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基于角色和智能体的护理基本技术虚拟仿真教学系统设计

2020-06-22  |  作者:现代职业教育杂志  |  栏目:论文中心

作者:龙艳军 吴敏 本文字数:2468
  [摘           要]  介绍虚拟仿真技术在护理教学中的应用现状,通过引入智能控制技术自主设计与开发护理基本技术虚拟仿真教学软件,利用3ds Max、Unity3d等技术,,构建护理虚拟仿真教学情景,模拟典型的临床工作过程和工作任务,学生以角色扮演的方式参与学习,同时应用行为树技术,将场景中的非玩家角色赋予智能。实践表明,该模式可有效地激发学习者的学习兴趣和学习参与度,提高教学质量。
  [关    键   词]  Unity3d;行为树;护理技术;虚拟仿真
  [中图分类号]  G712         [文献标志码]  A                 [文章编号]  2096-0603(2019)30-0075-03
   随着计算机软硬件技术的飞速发展,使用计算机模拟现实环境成为可能。同时,随着控制理论的发展,智能控制技术正逐步取代传统的控制手段。这些技术的进步解决了早期限制虚拟实验室发展的技术瓶颈,使虚拟实验室开始具备了仿真能力,在普通高校的教学领域得到普及,并一跃成为当前国内外研究的热点。在护理教学领域,学者对虚拟仿真技术应用于教学进行了有益的尝试,如杨文晴等人[1]将洗胃术的虚拟仿真系统应用于临床技能实训教学,对其应用效果进行评价,效果满意。聂立婷等人[2]开发导尿术虚拟仿真教学项目,并将其应用于护理实验教学中,通过将实验组和常规教学组比较,采用虚拟仿真教学能显著提高导尿术操作成绩。廖莹等人[3]将虚拟仿真技术应用到口腔专科医院新入职护士岗位培训中,能提高新入职护士的口腔临床技术操作配合能力,达到了更快地适应临床工作的需求。目前虚拟仿真技术应用于护理教学的教学系统虽然能得到教师和学生的欢迎,但也存在流程固化、应用不够灵活等问题,导致学生学习兴趣不足、参与度不强。为此,本研究借助于游戏开发元素,引入行为树技术,为场景中的角色赋予智能,以期提高学习者的学习兴趣和学习参与度。
   一、护理虚拟仿真在护理教学中的重要意义
   (一)合理分配实训时间,有效弥补护理技术实践教学条件的不足
   在计算机系统中构建护理基本技术实验实训教学平台,按照医院真实环境设计护理基本技术实验实训,以任务情境设计网络虚拟、仿真互动基本护理操作工作过程;以案例情景设计提出工作任务、开展工作过程,在虚拟场景中演练护理基本技术,使每个学生都能反复模拟临床护理岗位工作过程和典型工作任务,获取与临床护理实践一样的实训效果,提高学生的实际操作能力,弥补实践教学条件的不足。
   (二)突破时空的限制,可实现反复的、无障碍的情境式教学
   根据护理基本技术的教学内容,创设学习情境和以解决问题、完成任务为主的多维互动式教学理念,学生以角色扮演的形式在虚拟的情境中进行探究式学习,使学生处于积极的学习状态。通过应用该系统,可彻底打破时间和空间的限制,可反复组织多次实践教学,还可深入到现实世界无法观察的物体内部进行实验,从不同角度展示任意时间段实验进展情况或实习阶段的场景。
   (三)有利于增强实训的安全性,节省实验实训成本,实现“零”消耗
   护理基本技术中的许多操作都需要在真人身上练习,如各种注射法、鼻饲法等操作,由于学生相关知识学习及操作熟练程度不够,会不同程度造成用物污染或针刺伤,同时耗材产品质量良莠不齐,可能会让学生存在安全隐患。护理抢救技术中需要借助于高仿真心肺复苏模拟人及心电监护等急救设备,在这些实验设备上让学生反复练习、考试,这些实验实训设备价格昂贵、损耗大、成本高,而计算机网络中的虚拟实验室的仪器设备、原器件或材料只是“概念”上的损耗,可自动修复或产生,因而它们能无限重复使用,在经济上几乎不再需要支出,即可实现“零”消耗,同时避免了实训污染,减少了“医用垃圾”。
   (四)有利于提高教学效果,实现教育教学资源的共享
   传统的带教式护理基本技术实验实训教学,实验指导教师不能及时有效地对每个学生进行交流与反馈,难以激发学生潜在的学习动机和兴趣,教学效果难以满足临床岗位的需要。虚拟实验实训教学系统创设了生动、直观、动态的学习情境,为学生提供了系统的、更为广阔的学习空间;在护理实训操作中,实训路径的多样性,融入的声音、图片、动画、视频等多媒体,激发学生的学习兴趣,增强自信力,对提高学生分析问题和解决问题的临床思维能力有很大的帮助;可以有效实现教育教学资源共享,节省大量实验设备设施的重复建设,有利于从整体上改善同类专业的办学条件并提高实践教学水平。
   二、主要相关技术
   (一)Unity3d
   Unity3d是由Unity Technologies开发的次世代多平台的交互式引擎,能创建三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型的互动内容,Unity3d提供了一個功能非常强大的编辑器,可方便地搭建互动内容,该编辑器可运行在Windows和MacOSX下,一次开发,互动内容可发布内容至多种平台。Unity3d支持C#、JavaScript和Python三种编程语言,本文使用C#语言进行虚拟仿真教学系统的设计与开发。
   (二)行为树
   行为树(Behavior Tree)[4]是一种树型的数据结构,任务是行为树的基本元素,用来描述行为的逻辑。在行为树中,任务也是节点,通常为顺序节点、选择节点、条件节点、行为节点,每个智能体逻辑用一棵行为树表示,执行顺序是从根结点开始,执行每个智能体逻辑,然后遍历执行整个行为树。

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