智慧教學(xué)建設(shè)方案2023/02/25高校醫(yī)學(xué)專業(yè)項目建設(shè)背景虛擬仿真技術(shù)是以包括人工智能技術(shù)在內(nèi)的多種高新技術(shù)為支撐的集成創(chuàng)新技術(shù)，是以仿真的方式給用戶創(chuàng)造一個實時反映實體對象變化和相互作用的三維虛擬世界。能夠創(chuàng)建與現(xiàn)實社會類似的環(huán)境，更容易地解決學(xué)習(xí)媒體的情景化及自然交互性的要求，其形式新穎、內(nèi)容豐富，可突破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，實現(xiàn)真正的情境式教學(xué)，從而大幅提高學(xué)習(xí)成效。我司以虛擬仿真技術(shù)為核心，通過專業(yè)精準(zhǔn)的虛擬仿真交互三維內(nèi)容，在數(shù)字的世界里重現(xiàn)醫(yī)學(xué)場景和過程，讓學(xué)生能沉浸其中，形成具有交互效能多維化的信息環(huán)境。項目建設(shè)依據(jù)時間政策發(fā)布機構(gòu)摘要2016.7《十三五國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》國務(wù)院基本形成虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實技術(shù)在顯示、交互、內(nèi)容、接口等方面的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。在工業(yè)、醫(yī)療、文化、娛樂等行業(yè)實現(xiàn)專業(yè)化和大眾化的示范應(yīng)用，培育虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)。2017.1《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》國務(wù)院支持各級各類學(xué)校建設(shè)智慧校園，綜合利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實技術(shù)探索未來教育教學(xué)新模式。2017.5《“十三五”醫(yī)療器械科技創(chuàng)新專項規(guī)劃》科技部重點開展面向臟器、病灶、神經(jīng)及血管的實時交互的虛擬手術(shù)模擬仿真和醫(yī)學(xué)物理等基礎(chǔ)研究，加快發(fā)展虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、定位導(dǎo)航等前沿技術(shù)。2018.9《關(guān)于發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟穩(wěn)定并擴大就業(yè)的指導(dǎo)意見》發(fā)改委創(chuàng)新人才培養(yǎng)培訓(xùn)方式，積極采用移動技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實、人機互動等教學(xué)華教學(xué)培訓(xùn)手段。2021.1《支持康復(fù)輔助器具產(chǎn)業(yè)國家綜合創(chuàng)新試點工作政策措施清單》發(fā)改委支持試點地區(qū)的高等學(xué)校、科研院所開展生物醫(yī)用材料、仿生學(xué)、機器人、虛擬現(xiàn)實、人工智能、康復(fù)醫(yī)學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和科學(xué)前沿探索2022.1《教育部等部門“十四五”特殊教育發(fā)展提升行動計劃》國務(wù)院鼓勵充分應(yīng)用VR、人工智能等新技術(shù)推進特殊教育智慧校園課堂建設(shè)我國已將虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)發(fā)展上升到國家高度，列入“十三五”信息化規(guī)劃、中國制造2025、互聯(lián)網(wǎng)+等多項國家重大文件中，國務(wù)院、工信部、發(fā)改委、科技部、文化部、各級各地政府均出臺相關(guān)政策，積極推動虛擬現(xiàn)實技術(shù)與教育產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展。項目建設(shè)需求在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域，學(xué)生見習(xí)和實習(xí)復(fù)雜手術(shù)的機會是有限的醫(yī)學(xué)教育注重的是直觀、形象、生動，傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)教學(xué)往往不夠生動，難以具體化，難以直接展示人體的結(jié)構(gòu)，疾病發(fā)生及發(fā)展過程等教學(xué)內(nèi)容，同時又存在著醫(yī)學(xué)教學(xué)成本大，不可重復(fù)執(zhí)行的問題，這些弊端對學(xué)生更好的掌握醫(yī)學(xué)知識極為不利。虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教學(xué)中的教學(xué)模式意義重大，改善了原有醫(yī)學(xué)教學(xué)模式中存在的這些問題，該教學(xué)模式不僅調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且將抽象的內(nèi)容具體化、形象化，給學(xué)生留下深刻的記憶，也給教師在教學(xué)中提供方便，從而達到提高教學(xué)水平和科研水平的目的。教學(xué)效果課堂實驗設(shè)備操作教學(xué)成本實驗內(nèi)容，不可逆不能反復(fù)設(shè)備數(shù)量有限，設(shè)備種類不全微觀現(xiàn)象難觀察，教學(xué)成果難衡量教學(xué)耗材昂貴，建設(shè)投入較高建設(shè)思路

醫(yī)院實踐虛擬實操理論學(xué)習(xí)校院結(jié)合人體結(jié)構(gòu)認(rèn)識解剖實驗學(xué)習(xí)手術(shù)器械認(rèn)識云上課堂教學(xué)反饋虛擬人系統(tǒng)器官病態(tài)變化過程模擬疾病模擬高清手術(shù)示教遠程跟隨查房臨床場景化教學(xué)+虛擬實驗國內(nèi)外經(jīng)典案例重現(xiàn)項目建設(shè)成效01020304變革傳統(tǒng)實訓(xùn)方式豐富課堂教學(xué)內(nèi)容提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果節(jié)約有限教育成本突破傳統(tǒng)教學(xué)方式局限，同學(xué)根據(jù)自己的學(xué)習(xí)特點，自由選擇適合的學(xué)習(xí)內(nèi)容；使學(xué)生在具體情境中通過主動探索獲得知識，增強學(xué)習(xí)體驗，加強學(xué)習(xí)效果；虛擬環(huán)境擴展了實訓(xùn)時間和內(nèi)容，減少了實際耗材及實訓(xùn)環(huán)節(jié)中的危險性；將技能訓(xùn)練搬到課堂中進行，學(xué)生可以反復(fù)練習(xí)；虛擬現(xiàn)實技術(shù)還可演示抽象的、不易直接觀察的現(xiàn)象，全方位多角度地展示教學(xué)內(nèi)容；利讓學(xué)生在虛擬情景中模擬操作，極大豐富課堂的教學(xué)內(nèi)容；虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有沉浸性、交互性、感知性，操作者能夠進行友好人機交互，真實感受互動的實驗過程，身臨其境地進行操作，滿足學(xué)生全方位實訓(xùn)需求；為學(xué)生開創(chuàng)沉浸式學(xué)習(xí)情景，調(diào)動學(xué)生積極性；為教師提供嶄新的教學(xué)手段、豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，提升教學(xué)效果；大多數(shù)課程可以在虛擬實訓(xùn)室中進行，從而不必購置昂貴的實訓(xùn)設(shè)備，解決在教學(xué)中因為設(shè)備、場地、經(jīng)費等方面的原因而無法進行的教學(xué)實訓(xùn)；避免實訓(xùn)設(shè)備的損壞、實驗材料的消耗等問題，有效節(jié)約教育成本；縮短學(xué)生從校園實踐到醫(yī)院臨床診療的成長時間；1.0

虛實結(jié)合人體實驗教學(xué)2.0

疾病模擬教學(xué)3.0

類臨床環(huán)境教學(xué)4.0遠程智慧醫(yī)教協(xié)同教學(xué)人體、內(nèi)臟數(shù)字可視化展示在虛擬世界建立人體模型，直觀了解人體內(nèi)部各個器官結(jié)構(gòu)虛擬人體模型可支持360°觀察人體及重要內(nèi)臟器官，跟隨手勢任意放大縮小，學(xué)生可以在不同視角下查看微觀結(jié)構(gòu);通過簡單的手勢操作，可以實現(xiàn)人體器官分離，如圖一所示，骨骼、內(nèi)臟、血管、肌肉等都可單獨現(xiàn)實，相比傳統(tǒng)教學(xué)過程，給血汗俄國形成更直觀生動的教學(xué)展示；為了更好了解各個器官的運行機制和關(guān)聯(lián)性，支持切片及剖面展示，學(xué)生可通過手勢將肌肉等組織進行剝離觀察；虛擬相機拍照留存，學(xué)生可保留作為電子筆記，反復(fù)復(fù)習(xí)；智能語音提示，即便老師不在身邊，學(xué)生也可根據(jù)語音和文字提示學(xué)習(xí)；教師端可將虛擬場景投射至教室大屏幕，學(xué)生無需佩戴頭顯也可觀看3D效果，緊跟老師講解思路；虛擬仿真實驗系統(tǒng)常見手術(shù)器械使用方法及使用場景學(xué)習(xí)常見解剖器械的使用方法講解，包括手術(shù)刀柄、手術(shù)刀片、無齒鑷、有齒鑷、手術(shù)拉鉤、直手術(shù)剪、彎手術(shù)剪、卵園鉗、咬骨鉗、醫(yī)用手套等；手術(shù)器械使用場景演練，搭建虛擬手術(shù)室場景，讓學(xué)生更直觀了解該工具的用途及使用技巧；學(xué)習(xí)者在虛擬的環(huán)境中可以自由地選擇、觀察、移動虛擬對象，并且虛擬的組織器官還能及時給予學(xué)習(xí)者感官上的反饋，這樣就更容易理解和掌握解剖結(jié)構(gòu)。手術(shù)器械使用場景第一步：器械認(rèn)識第二步：應(yīng)用場景第三步：實操練習(xí)第四步：課程考核虛擬仿真實驗系統(tǒng)打破客觀條件限制，隨時隨地進行解剖學(xué)、生理學(xué)、病理學(xué)等實驗教學(xué)在教學(xué)過程中，學(xué)生接觸真實手術(shù)病例或場景的機會是不多的，但在VR系統(tǒng)中卻可以反復(fù)實踐練習(xí)不同的操作，虛擬仿真實驗系統(tǒng)的搭建，能將復(fù)雜、危險系數(shù)高又難以真實演練的實驗過程進行數(shù)字化復(fù)刻，供學(xué)生反復(fù)練習(xí)，這對醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域有著非常重要的現(xiàn)實意義。如解剖實驗，解剖學(xué)是最基礎(chǔ)的醫(yī)學(xué)課程，關(guān)系到各個學(xué)科的學(xué)習(xí)效果，但解剖素材卻不那么容易得到。虛擬解剖實驗會在過程中提示，讓學(xué)生明白，每一刀下去是為了暴露什么結(jié)構(gòu)，從而在面臨真正的生物實驗體時可以做到心中有數(shù)，有的放矢。老師可以根據(jù)每節(jié)課的內(nèi)容不同，把相關(guān)的臟器單獨拎出來放大，并用解剖的形式為學(xué)生講解器官的運行機制。第一步：結(jié)構(gòu)認(rèn)識第二步：解剖練習(xí)第三步：手術(shù)練習(xí)第四步：課程考核實時血管成像實時血管成像，皮下血管系統(tǒng)一目了然通過智能醫(yī)學(xué)眼鏡（Eye-on智能醫(yī)學(xué)眼鏡，“實時血管成像的可穿戴系統(tǒng)”）讓學(xué)生可以直接透過病患的皮膚看到皮下的血管系統(tǒng)，學(xué)生通過反復(fù)的練習(xí)，在不久的將來給病人進行肌肉注射和靜脈注射時，注射位置可以更準(zhǔn)確，漏針的可能性也會減小，可大大減小病人的痛苦。多終端云上虛擬仿真實驗，線上考核高效便捷教師端可在線上對學(xué)生成績做出評定為學(xué)生學(xué)習(xí)虛擬仿真實驗資源使用，學(xué)生可以使用VR設(shè)備進行VR版本的虛擬仿真實驗學(xué)習(xí)，也可以使用手機電腦等設(shè)備進行普通的虛擬仿真實驗學(xué)習(xí)。將傳統(tǒng)的虛擬仿真實驗布置在云計算平臺，推流方式的應(yīng)用對用戶設(shè)備沒有性能要求，學(xué)生使用可以瀏覽網(wǎng)頁的設(shè)備（手機、平板、電腦、智能白板、多媒體教室設(shè)備等）就可以進行虛擬仿真實驗。虛擬仿真實驗可以進行評分，支持虛擬仿真實驗成績考核。2.0

疾病模擬教學(xué)3.0

類臨床環(huán)境教學(xué)4.0遠程智慧醫(yī)教協(xié)同教學(xué)1.0

虛實結(jié)合人體實驗教學(xué)虛擬人系統(tǒng)虛擬人系統(tǒng)，可模擬疾病表征狀態(tài)及病態(tài)變化模擬真實人類疾病反應(yīng)

，虛擬病人呈現(xiàn)出不同的病痛反應(yīng)，如腹痛、抽搐、嘔吐等癥狀，讓學(xué)生根據(jù)表征判斷該病人可能對應(yīng)的疾病；因疾病帶來的身體指標(biāo)變化也可在該系統(tǒng)得到體現(xiàn)，讓學(xué)生對疾病發(fā)展和指數(shù)變化之間的關(guān)系有更明確的認(rèn)識；人體穴位展現(xiàn)，刺激某個穴位可帶來什么樣的健康收益一目了然疾病表征模擬健康指標(biāo)變化人體穴位展示以案例為基礎(chǔ)的各學(xué)科系統(tǒng)疾病診斷與治療器官疾病狀態(tài)模擬，疾病診療方法隨意試錯嘗試將人體的各個器官建立VR模型，從健康狀態(tài)到各疾病典型狀態(tài)一一呈現(xiàn)。以心血管、呼吸、腎臟、消化、內(nèi)分泌、生殖、神經(jīng)、精神、運動醫(yī)學(xué)等器官系統(tǒng)的疾病診斷和治療為課程核心，建設(shè)全程高清、多維度展示疾病診斷和治療過程的疾病模擬教學(xué)。將人體各器官的解剖、生理學(xué)、病理學(xué)的數(shù)學(xué)模型存在數(shù)據(jù)庫中，通過不同疾病器官狀態(tài)的呈現(xiàn)，學(xué)生可以將病人的各種病變部位分開或合在一起觀察病變情況，并根據(jù)理論學(xué)習(xí)知識給出診療方案。練習(xí)結(jié)束后，系統(tǒng)會給出正確診療方案及診療思路，供學(xué)生對比學(xué)習(xí)。第一步：器官病變過程認(rèn)知第三步：模擬診療練習(xí)第二步：病理理論學(xué)習(xí)第四步：診療方案擬定提交第五步：系統(tǒng)判定及反饋學(xué)習(xí)各學(xué)科系統(tǒng)疾病診斷與治療案例引入概念解釋病因羅列發(fā)病機理治療手段診療原理模擬診療鏈路以具體病例引入——導(dǎo)出相關(guān)概念解釋——可能病因羅列——發(fā)病機理闡釋——該疾病可能引起的病變——該疾病可能引起的復(fù)合病變——常見診治手法講解——診療原理詳解——學(xué)生端隨機疾病診療方案擬定——系統(tǒng)判定并給出指導(dǎo)答案指導(dǎo)答案系統(tǒng)判定診療方案擬定教師端學(xué)生端各學(xué)科系統(tǒng)疾病診斷與治療例1：心血管疾病VR模擬診療——動脈粥樣硬化以具體病例引入——導(dǎo)出相關(guān)概念解釋——可能病因羅列——發(fā)病機理闡釋——該疾病可能引起的病變——該疾病可能引起的復(fù)合病變——重要器官的動脈粥樣硬化——每種動脈粥樣硬化的常見診治手法講解——診療原理詳解——學(xué)生端隨機疾病診療方案擬定——系統(tǒng)判定并給出指導(dǎo)答案各學(xué)科系統(tǒng)疾病診斷與治療例1：內(nèi)分泌疾病VR模擬診療——痛風(fēng)痛風(fēng)的病癥展示——痛風(fēng)相關(guān)概念解釋——可能病因羅列——發(fā)病機理闡釋——該疾病可能引起的病變——該疾病可能引起的復(fù)合病變——身體指標(biāo)調(diào)整給痛風(fēng)帶來的影響——常見診治手法講解——診療原理詳解——學(xué)生端隨機疾病診療方案擬定——系統(tǒng)判定并給出指導(dǎo)答案各學(xué)科系統(tǒng)疾病診斷與治療例1：眼科疾病VR模擬診療——近視手術(shù)近視病癥展示——近視概念解釋——近視種類羅列——眼球變化過程展示——不同度數(shù)近視患者所看到的世界模擬——發(fā)病機理闡釋——常見診治手法講解——手術(shù)原理詳解——近視手術(shù)虛擬練習(xí)——系統(tǒng)引導(dǎo)及判定3.0

類臨床環(huán)境教學(xué)4.0遠程智慧醫(yī)教協(xié)同教學(xué)2.0

疾病模擬教學(xué)1.0

虛實結(jié)合人體實驗教學(xué)類臨床環(huán)境教學(xué)高度模擬臨床實踐，建設(shè)場景化教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生臨床思維能力通過引入VR技術(shù)到臨床醫(yī)療教學(xué)，打造出沉浸式教學(xué)環(huán)境，將枯燥的醫(yī)療臨床操作流程、理論知識進行具象化操作，讓學(xué)員通過‘虛擬手術(shù)’訓(xùn)練出‘真操作’，不斷熟悉要點和難點，加深印象。虛擬病人，真實病例，場景化的教學(xué)手法通過虛擬現(xiàn)實等交互技術(shù)，高度模擬臨床實踐，建設(shè)場景化教學(xué)、沉浸式學(xué)習(xí)、醫(yī)患互動式類臨床環(huán)境，包括：臨床應(yīng)急處置、臨床操作教學(xué)、臨床手術(shù)模擬。系統(tǒng)引導(dǎo)演練：引導(dǎo)學(xué)生嚴(yán)格遵照手術(shù)步驟進行理論答題和術(shù)前準(zhǔn)備操作，操作過程中，系統(tǒng)將會提供指示符號來指導(dǎo)學(xué)員如何進行標(biāo)準(zhǔn)化操作，使得學(xué)員在沒有導(dǎo)師在場的情況，也可以自主地學(xué)習(xí)，緩解臨床帶教老師的帶教壓力。教師實操演練：教師可以在虛擬臨床教學(xué)中演示不同策略的手術(shù)流程，教授學(xué)生應(yīng)對各種突發(fā)情況、避免手術(shù)失誤、降低手術(shù)風(fēng)險、減少病人損傷、提高手術(shù)成功率，而且同時還節(jié)約了教育資源，具有零風(fēng)險、可反復(fù)操作等優(yōu)勢，學(xué)生可利用它完成手術(shù)的各個操作步驟，并對操作的過程和結(jié)果進行分析和總結(jié)，達到更多地積累臨床實踐技巧和經(jīng)驗的目的。模擬真實手術(shù)環(huán)境下多人協(xié)同練習(xí)多人協(xié)同手術(shù)練習(xí)，模擬真實手術(shù)分工一臺真實的手術(shù)往往需要4位及以上的醫(yī)護人員共同完成，包括主刀醫(yī)生，器械護士，巡回護士，麻醉師等。多人協(xié)同的手術(shù)練習(xí)方式，不僅讓學(xué)習(xí)過程更加印象深刻，同時能讓同學(xué)們彼此互相學(xué)習(xí)和提醒，從他人的操作中反思進步。多人手術(shù)練習(xí)過程中系統(tǒng)會給出語音及文字引導(dǎo)，提示在該環(huán)節(jié)中的正確操作方法及底層邏輯，讓學(xué)生知其然，更知其所以然；不同手術(shù)角色的體驗也能讓學(xué)生對該手術(shù)過程有從點到面全方位的了解；VR醫(yī)療設(shè)備操作模擬演練設(shè)備操作培訓(xùn)包含：CT，DR，MRI等多種設(shè)備，實現(xiàn)醫(yī)院設(shè)備的熟練使用，幫助醫(yī)護人員壓縮學(xué)習(xí)時間一方面面醫(yī)療設(shè)備昂貴，學(xué)校設(shè)備往往種類不全，日常設(shè)備維護也需要花費較多的人力物力；另一方CT、DR、MRI等醫(yī)療設(shè)備不但有輻射性，且價格昂貴，一旦學(xué)生在練習(xí)過程中對設(shè)備有所損壞，代價較大。仿真場景對醫(yī)療設(shè)備操作練習(xí)有著較高的容錯率，可供學(xué)生反復(fù)練習(xí)，直到熟練掌握。MRI模擬DR模擬CT模擬臨床學(xué)習(xí)積分累計學(xué)生登錄自己的賬號進行臨床手術(shù)練習(xí)，系統(tǒng)采集手術(shù)結(jié)果數(shù)據(jù)給出評分在傳統(tǒng)教學(xué)中，每個班級都跟隨統(tǒng)一的教學(xué)進度進行學(xué)習(xí)，教師很難做到因材施教個性化教學(xué)，尤其是醫(yī)學(xué)專業(yè)，在缺乏老師引導(dǎo)的情況下很難自學(xué)。該學(xué)習(xí)模塊就很好地解決了這個問題。該模塊采用積分制學(xué)習(xí)方式，學(xué)生通過不斷進行臨床手術(shù)模擬進行闖關(guān)，每闖過一關(guān)學(xué)習(xí)難度便會提升，通過闖關(guān)積分的形式為每位學(xué)生提供個性化教學(xué)引導(dǎo)，一方面發(fā)揮了學(xué)生的主動性，一方面降低了老師的帶教壓力。系統(tǒng)會將每位同學(xué)的成績進行收集并分析，明確在臨床模擬試驗過程中學(xué)生們的普遍難點，教師根