摘要：“临床康复工程学”是康复治疗学专业开设的一门应用型课程，该课程中实训环节所占比重较高。通过总结该课程实训环节存在的问题，结合当前国内外信息技术的发展，开发制作热塑性踝足矫形器虚拟仿真软件，以郑州工业应用技术学院2017级康复治疗学专业的140名学生作为研究对象，探索虚拟仿真的教学效果。结果表明，虚拟仿真实验教学有助于学生掌握“临床康复工程学”的理论知识和实践操作技能，显著提高学生的理论和实践考核成绩，增强学生对理论和实验的理解，增强学生的学习积极性，提高课堂效率。
关键词：实验教学;虚拟仿真;热塑性踝足矫形器;临床康复工程学;
近年来，随着虚拟现实(virtual reality,VR)技术的飞速发展，越来越多的组织、机构和个人认识到了虚拟现实技术在教育教学领域的使用价值[1]。虚拟仿真技术在高等学校中越发受到重视，应用也越来越广泛，其除了能够助力高校科研外，在实验教学中也得到了较多应用。虚拟现实技术具有技术领先、利用率高、使用维护方便等优点[2]。
“临床康复工程学”是康复治疗学专业开设的一门应用型课程，具有医学与工程学交叉融合的鲜明特点。“矫形器”是该课程教学的重点内容，矫形器制作实验教学是课程教学必不可少的重要环节。在传统的实验教学中，由于制作矫形器涉及取模、塑型、修型、组装等一系列过程，不仅耗时长，还存在高温和粉尘伤害等危险因素。另外，实受验条件限制，实验通常采取教师操作演示、学生在旁观摩的方式，学生动手机会较少，这在一定程度上影响了学生的学习积极性,不利于学生创造性的培养。
基于以上原因，2019年郑州工业应用技术学院(以下简称我校)在深化校企合作和医工融合的基础上，与河南省辅具中心和河南幻境数字科技有限公司合作，选取目前康复临床中应用最多的康复工程产品之一——热塑性踝足矫形器(简称热塑性AFO)为虚拟对象，开发和制作了热塑性AFO虚拟仿真软件，并把热塑性AFO虚拟仿真实验平台引入“临床康复工程学”课程实训。该虚拟仿真实训项目利用VR技术、Unity3d、Visual Studio与Maya等工具，完整呈现了热塑性AFO制作的全部流程，为学生提供沉浸式的临床操作体验，学习过程包括场景引入、视频引导、VR操作、巩固训练等方式。在引入踝足矫形器虚拟仿真软件后，以我校2017级康复治疗学本科专业学生为观察对象，从学生的期末考试成绩、实践考核成绩和总评成绩等方面对虚拟仿真实训项目的教学效果进行评价和分析。
1 资料与方法
1.1 一般资料
选取我校2017级康复治疗学专业学生为观察对象。观察对象均为全日制统招本科生，总人数为140人。将观察对象随机分成两组(对照组和实验组)：对照组为2017级康复治疗学1班和2班的学生，共71人;实验组为2017级康复治疗学3班和4班的学生，共69人。“临床康复工程学”的总学时为32学时，其中理论教学20学时，课内实验教学12学时，理论教学与实验教学占总评成绩的比例为7:3。
1.2 研究方法
两组学生的授课教师为同一人，对照组学生采取传统教学方法，即教师讲授完矫形器理论后，开展实践课程;实验组采用线上线下混合式教学方法，教师借助自主设计研发的踝足矫形器制作虚拟仿真实验教学软件，采用虚实结合的方式实施实验教学。线上教学贯穿整个教学过程，积极引导学生随时随地使用在线平台软件，实验课堂上通过教师讲述、示教、操作指导和师生互动强化学生对知识点的印象。
两组学生的期末考试题型和试卷难易程度基本一致，对两组学生的期末考试成绩、实践考核成绩和总评成绩进行统计，采用SPSS 22.0软件进行统计学分析，考核成绩表示为“均值±标准差”，数据之间的比较采用t检验，P≤0.05表示差异有统计学意义。
对本次研究设计了调查问卷，涵盖基本情况、课程学习态度、对虚拟仿真软件学习的认知等，对实验组69名学生进行调查统计。
2 研究结果
期末考试成绩、实践考核成绩和总评成绩统计结果如表1所示。
从表1数据可以看出，实验组的实践考核成绩(94.17±8.164)和总评成绩(85.43±4.629)都要高于对照组学生，P<0.01，差异具有统计学意义;实验组学生的期末考试成绩(81.59±6.146)也高于对照组(78.96±8.075),P≤0.05，差异具有统计学意义。
对实验组69名学生进行问卷调查，共发放问卷69份，收回问卷69份。问卷及统计结果如表2所示。
调查结果显示，超过一半的学生认为踝足矫形器虚拟仿真软件实验操作技术要点突出(75.36%)、实验操作方法明了(76.81%)，有助于快速掌握重点知识(75.36%)，能够加强对实验整体的掌控能力(76.81%)，提升了完成实验的速度(97.10%)，增强了对实验操作的信心(94.20%)，并提高了实验操作技术练习的效率(71.01%)。通过自学能力的提升和巩固(79.71%)，学生提升了对“临床康复工程学”实验课的学习兴趣(78.26%)。在调查中，94.20%的学生认为将康复工程其他实训项目(例如上肢矫形器的制作、假肢的制作等)设计为虚拟仿真项目很有必要。
3 讨论
热塑性AFO虚拟仿真实训平台具有良好的交互性、开放性、共享性等特点[3]。通过线上线下教学相结合、虚拟和实操相结合，学生能够更好地了解实验内容，大幅度增加动手操作的机会，弥补和解决了教学资源不足和时空限制的问题。对比传统教学模式，虚拟仿真实验平台进一步丰富了实验教学，激发了学生的学习积极性，加深了学生对理论知识的理解，提升了实验教学的效率。同时，学生在虚拟仿真平台学习之后，能够减少自己动手操作的失误和意外事故发生率，提升了实验效率和成功率。此外，虚拟仿真实验平台打破了传统实验的局限性，线上与线下、虚与实相结合的教学方法，大大降低了实验教学对环境、场地和教学资源的要求。但在使用虚拟仿真实验平台的过程中还存在以下几点问题和不足：(1)学生初次接触虚拟仿真实验教学，对这种授课方式不太适应;(2)虚拟仿真教学开始前，教师要求学生在课前预习，但部分学生自主学习能力较差，预习效果不佳;(3)虚拟仿真软件在有些实验步骤的表现上不够深刻，有待提高;(4)虚拟仿真教学对学生的主动学习能力要求较高，教师在学习过程中只起引导作用，导致学习的随意性较强，可能达不到理想的学习效果[4];(5)此次踝足矫形器虚拟仿真实验只是实验教学项目中的一个，调查结果不够全面。建议采用以下改进措施：(1)督促学生预习，做好虚拟仿真实验准备工作;(2)教师应努力适应新的教学模式，不断改进自身的教育教学方法，做一名优秀的虚拟仿真教学引导者;(3)学校应加大虚拟仿真的应用，加强校企合作，共同开发更多适合教学的虚拟仿真软件。
虚拟实验实训平台是建设高校信息化和实验实训教学中心的重要内容，深度融合了学科专业和信息技术[5]，是高校改革虚拟仿真实验实训教学、优化教学资源结构、提升实验实训教学能力的重要举措[6]。“临床康复工程学”是康复医学与工程学相互交叉的一门新兴学科，除了要求学生深刻了解康复医学之外，还要求学生具有一定的工科思维。康复医学学生的工科思维比较薄弱，运用虚拟仿真实验教学，通过人机交互界面的方式进行实时仿真操作，学生可随时进行线上学习、反复学习，直至完全掌握操作过程，在之后的线下操作中会更加熟练。
在踝足矫形器虚拟仿真实验实训教学平台的基础上，探索新医科背景下的“临床康复工程学”虚拟仿真实验教学模式，为今后“临床康复工程学”的教学模式提供新的思路。但与虚拟仿真实验相关的教学方法、考核方式等仍需要不断改革，以顺应互联网与高等教育深度融合的发展趋势。
参考文献
[1] 王鹤成，藤佳丹,刘旸.医学虚拟仿真实验设备在临床教学中的应用研究[J].环球市场信息导报,2018(10):91.
[2]鲁德志,许金霞,张艳秋,等.康复医学虚拟仿真实验教学平台的构建研究:以康复评定学为例[J].中国高等医学教育,2020(12):80-81.
[3]许伟.经管类虚拟仿真实验教学中心的建设意见[J].现代经济信息,2017(18):460.
[4]柳洪洁,宋月鹏,马兰婷,等.国内外虚拟仿真教学的发展现状[J].教育教学论坛,2020,4(17):124-126.
[5]陈润,孙界平,琚生根,等.构建计算机虚拟实验教学质量保障体系[J].实验技术与管理,2017,34(8):107-110.
[6]吉东风,李海燕,成何珍,等.国家级虚拟仿真实验教学中心建设探讨[J].教育教学论坛,2020(20):233-234.
