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虚拟仿真“金课”,虚拟仿真技术在各学科的应用

受新冠肺炎疫情影响,许多大学校园变得空空荡荡。但在天津大学机械工程实践教学中心,工程图学实验室里却是一番“人声鼎沸”的景象:100多名学生正依托虚拟仿真技术创新线上授课以及实验教学方式,“体验”着“工程图学”的实践大课。

 

该校机械学院“工程图学”授课教师徐健表示:“虚拟仿真技术给课堂带来了不可思议的变化。”因为虚拟仿真技术的使用让课程更有参与感,更能吸引学生参与,提高教学效率。

 

但在一流课程建设问题上,课程设计不能只关注引人入胜的效果,更重要的是互动和教学成效。

 

2018年11月,在中国大学教学论坛上,“什么是‘金课’”“建设五大‘金课’”引发教师探讨。五大“金课”包括虚拟仿真“金课”。建设虚拟仿真“金课”,主要是由于信息技术、智能技术与实验教学的深度融合能够帮助破解高校实验、实习和实训中的难题。

 

但是,建设虚拟仿真“金课”光靠花钱做效果远远不够。教育部在发布的《关于一流本科课程建设的实施意见》里,也提到“强化现代信息技术与教育教学深度融合,解决好教与学模式创新的问题,杜绝信息技术应用的简单化、形式化”。这意味着虚拟仿真“金课”的设计构思仍需高校破旧立新。

 

北京欧雷积极响应国家政策,加入到虚拟仿真“金课研发中来,也看到近几年各学科在VR中的应用,取得显著成效,对未来教育发展是很有帮助的,前景也非常可观。

 

如下是北京欧雷搜集的国内外的VR方面的一些案例:

 

生物:实验VR化

高等教育信息化协会专家曾预测,在两到三年内,各种沉浸现实技术将在高校遍地开花。北京欧雷公司预测,到2021年,60%的高校将会有意识地采用虚拟现实技术改善学习环境,提高真实感。不论院校规模大小,沉浸式技术都应出现在高等教育机构首席信息官制定的战略之中。

 

生物学学生换上白大褂、戴好手套开始当天的练习:帮篮球运动员检测血样中的血糖水平,用共聚焦显微镜帮农民找出农作物害病的原因——看上去这节实验课和普通大学生物实验没什么不同。这一切发生在北美一所著名公立研究型大学。该校利用虚拟仿真技术完成实验,学生戴着VR头盔和耳机,通过控制器环视实验室。


虚拟仿真“金课”,虚拟仿真技术在各学科的应用 

实验课包括不同场景,结合每个场景还设置了多选题,通过视觉化呈现学生表现,给予及时反馈。实验全过程可以实现“拉近”功能,在分子层面进行观察,还可以调节时间让实验加快或减慢速度。通过VR技术,学生可以一遍遍地重复实验,不受课程安排或时间限制,实现个性化学习。如果实验环节出错,软件就会给出提示。

 

生命科学学院教学设计经理艾米·佩特表示:“一些校园实验室座位不足,或者一年之内只用过一两次。VR化后,更多学生可以参与到实验中来。”

 

在实验课的研发方面,这所大学只选用一部分承包商提供的内容,课程的主要部分由生物系教授设计,使虚拟实验室根据教学需求进行定制,符合学校要求的教学实验标准。2018年夏天,佩特和承包商团队共同进行大量测试,全面检测技术效果并扫清小故障,确保实验内容覆盖学习目标。

 

VR技术对实验室的加持下,学校还打算设立第一个完全在线教学的生物学学位项目,利用VR技术辅助细胞与分子生物学、生态学、动物生理学课程教学。目前加拿大麦克马斯特大学的VR实验室也开门迎客,其VR实验室将让学生体验在实体实验室无法感受的场景,比如在分子层面观察和操控DNA。

 

护理:模拟高风险处置

你可能想象不到护理学对VR技术的应用,因为肌肉注射、除颤仪使用等技能仍需要大量真实训练才能掌握。但是一所大学的护理学院另辟蹊径,为学生打造临床实训的虚拟训练营。

 

在实习实训时,一些临床问题可能并不太经常出现,这就造成了护士应对不足,缺乏处置经验。护理学院的VR开发正是关注了这些痛点,帮助护士在VR 体验中积累经验值。

虚拟仿真“金课”,虚拟仿真技术在各学科的应用 

目前在技术测试阶段,护士可以戴上VR头盔进入“医院现场”。在目前设置的场景中,护士需要处置病人的多种突发状况,比如药物过敏的患者突然跑进诊室,因为过敏加重逐渐呼吸困难,或是被猫咬伤患者注射抗生素后出现过敏性休克,护理学学生需要在模拟诊疗时快速应对,有针对性地给予病人护理和急救。

 

大四护理学学生帕特丽夏认为VR技术带来的体验很真实,“感觉我真的置身其中,正在处理急诊案例……我必须调动所有知识和逻辑思维告诉自己先做什么才是最佳方案。”但在仿真中心主任艾琳·亚历山大看来,虚拟现实技术的价值有更深层意义。

 

模拟的危险情况和压力使学生感受真实,学生可以尝试多种处置方式,比较不同处置的效果。可是在现实中护士没有犯错的机会,遇到紧急情况时,处置失当可能会使患者付出生命的代价。所以北京欧雷是非常赞成这个观点的:“模拟仿真训练的价值是为学生提供了死亡风险很高的模拟情况,但不需要将患者置于危险境地。”


从以上不难看出,虚拟仿真技术正以不可阻挡的趋势快速发展,在国家政策的扶持下,各大院校已经争相加入到当中来,要知道讲授的内容看不见摸不到,学生难以有切身体会,需要通过技术加强学生感受和理解,或是受制于现实条件无法满足教学,只能通过技术形式赋予学生更好的学习机会。北京欧雷公司提醒正在着手进行虚拟现实课程建设的高校,VR的使用是为了让课程更有参与感,更吸引学生和提高教学效率。所以类似课程的建设不能只是让学生像看大片一样走马观花地看新鲜、看效果,更重要的是互动和教学成效。


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