虚拟仿真

■关注这个问题：虚拟仿真教学

编者注

虚拟仿真教学是信息化背景下出现的一种新型教学模式，它推动了教学改革，提高了教育质量。虚拟仿真教学资源有什么特点？如何发展？如何助力教师教学创新？本期特刊刊登记者采访报道，并邀请专家就上述问题进行探讨。

近10个月，访问量超过23000人次，实验次数超过5000人次，评论超过2200条……新乡医学院赵俊强副教授打开全国网页虚拟仿真实验教学课程分享平台，并向记者展示了他带领团队对“植入式心脏起搏器结构及工作原理虚拟仿真实验”教学系统研发的使用和评价。“植入式心脏起搏器价格昂贵，教学实验一次性破坏性教学成本太高。目前国内还没有大学购买实物进行实验教学。我们团队开发的系统可以有效解决这个阻塞问题，

2022年4月，河南省高等教育教学成果奖揭晓。赵俊强主持的“新型医疗建设背景下‘金课’资源共建共享模式研究”获特等奖，“植入式心脏起搏器的结构与工作原理”虚拟仿真”教学系统就是在这种共建共享模式的指导下产生的应用成果之一。

校企联合研发

解决实验教学的“堵点”问题

在实验教学中，由于时间固定、空间有限、资源不足等问题，大量医学实验“做不成”、“做不好”或“做不好” . 虚拟仿真实验教学可以有效解决这个问题。

早在2018年，赵俊强团队就开始尝试心脏、关节等建模虚拟仿真。随着新医学与新工科融合发展的建设要求，团队围绕服务于医学与医学工程教学的目标，投入大量精力进行虚拟仿真实验教学体系的研发。 . 虚拟仿真资源建设的核心和难点在于研发，同时需要虚拟仿真技术团队、专业师资队伍和大量资金支持。赵俊强团队将思路转移到“校企联合研发”，与实力雄厚的虚拟仿真技术单位合作开展系统研发工作。

《医疗器械原理》是生物医学工程本科专业的核心课程。赵俊强团队贡献了心脏解剖图、起搏器电路图等，以及医学和工程相关的专业概念和设计，并基于CDIO工程教育模式设计了丰富的实验内容。精准的实验路径；科技公司的概念和设计采用UE4虚拟引擎+Web3D等技术，1:1模拟当前先进的单腔和双腔心脏起搏器，抽象电路以动画和复杂结构呈现。以3D模型呈现，清晰展示其内部结构和工作原理，并设计了操作积分环节和游戏通关环节，使实验更加生动有趣。经过2年的研发和试用工作，终于完成了《植入式心脏起搏器的结构与工作原理虚拟仿真实验》的实验教学系统虚拟仿真。

该系统包括在线训练和评估两个环节，分为系统认知、数据生产、模型构建、模型训练和模型验证五个模块。每个模块分为几个实验操作。这些模块是有机连接和功能的。可形成渐进式和闭环反馈；系统提供移动端和电脑端，可有效辅助人体心脏解剖、心脏外科实验教学等，为医学和工科学生提供便捷的实验机会。

目前，该教学系统已在新乡医学院、西南医科大学、广西开放大学、河南工业大学等院校投入使用。“我们已经连续两年使用这个虚拟仿真系统教学，不仅受到学生的欢迎，还解决了‘不能做’实验的问题，”学院教师秦欣说。新乡医学院医学工程专业。西南医科大学医学信息与工程学院在教学中使用该系统，提高了教学效果，促进了教学形式的创新。

建立教学产学研联盟

推广虚拟仿真教学应用

“实验教学虚拟仿真系统的开发成本非常高，而且在疫情防控和在线教学新常态的背景下，这一领域的研发真正需求非常大。只有更多的高校和企业加入，只有研发和使用，结成联盟，加快产业化，才能全面振兴这项研发和建设工作。” 赵俊强说道。

几年前，虚拟仿真还只是一个概念，很多老师因为不理解，也没有轻易接受和深入参与。赵俊强团队携手国内众多虚拟仿真建设力量，从推广理念出发，铺开“大棋盘”。2018年以来，团队共参与举办了16场线上线下全国虚拟现实与增强现实技术培训班和研讨会，近2万名教师参与学习。团队还聘请了10多位中国科学院院士、50多位教育信息化和医学教育专家，为河南相关领域的教师、管理人员和学生讲授了近200场讲座；自2019年以来，主要参与筹备了三届全国大学生智能技术应用大赛，参加比赛。5000余名师生... 积极推动全国高校师生信息化融合智慧教育和虚拟仿真教学资源共享，共同构建新理念、新技术。

随后，赵俊强团队代表新乡医学院主要参与并联合北京大学等216家单位成立智慧医学教学产学研联盟，组织86家单位成立河南省医疗虚拟现实产业技术创新战略联盟。推广应用、共建共享搭建了广阔平台，推动产教新型合作，加快产业化进程。

赵俊强团队也率先加入国家虚拟仿真实验教学创新联盟，与清华、北大等国内首家共同制定了《虚拟仿真实验教学课程建设与共享应用规范》一流大学，统一新标准。

目前数字孪生系统，河南省虚拟现实医学仿真院士工作站、河南省虚拟仿真实验教学中心、河南省医学VR工程技术研究中心相继落户新乡医学院。每一个新平台的创建，也为赵俊强团队开发和推广新成果应用提供了新契机。领队及成员获教育部立项4项虚拟现实协同育人项目，获各级教学成果奖17项，指导大学生完成国家级和省级竞赛项目，获奖总数位居全国国内顶尖大学。五、教育效果显着。

校政企齐心协力

浓缩虚拟仿真共建共享模型

随着科学技术的快速发展、新医学科学的建设和教育信息化2.0行动计划的不断推进，虚拟仿真相关概念及其在高等医学教育实践教学中的应用正在突飞猛进。和界限。

全国多所高校投入人力、物力、智力与其交流学习，开发建设了416个医学虚拟仿真实践教学资源。这些教学资源涉及与医学、科学和工程相关的课程。已在西南医科大学等100多所学校得到不同程度的应用，受益师生3万余人。

但是，在实验教学虚拟仿真系统的研发和应用实践中，仍然存在高校“单干”和“从零研发”的情况，不仅浪费人力物力，不利于标准的统一，也带来了推广应用的诸多问题。. 因此，高校需要团结起来虚拟仿真技术的特点，与政府和企业携手，汇聚滴水成河，聚砂成塔，形成共建共享的典范。赵俊强告诉记者：“在虚拟仿真系统的开发和推广中虚拟仿真技术的特点，

事实上，2021年，赵俊强团队将与中国医科大学、西南医科大学等高校、科技公司等多家单位合作，以400多个虚拟仿真资源为样本VR ，专注于其研发虚拟仿真技术的特点，推广实践和教学效果评价等环节 开展研究，通过多次讨论交流和科学统计分析，总结经验，发现问题，建设性改正，最终凝聚后台“金课”资源共建新医建共享模式研究”。该模式是国内首个政校企合作多维度共建虚拟仿真教学资源共享共建模式，为推动虚拟仿真教学资源共建共享提供了参考路径。

中国工程院院士赵钦平认为，该研究成果针对我国高等医学教育资源建设问题，提出了医学模拟教学资源建设的新理念，开创了“五in-one”共建医学虚拟仿真教学资源+”“一三六”共享新模式虚拟仿真技术的特点，对全国医学院校具有积极的借鉴价值和引领示范作用。

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