■本期关注：虚拟仿真教学

    编者按

    虚拟仿真教学是信息化背景下出现的新教学模式，推动了教学改革，提升了教育质量。虚拟仿真教学资源有哪些特点？如何开发？如何助力教师教学创新？本期专刊刊发记者采访报道，并邀请专家就上述问题进行研讨。

    近10个月，访问量过2.3万人次，实验人次过0.5万，评价2200多条……新乡医学院副教授赵俊强打开国家虚拟仿真实验教学课程共享平台网页，向记者展示了他带领团队研发的“植入式心脏起搏器构造及工作原理虚拟仿真实验”教学系统的使用和评价情况。“植入式心脏起搏器价格昂贵，在教学实验中一次毁坏性教学成本太高，目前国内还没有高校购买实物开展实验教学。我们团队研发的这项系统能够有效解决这个堵点问题，也填补了国内心脏起搏器虚拟仿真教学实验的空白。”赵俊强说。

    2022年4月，河南省高等教育教学成果奖揭晓，赵俊强主持的“新医科建设背景下虚拟仿真‘金课’资源共建共享模式研究”获特等奖，而“植入式心脏起搏器构造及工作原理虚拟仿真实验”教学系统便是在这一共建共享模式指导下产生的应用成果之一。

    校企联合研发

    解决实验教学“堵点”问题

    在实验教学中，由于时间固定、空间受限、资源不足等问题，大量医学实验“做不了”“做不好”“做不上”，虚拟仿真实验教学能够以真实的体验有效解决这一问题。

    早在2018年，赵俊强团队就开始尝试心脏、关节等虚拟仿真的建模工作。随着新医科、新工科融合发展的建设要求，团队围绕服务医学专业和医学工程专业教学工作的目标，投入大量精力到虚拟仿真实验教学系统研发中去。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、课程专业师资队伍以及大量资金支持等。赵俊强团队将思路转移到“校企联合研发”上，与一家实力雄厚的虚拟仿真技术单位联手进行系统研发工作。

    “医学仪器原理”是生物医学工程本科专业的核心课程，赵俊强团队贡献心脏解剖图、起搏器电路图等，以及医学和工学相关专业理念和设计，基于CDIO工程教育模式设计出丰富的实验内容、精准的实验路径；由技术公司将理念和设计采用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，将抽象的电路用动画呈现、将复杂的结构用3D模型呈现，清晰地展示其内部构造和工作原理，并设计了操作积分环节、游戏通关环节让实验更加生动有趣。经过2年的研发和试应用工作，终于完成了“植入式心脏起搏器构造及工作原理虚拟仿真实验”这一虚拟仿真实验教学系统。

    这一系统包括在线实训和考核两个环节，分为系统认知、数据制作、模型构建、模型训练和模型验证五大模块，每一模块又分为若干实验操作，模块之间有机衔接、功能递进又可形成闭环反馈；系统提供手机端和电脑端，在应用中可以有效辅助人体心脏解剖、心脏手术实验教学等相结合，充分体现了高阶性、创新性、挑战度，为临床医学及医工类的学生提供了便捷的实验机会。

    目前，该教学系统，在新乡医学院、西南医科大学、广西开放大学、河南工学院等院校投入使用。“我们连续两年用这一虚拟仿真系统开展教学，不仅受到学生的欢迎，也解决了实验‘做不了’的困扰。”新乡医学院医学工程学院教师秦鑫说。西南医科大学医学信息与工程学院在教学中使用这个系统，提高了教学效果，促进了教学形式的创新。

    建教产学研联盟

    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投入非常高，而在疫情防控之下，网上教学新常态的背景下，这一研发领域的现实需求非常大。只有更多的高校和企业加入到研发和使用中来，形成联盟、加速产业化，才能够全面盘活这一研发和建设工作。”赵俊强说。

    几年前，虚拟仿真还仅是一个概念，很多教师由于不了解而不容易接受和深度参与其中。赵俊强团队和国内多股虚拟仿真建设力量携手，从推广理念做起，铺开了“大棋盘”。自2018年起，团队参与举办了线上线下全国虚拟现实与增强现实技术培训班与研讨工作坊16场，近2万名教师参与学习。团队还聘请中科院院士10余人、教育信息化和医学教育专家50余人为河南相关领域教师、管理人员与学生开展讲座近200场；2019年起主要参与筹备举办三届全国大学生智能技术应用大赛，参赛师生5000余人……积极在全国高校师生中推广信息技术融合智慧教育和虚拟仿真教学资源共享共建新理念、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家单位成立高等学校智能医学教产学研联盟，组织86家单位成立河南省医学虚拟现实产业技术创新战略联盟，为新成果和资源的推广应用、共建共享搭建了宽广平台，促进产教新合作、加速产业化。

    赵俊强团队还首批加入全国虚拟仿真实验教学创新联盟，与清华大学、北京大学等国内一流高校共同制定《虚拟仿真实验教学课程建设与共享应用规范》，统一了新标准。

    目前，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工程技术研究中心先后落户新乡医学院。一个个新平台的打造，也为赵俊强团队研发和推广应用新成果提供了新契机。团队负责人及成员获批教育部虚拟现实协同育人项目4项，获得各级各类教学成果奖项17项，指导大学生完成国家级和省级竞赛项目及获奖总数在全国参赛高校中位居前五名，育人成效显著。

    校政企携手

    凝练虚拟仿真共建共享模式

    随着科学技术的飞速发展，新医科建设和教育信息化2.0行动计划的不断推进，虚拟仿真相关理念及其在教学在高等医学教育实践中的应用以一日千里的速度突飞猛进。

    全国多所高校投入人力、物力和智力在交流借鉴中，研发建设了医学虚拟仿真实践教学资源416个，这些教学资源涉及医科、理科及工科类相关课程。在西南医科大学等100多所学校得到了不同程度的应用，受益师生达3万多人。

    然而，实验教学虚拟仿真系统研发与应用实践中，仍存在高校“单打独斗”“从头研发”的情况，不仅浪费人力物力，不利于统一标准，还带来了推广应用的诸多问题。因此，各高校需联合起来，携手政府、企业，集滴水而成河、聚沙砾而成塔，形成一种共建共享模式。赵俊强告诉记者：“在虚拟仿真系统的研发和推广工作中，从实践中总结出经验并形成研发模式，比进行实验教学系统研发更重要。”

    其实，2021年，赵俊强团队联合中国医科大学、西南医科大学等高校、技术公司等多家单位，以400多个虚拟仿真资源为样本，针对其研发、推广实践和教学效果评价等环节进行研究，通过多次研讨交流和科学的统计分析，总结经验、查找问题并针对问题进行建设性的修正，最终凝练出了“新医科建设背景下虚拟仿真‘金课’资源共建共享模式研究”。而这一模式是国内第一个政校企合作、多维共建的虚拟仿真教学资源共享共建模式，为虚拟仿真教学资源共建共享的推广提供了可参考的路径。

    中国工程院院士赵沁平认为，研究成果针对我国高等医学教育虚拟仿真资源建设难题，提出了医学仿真教学资源建设新理念，首创医学虚拟仿真教学资源 “五位一体”共建+“一三六”共享新模式，该模式对全国医科高校具有积极的借鉴价值和引领示范作用。