学中，学生仅仅能在老师的带领下，对某个工作场所（例如造船厂，汽车制造厂）的职业环境进行走马观花式的参观，无法真实清晰地观察到劳动现场存在的安全隐患，也不了解今后在实际工作中应该如何应对和改进相关的职业安全问题。如果将VR技术应用到实验教学中，就可以利用信息和投影技术构建一个虚拟、三维、动态模拟的高危职业工作场所，例如矿山开采行业，机械制造行业等，并在其中设置各种实际工作中常见的工艺流程及不同岗位存在的职业生产安全隐患，并利用VR技术辅以音频讲解的形式将课本上文字描述的个人防护用品的正确选择和使用方法，安全措施的设置匹配方式等难以记忆的知识点转化为直观的，形象的教学内容。这样学生可以更清楚了解到潜在危险因素和工艺操作，知道如何避免生产过程中存在的危害发生。同时可以虚拟在发生事故后的现场处理过程和确定因果关系的调查过程，提高学生在实际工作中遇到问题的处理能力。学生还可以利用课后时间，对自己不甚了解的环节进行针对性的反复学习和体会，VR技术让学生充分了解实践教学中的各个环节，这也是传统职业卫生与职业医学实践教学所不能提供的。
（三）利用VR技术开展职业病诊断和职业场所监测的规范操作的教学
职业性疾病的诊断鉴别和职业场所的监测是一项政策性、科学性、技术性、专业性很强的工作。以往的传统教学仅仅让学生初步了解职业病诊断方法和场所的监测技术，但学生普遍反映知其然不知其所以然，不知道制定诊断标准的原理，不清楚如何在不同的作业场所规范的进行有害因素的监测。例如在传统的“尘肺阅片”教学中，学生仅能通过少量的尘肺X光诊断片开展学习，无法查看尘肺病人肺内部纤维化改变的情况，导致学习难度大，加之实际尘肺病人的X光胸片并非标准统一的，病案的单一性也限制了学生的视野，不利于学生知识结构的多样化培养，影响教学质量与效果[9]。利用VR的教学方式，将晦涩难懂的X光胸片转化为逼真的三维数字化模型，使学生能通过浸入式体验“进入”尘肺病人的肺部，了解其病理性改变的基本结构，掌握尘肺病人不同级肺部纤维化的状态，熟悉利用X光胸片进行诊断分期分级的依据，以此解决教学中无法形象、直观展示的问题，将复杂的教学实践以清晰明了的方式展现在学生眼前，同时又增加了学生的学习兴趣，提高了学生在职业卫生与职业医学实践活动中的积极性，提升教学质量，使学生轻松掌握学习中的难点与重点。此外，在“物理因素的检测”的教学中，可以利用虚拟仿真技术将各种检测物理因素的具体步骤和原理逐一介绍，通过三维仿真技术把各种物理有害因素模拟出来后，辅以声音讲解正确的采样和检测方法。学生不仅可通过感官、声音来进行学习，并且能通过模拟操作实验步骤，得到来自于视、触、听的拟真体验，学生将来在实际工作中不会有陌生感，能快速投入到工作中。
总而言之，虚拟试验技术在职业医学和职业卫生实验教学中的应用将会大大改善学生的学习兴趣和学习效果，对于培养职业卫生的相关人才具有重要的应用价值和意义。
参考文献
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[4]李永.浅析虚拟仿真技术在医学实验教学中的应用[J].生物技术世界,2016(03):261.
[5]郁鹏,万桂怡.虚拟仿真技术的医学实验教学研究[J].实验室研究与探索,2016(11):99-102.
[6]陈楠,王发选,周健,等.基于学生实践和创新能力培养的职业卫生与职业医学实验教学改革[J].教育教学论坛,2018(01):93-94.
[7]周健,陈楠,王发选,等.以公共卫生执业医师实践技能考试大纲为导向的职业卫生与职业医学实验教学模式探讨[J].卫生职业教育,2017(01):104-105.
[8]谢惠芳.多种教学方法在职业卫生与职业医学教学中的应用特点[J].科技风,2014(17):183-185.
[9]方玉强,哈宽庭.尘肺诊断误差分析[J].中国工业医学杂志,2001(02):88-89.
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