由德国联邦教育和研究部资助的FAMULUS(通过自适应在线案例模拟培养医学教育和教师培训中的诊断能力)研究项目的一部分是使学生能够远程和同步地在医学和教师教育中一起工作。该工具的设计和开发分为几个步骤，将在以下部分进行描述，并在 表1．

在搜索了可用的库之后，我们决定使用SimpleWebRTC (andYet Co)库来实现协作工具。它为设立一个会议平台提供了基础，并可加以扩展以包括所需的功能，例如视频通信和屏幕共用。使用SimpleWebRTC库的消息协议实现了一个附加的文本聊天功能。我们有几个使用SimpleWebRTC的原因。在我们选择它的时候，SimpleWebRTC是一个完全可脚本化的开源库，可以在没有额外凭证的情况下使用。这样可以与电子学习平台紧密集成。与其他开源解决方案不同，该库提供了详细的集成文档和示例。商业视频会议和屏幕共享工具，如谷歌Hangouts (Alphabet Inc)、Zoom (Zoom video Communications Inc)、Skype (Microsoft Inc)和Adobe Connect (Adobe Inc)，都有缺点。例如，Zoom通常需要一个帐户和一个专门的管理员来发起呼叫。因此，使用这样的工具，即使它们可能比WebRTC更健壮，也不可能编写大量并行但独立的视频会议会话的脚本(即匹配两个不同的学生)。 As scripting and dynamically creating the dyads was an important part of the study setting, we decided against commercial video conferencing tools. Unfortunately, even SimpleWebRTC has now become a commercial service. Nevertheless, the original library remains open source, is self-maintained, and is regularly tested for cross-browser functionality. Comparable open-source libraries like Jitsi (8x8, Inc) [ 25与SimpleWebRTC相比，没有明显的优势，尽管这在未来可能会改变。

为了独立于Casus实现SimpleWebRTC，我们将其设置为应用程序编程接口(API)。这也使得我们的方法可以应用到其他副总裁或电子学习平台。可以通过JavaScript API控制、启用或禁用会议工具的几个特性:(1)视频和音频通道，(2)基于文本的聊天，以及(3)屏幕共享。从教育的角度来看，这些特征都是必要的。首先，音频通道让学生们以直接的方式进行协作，无需额外将语音转录为文本即可进行交流。视频有助于建立一种接近的感觉，尽管学生之间的实际距离。相互的、同步的基于视频的学习，即两个或两个以上的学生直接连接并同时在一起学习，已被发现可以提高学习效率[ 26］．其次，基于文本的聊天使教育者和学生能够在学习课程结束后的任何时间访问信息，并跟踪协作活动。为了实现这一目标，我们为文本聊天添加了两个功能:将聊天记录保存为文本文件，以及在浏览器重新启动后恢复显示旧消息。第三，屏幕共享是必要的，以允许学生在一个共享的文档上以两个人的形式一起工作。为了构建协作，我们设计了与“主要”用户共享屏幕，“主要”用户可以共享他或她的屏幕，而“次要”用户则没有这个选项。这使得教育工作者可以选择给学生相同或不同的信息集，以创造合作的需求。

实现的教育功能(脚本、视频和音频通道、基于文本的聊天和屏幕共享)需要进行一些技术调整。为了能够处理由用户触发的浏览器重新加载或在出现问题时刷新应用程序，API的一个组件使用会议工具定期保存当前状态。SimpleWebRTC包括一个信令服务，负责元数据的交换和连接的客户端浏览器之间的通信协调。我们的实现是基于andYet中的node.js signalmaster。为了跟踪学生的登录和注销并实现文本聊天，需要进行一些调整来改进监控选项。我们已经详细介绍了在 多媒体附件1．

改进后的信号服务基于andYet的signalmaster, SimpleWebRTC的附加部分使用了JavaScript API，并且是开源的。它们可根据指示gGmbH的要求提供。每个组件的详细文档可从GitHub网站[ 27]，与coTurn实现的STUN(通过网络地址转换器简单遍历用户数据报协议)和TURN(使用中继遍历网络地址转换器)的文档一样[ 28］．关于WebRTC标准如何管理通信的详细描述可以在各种网站上找到。HTML5rocks网站就是一个很好的例子。 29］．来自andYet的signalmaster只进行了最小限度的扩展，以提供文本聊天功能和调试日志记录。

除了文字聊天数据，signalmaster当前不存储任何数据。文本聊天数据存储在简单的JSON (JavaScript对象符号)文本文件中，具有房间命名约定，但如果需要可以扩展。

用户界面的需求是通过作者之间的讨论产生的，以最大限度地提高系统的学习和研究的可能性。学生们看到了常见的Casus用户界面，并增加了一个提供协作功能的窗口( 图1显示了实现的线框模型)。学生们可以通过这个窗口与同学们交谈，并分享他们的屏幕。我们还为Casus课程管理领域的教育者实现了一个用户界面。设置页面使教育工作者能够设置和配置协作( 文本框1显示可用的设置)。

要在Casus中实现API，我们只需要在Java (Casus服务器端的主要编程语言)中实现一些代码更改。中详细描述了主机系统(本文中的Casus)与基于SimpleWebRTC的通信框架之间的通信 多媒体附件2．

通信框架的HTML页面以iframe的形式包含主机系统(同样是我们设置中的Casus)。这确保了即使用户通过主机系统导航到不同的url，通信框架也保持开放和不变，从而使通信更加稳定。将实际的URL(如HTML5)存储在本地存储或cookie中以便在重新加载时存活是可能的，尽管有时可能需要几秒钟才能重新连接房间中的参与者。

使用给定的API消息，可以将通信框架集成到任何基于web的系统中，而不需要任何关于Casus的内部知识，因此没有必要在本文中提供详细信息。通过向API发送这些消息:“casuswebrtcopen_*”和“casuswebrtclose_*”，可以完全控制房间的分配并编写脚本。

图1显示了技术实现，包括所有组件。用户界面描述在 图2．

在两个队列中，我们为拥有6名副总裁的学生实现了协作工具。在第一个队列中，45对学生一起诊断了这些病例，而在第二个队列中，47名学生自己诊断了相同的副总统( 表2显示两个队列的人口统计数据的细节)。我们通过电子邮件邀请了慕尼黑路德维希-马克西米利安大学所有三年级到五年级的医科学生参与研究。根据参与者的预约日期随机分配到两组或个人学习。总的来说，每组270个副总裁会议(45对组合[即90名学生]乘以6个副总裁，47名学生单独工作乘以6个副总裁减去2个随机选择的删除的会议)被纳入分析。参与是自愿和匿名的。学生们可以获得35欧元(36.54美元)，学习大约3个小时。

在这项研究之前，两组学生彼此并不认识。他们被允许交换姓名，但不允许交换医学院的学年。这些副总裁是基于临床场景的文本和图像，没有视频或音频内容。在这项研究中，我们不允许文字聊天，因为我们希望调查的重点是屏幕共享、视频和音频协作。双人组和个人组与同一副总裁共事。其中3名副总裁表现出背痛的主要症状(均为男性)，而其他3名副总裁表现出发烧的主要症状(包括1名男性和2名女性)。所有病例均为中等难度(平均难度范围为0.45 ~ 0.69;这些是标准单位，定义为正确百分比)，与之前在个别学生中测试的一样，并包括所有必要的视觉内容(如x射线和计算机轴向断层扫描)，尽管没有提供副校长的照片。两组学生通过协作工具连接，每个学生是3个副总裁的主要用户，其他3个副总裁的次要用户，这意味着学生必须平衡他们的团队工作。在两组中，学生必须为每个VP确定一个最终诊断。 After reading the patient information, the teams of 2 had to choose which of the 23 available tests they wanted to look at next. They could proceed with as many tests as they wished before making a diagnosis.

慕尼黑路德维希-马克西米利安大学医学院伦理委员会批准并同意参与(17-250号研究)。所有参与者都书面同意参加这项研究。我们已获得可识别的人士的书面同意 图2发表他们的照片。

为了评估协作工具的可用性及其与Casus VP平台的集成，我们使用了系统可用性量表(SUS)。SUS是一个可靠的10项可用性测量，从1到5分，总共可以推断出10到100分[ 30.］．基于网络的问卷调查在Casus中实现。

我们分析了完成SUS的137名学生的数据[ 30.]并将45对组合和47个个体学习者进行了比较。我们使用SPSS和两个anova比较了可用性和诊断准确性;alpha错误级别设置为 P= . 05。

我们假设使用直接在VP平台中实现的协作工具，与个人学习设置相比，不会损害系统的可用性。原始SUS评分(评分从1-5分)的描述性结果显示在 表3．根据SUS开发人员的建议，我们将原始的SUS分数转换为百分比分数，这意味着高分总是表示良好的可用性。独立作业组(平均得分81.28，标准差1.01)与分组作业组(平均得分82.51，标准差1.56)之间无显著差异。对于二人组和个人学习者，SUS分数平均为B+(即，可接受)。在学习过程中，我们没有遇到重大的技术问题。两组学生在所有课程中合作，并在两个方向上使用屏幕共享选项(即作为主要用户和次要用户)。结果支持这样的假设:与个人学习相比，实现的协作工具不会损害系统的可用性。

我们调查了与单个学习者相比，使用协作工具学习是否会导致对两组学生更好的诊断准确性。在每组270个副总裁会议(45对[即90名学生]乘以6个副总裁，47名学生单独工作乘以6个副总裁减去2个随机选择的删除的会议)中，学生在单独工作时成功诊断了143例(53%，SD 26%)，在成对工作时成功诊断了192例(71%，SD 20%)。与个体学习者相比，使用协作工具的组合获得了显著更高的诊断准确性( P=．04,η²= 0.12)。

我们已经成功地将远程协作工具实现为VP平台，使学生能够一起学习。我们实现了在Casus VP系统中实现临床推理远程同步协作学习的VP。通用API的开发允许协作工具与其他电子学习平台或学习管理系统一起使用。可用性调查问卷的结果表明，在使用该工具时，没有明显的可用性损害。主观上，可用性甚至略高。我们研究中的可用性与Casus系统为个别学习者进行的常规可用性测试相当[ 31， 32］．这提供了初步证据，表明协作工具的额外技术方面并没有降低Casus的可用性。Casus工具是几年前设计出来供个别学生使用的[ 33， 34］．随着目前努力将Casus的使用扩展到包括协作学习，我们提供了初步的证据，证明在两组中工作可以提高学生的诊断准确性。这可能表明，在Chi的ICAP框架中定义的“互动学习模式”中，以两个人为单位工作的学生参与更多[ 22］．然而，还需要更深入的研究来提供更多的证据。

我们知道还有其他协作工具可用，包括商业在线平台和Jitsi等开源平台。所有这些平台本身都运行良好，但有几个缺点限制了它们在教育环境中的使用。首先，这些平台需要在VP平台的单独浏览器窗口中登录和识别用户。当协作本身是目标时，这些工具工作得很好，但是VP环境提供关于患者的详细信息，并要求用户回答问题并提供诊断。额外的浏览器窗口使本已复杂的用户界面更加复杂，并为寻求将协作性临床推理纳入课程的教育者设置了障碍。其次，教育工作者无法监控学生使用商业平台的合作情况。例如，没有办法知道学生是否通过第三方平台连接。第三，教育工作者没有收到任何关于合作学习的数据，这限制了他们在使用这些工具时进行研究。

出于评估目的，vp患者已被证明比标准患者更有效[ 19］．就学习而言，一项系统综述发现vp有利于学习技能，尤其是临床推理，对学习知识也相当有效[ 2］．对于协同临床推理，仍需进一步研究。例如，是否以及如何使用基于聊天的通信，以及它如何影响协作，仍有待确定。然而，在较小的课程中，这可能会分散人们对手头任务的注意力。从教育的角度来看，每个学习者接受的信息量也需要探索。用户应该有足够的信息进行协作，但不要被大量的信息所淹没[ 33， 34］．

我们知道我们的工具有一些局限性。到目前为止，没有一门课程可以作为一个整体来指导;每个用户都需要单独配置。此外，目前只有教育工作者，而不是学习者，可以确定主要和次要用户的角色，以及每个用户所提供的信息量。这项研究包括了医学院三到五年级的学生，因为副校长是为这一年级设计的。因此，我们还不知道我们的结果是否适用于较早或较晚的培训，或研究生培训。

我们的协作工具是专门开发来支持与副总裁合作的临床推理教育。但是，该工具的设计还允许其他同步协作场景，包括非医疗领域。例如，该工具可以应用于教师教育，两名接受教师教育的学生必须确定一个虚拟孩子的阅读能力。该工具支持视频交流，学生之间可选择屏幕共享，并允许教育工作者轻松激活或禁用协作功能。它还可以在所有主要的互联网浏览器上运行，无需任何安装过程。

我们的协作工具可以帮助学生通过与副总裁的培训一起应用内容知识。该工具为使用学习分析来跟踪学生的知识进展和协作临床推理技能提供了必要的基础。作为未来的一步，我们可以使用这个工具和API来指导学生通过副总裁课程，传授这两方面的知识。更广泛地说，该工具为研究人员和教育工作者提供了设计课程、共享家庭作业和研究协作学习问题的新可能性。