■本期關(guān)注:虛擬仿真教學(xué)
編者按
虛擬仿真教學(xué)是信息化背景下出現(xiàn)的新教學(xué)模式,推動(dòng)了教學(xué)改革,提升了教育質(zhì)量。虛擬仿真教學(xué)資源有哪些特點(diǎn)?如何開發(fā)?如何助力教師教學(xué)創(chuàng)新?本期??l(fā)記者采訪報(bào)道,并邀請(qǐng)專家就上述問題進(jìn)行研討。
近10個(gè)月,訪問量過2.3萬人次,實(shí)驗(yàn)人次過0.5萬,評(píng)價(jià)2200多條……新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院副教授趙俊強(qiáng)打開國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程共享平臺(tái)網(wǎng)頁(yè),向記者展示了他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“植入式心臟起搏器構(gòu)造及工作原理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”教學(xué)系統(tǒng)的使用和評(píng)價(jià)情況?!爸踩胧叫呐K起搏器價(jià)格昂貴,在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中一次毀壞性教學(xué)成本太高,目前國(guó)內(nèi)還沒有高校購(gòu)買實(shí)物開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。我們團(tuán)隊(duì)研發(fā)的這項(xiàng)系統(tǒng)能夠有效解決這個(gè)堵點(diǎn)問題,也填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)心臟起搏器虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)的空白?!壁w俊強(qiáng)說。
2022年4月,河南省高等教育教學(xué)成果獎(jiǎng)揭曉,趙俊強(qiáng)主持的“新醫(yī)科建設(shè)背景下虛擬仿真‘金課’資源共建共享模式研究”獲特等獎(jiǎng),而“植入式心臟起搏器構(gòu)造及工作原理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”教學(xué)系統(tǒng)便是在這一共建共享模式指導(dǎo)下產(chǎn)生的應(yīng)用成果之一。
校企聯(lián)合研發(fā)
解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)“堵點(diǎn)”問題
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,由于時(shí)間固定、空間受限、資源不足等問題,大量醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)“做不了”“做不好”“做不上”,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠以真實(shí)的體驗(yàn)有效解決這一問題。
早在2018年,趙俊強(qiáng)團(tuán)隊(duì)就開始嘗試心臟、關(guān)節(jié)等虛擬仿真的建模工作。隨著新醫(yī)科、新工科融合發(fā)展的建設(shè)要求,團(tuán)隊(duì)圍繞服務(wù)醫(yī)學(xué)專業(yè)和醫(yī)學(xué)工程專業(yè)教學(xué)工作的目標(biāo),投入大量精力到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)研發(fā)中去。虛擬仿真資源建設(shè)的核心和難點(diǎn)在于研發(fā),同時(shí)需要虛擬仿真技術(shù)團(tuán)隊(duì)、課程專業(yè)師資隊(duì)伍以及大量資金支持等。趙俊強(qiáng)團(tuán)隊(duì)將思路轉(zhuǎn)移到“校企聯(lián)合研發(fā)”上,與一家實(shí)力雄厚的虛擬仿真技術(shù)單位聯(lián)手進(jìn)行系統(tǒng)研發(fā)工作。
“醫(yī)學(xué)儀器原理”是生物醫(yī)學(xué)工程本科專業(yè)的核心課程,趙俊強(qiáng)團(tuán)隊(duì)貢獻(xiàn)心臟解剖圖、起搏器電路圖等,以及醫(yī)學(xué)和工學(xué)相關(guān)專業(yè)理念和設(shè)計(jì),基于CDIO工程教育模式設(shè)計(jì)出豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)路徑;由技術(shù)公司將理念和設(shè)計(jì)采用UE4虛擬引擎+Web3D等技術(shù),1:1模擬當(dāng)前先進(jìn)的單腔和雙腔心臟起搏器,將抽象的電路用動(dòng)畫呈現(xiàn)、將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)用3D模型呈現(xiàn),清晰地展示其內(nèi)部構(gòu)造和工作原理,并設(shè)計(jì)了操作積分環(huán)節(jié)、游戲通關(guān)環(huán)節(jié)讓實(shí)驗(yàn)更加生動(dòng)有趣。經(jīng)過2年的研發(fā)和試應(yīng)用工作,終于完成了“植入式心臟起搏器構(gòu)造及工作原理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”這一虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。
這一系統(tǒng)包括在線實(shí)訓(xùn)和考核兩個(gè)環(huán)節(jié),分為系統(tǒng)認(rèn)知、數(shù)據(jù)制作、模型構(gòu)建、模型訓(xùn)練和模型驗(yàn)證五大模塊,每一模塊又分為若干實(shí)驗(yàn)操作,模塊之間有機(jī)銜接、功能遞進(jìn)又可形成閉環(huán)反饋;系統(tǒng)提供手機(jī)端和電腦端,在應(yīng)用中可以有效輔助人體心臟解剖、心臟手術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)等相結(jié)合,充分體現(xiàn)了高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度,為臨床醫(yī)學(xué)及醫(yī)工類的學(xué)生提供了便捷的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)。
目前,該教學(xué)系統(tǒng),在新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院、西南醫(yī)科大學(xué)、廣西開放大學(xué)、河南工學(xué)院等院校投入使用。“我們連續(xù)兩年用這一虛擬仿真系統(tǒng)開展教學(xué),不僅受到學(xué)生的歡迎,也解決了實(shí)驗(yàn)‘做不了’的困擾。”新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教師秦鑫說。西南醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)信息與工程學(xué)院在教學(xué)中使用這個(gè)系統(tǒng),提高了教學(xué)效果,促進(jìn)了教學(xué)形式的創(chuàng)新。
建教產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟
推廣虛擬仿真教學(xué)應(yīng)用
“實(shí)驗(yàn)教學(xué)虛擬仿真系統(tǒng)的開發(fā)成本投入非常高,而在疫情防控之下,網(wǎng)上教學(xué)新常態(tài)的背景下,這一研發(fā)領(lǐng)域的現(xiàn)實(shí)需求非常大。只有更多的高校和企業(yè)加入到研發(fā)和使用中來,形成聯(lián)盟、加速產(chǎn)業(yè)化,才能夠全面盤活這一研發(fā)和建設(shè)工作。”趙俊強(qiáng)說。
幾年前,虛擬仿真還僅是一個(gè)概念,很多教師由于不了解而不容易接受和深度參與其中。趙俊強(qiáng)團(tuán)隊(duì)和國(guó)內(nèi)多股虛擬仿真建設(shè)力量攜手,從推廣理念做起,鋪開了“大棋盤”。自2018年起,團(tuán)隊(duì)參與舉辦了線上線下全國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)培訓(xùn)班與研討工作坊16場(chǎng),近2萬名教師參與學(xué)習(xí)。團(tuán)隊(duì)還聘請(qǐng)中科院院士10余人、教育信息化和醫(yī)學(xué)教育專家50余人為河南相關(guān)領(lǐng)域教師、管理人員與學(xué)生開展講座近200場(chǎng);2019年起主要參與籌備舉辦三屆全國(guó)大學(xué)生智能技術(shù)應(yīng)用大賽,參賽師生5000余人……積極在全國(guó)高校師生中推廣信息技術(shù)融合智慧教育和虛擬仿真教學(xué)資源共享共建新理念、新技術(shù)。
隨后,趙俊強(qiáng)團(tuán)隊(duì)代表新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院主要參與并聯(lián)合北京大學(xué)等216家單位成立高等學(xué)校智能醫(yī)學(xué)教產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟,組織86家單位成立河南省醫(yī)學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟,為新成果和資源的推廣應(yīng)用、共建共享搭建了寬廣平臺(tái),促進(jìn)產(chǎn)教新合作、加速產(chǎn)業(yè)化。
趙俊強(qiáng)團(tuán)隊(duì)還首批加入全國(guó)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新聯(lián)盟,與清華大學(xué)、北京大學(xué)等國(guó)內(nèi)一流高校共同制定《虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程建設(shè)與共享應(yīng)用規(guī)范》,統(tǒng)一了新標(biāo)準(zhǔn)。
目前,河南省虛擬現(xiàn)實(shí)醫(yī)學(xué)仿真院士工作站、河南省虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、河南省醫(yī)學(xué)VR工程技術(shù)研究中心先后落戶新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院。一個(gè)個(gè)新平臺(tái)的打造,也為趙俊強(qiáng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)和推廣應(yīng)用新成果提供了新契機(jī)。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人及成員獲批教育部虛擬現(xiàn)實(shí)協(xié)同育人項(xiàng)目4項(xiàng),獲得各級(jí)各類教學(xué)成果獎(jiǎng)項(xiàng)17項(xiàng),指導(dǎo)大學(xué)生完成國(guó)家級(jí)和省級(jí)競(jìng)賽項(xiàng)目及獲獎(jiǎng)總數(shù)在全國(guó)參賽高校中位居前五名,育人成效顯著。
校政企攜手
凝練虛擬仿真共建共享模式
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,新醫(yī)科建設(shè)和教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃的不斷推進(jìn),虛擬仿真相關(guān)理念及其在教學(xué)在高等醫(yī)學(xué)教育實(shí)踐中的應(yīng)用以一日千里的速度突飛猛進(jìn)。
全國(guó)多所高校投入人力、物力和智力在交流借鑒中,研發(fā)建設(shè)了醫(yī)學(xué)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)資源416個(gè),這些教學(xué)資源涉及醫(yī)科、理科及工科類相關(guān)課程。在西南醫(yī)科大學(xué)等100多所學(xué)校得到了不同程度的應(yīng)用,受益師生達(dá)3萬多人。
然而,實(shí)驗(yàn)教學(xué)虛擬仿真系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐中,仍存在高?!皢未颡?dú)斗”“從頭研發(fā)”的情況,不僅浪費(fèi)人力物力,不利于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),還帶來了推廣應(yīng)用的諸多問題。因此,各高校需聯(lián)合起來,攜手政府、企業(yè),集滴水而成河、聚沙礫而成塔,形成一種共建共享模式。趙俊強(qiáng)告訴記者:“在虛擬仿真系統(tǒng)的研發(fā)和推廣工作中,從實(shí)踐中總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)并形成研發(fā)模式,比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)研發(fā)更重要?!?/P>
其實(shí),2021年,趙俊強(qiáng)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)醫(yī)科大學(xué)、西南醫(yī)科大學(xué)等高校、技術(shù)公司等多家單位,以400多個(gè)虛擬仿真資源為樣本,針對(duì)其研發(fā)、推廣實(shí)踐和教學(xué)效果評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)進(jìn)行研究,通過多次研討交流和科學(xué)的統(tǒng)計(jì)分析,總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、查找問題并針對(duì)問題進(jìn)行建設(shè)性的修正,最終凝練出了“新醫(yī)科建設(shè)背景下虛擬仿真‘金課’資源共建共享模式研究”。而這一模式是國(guó)內(nèi)第一個(gè)政校企合作、多維共建的虛擬仿真教學(xué)資源共享共建模式,為虛擬仿真教學(xué)資源共建共享的推廣提供了可參考的路徑。
中國(guó)工程院院士趙沁平認(rèn)為,研究成果針對(duì)我國(guó)高等醫(yī)學(xué)教育虛擬仿真資源建設(shè)難題,提出了醫(yī)學(xué)仿真教學(xué)資源建設(shè)新理念,首創(chuàng)醫(yī)學(xué)虛擬仿真教學(xué)資源 “五位一體”共建+“一三六”共享新模式,該模式對(duì)全國(guó)醫(yī)科高校具有積極的借鑒價(jià)值和引領(lǐng)示范作用。
《中國(guó)教育報(bào)》2022年10月25日第4版
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