VR+AI:助推虚拟仿真实验教学智能化创新发展
以人工智能(AI)为核心的新一代信息技术正深刻重塑高等教育,新形态的虚拟仿真资源建设强化虚拟仿真项目向“智能化、装备化、体系化、标准化”推进。
近期,教育部等九部门印发《关于加快推进教育数字化的意见》,以教育数字化为重要突破口,开辟教育发展新赛道和塑造发展新优势。这一文件为教育数字化、智能化转型提出了新要求,也为虚拟仿真与人工智能在教育领域的应用提供指导意见。
北京航空航天大学计算机博导、北京协和医学院博导郝爱民教授,对于虚拟仿真与人工智能教学有着独到见解,他分享了全新技术手段对教学智能化转型创新发展的趋势。
AI时代的教育挑战与机遇
在AI时代,教育正经历着深刻的变革。麦肯锡的报告指出,AI和自动化正在深刻改变劳动力市场需求,到2030年,约30%的工作可通过AI实现自动化,需职业转型人数达1200万。
与此同时,传统教育模式面临着诸多挑战,如以“知识传授为主,学习路径组织为辅”的授课模式低效循环频发,难以达成个性化能力培养目标。
在这样的背景下,虚拟仿真实验教学作为一种创新的教学模式,正逐渐成为教育领域的新宠。
虚拟仿真实验的兴起与价值
教育部自2017年起推动虚拟仿真实验教学项目建设,旨在拓展实验教学内容的广度和深度,延伸教学时间和空间,提升教学质量和水平。
虚拟仿真实验以其高技术、高效能、高质量的特点,成为实验教学的重要发展方向。它不仅能够打破时空限制,提供更加灵活和扩展性的实验教学,还能够快速构建真实问题的场景和交互学习模式,适应产业发展的需求,同时降低实验教学的成本。
VR+AI的融合:虚拟仿真实验教学的新引擎
潘云鹤院士提出人工智能2.0的5个研究方向:群体智能、跨媒体智能、人机混合增强智能、智能自主系统数据智能。西交大与北航均已在此领域有所布局。
从3I VR1.0向6I VR2.0跨代发展,VR2.0的6I特性在3I VR1.0的沉浸感(Immersion)、交互性(Interaction)、构想性(Imagination)的基础上,增加了智能化(Intelligentize)、互通性(Interconnection)、选代性(Iteration)。
智能化强调智能对象及其智能行为建模,使虚拟对象能依据环境变化和用户交互自主反应;互通性实现虚实之间的无缝连接与信息交互;迭代性确保系统持续更新优化,适应教育发展需求。
VR+AI在虚拟仿真实验教学中的应用
智能对象及其智能行为建模:通过VR+AI技术,对虚拟环境中的对象进行智能化建模,使虚拟对象具备类似真实世界物体的行为和特性,能够依据环境变化和用户交互自主做出反应。例如,医用数智人体的构建,实现了对人体的细胞、组织、器官、系统等多尺度构成单元的数字化建模,为医学研究和临床实践提供了有力的支持。
人机交互智能化与智能体化身的交互:借助语音识别与合成、手势识别、眼动追踪等技术,实现更自然、智能的人机交互方式,让智能体化身理解用户意图,提供个性化服务和反馈。比如,基于医用数智人的临床思维训练,通过智能问诊和实时交互检查,使学生能够更加直观地了解人体生理结构和疾病发生机制。
VR内容研发与生产的智能化和自动化:利用人工智能技术辅助VR内容创作,如自动生成虚拟场景、角色动画等,提高内容生产效率和质量,减少人工工作量和成本。在医学虚拟仿真实验教学中,通过VR+AI技术,可以生成更加逼真的虚拟人体器官和生理系统,为学生提供更加真实的实验体验。
虚实结合赋能虚拟仿真实验教学创新发展
灵境计算:实现虚实共生、双向赋能、虚实共升,为学生创造出身临其境的学习环境,使他们能够更加直观地感受和理解复杂的医学知识和技能。
数字孪生:以虚映实、以虚优实、以虚控实,通过对真实实验环境和过程的数字孪生建模,实现对实验的精确控制和优化,提高实验教学的安全性和可靠性。
职教虚仿与高教虚仿:在职业教育和高等教育中,采用虚实结合的方式,充分发挥虚拟仿真和现实实验的优势,实现优势互补,为学生提供更加全面和深入的学习体验。
医学虚拟仿真实验教学创新实践
在医学领域,VR+AI的应用具有巨大的潜力。通过构建医用数智人体,实现了对人体的多尺度、多模态建模,为医学研究和教育提供了有力的支持。同时,在医学虚拟仿真实验教学中,开展了一系列创新实践,如基于医用数智人的临床思维训练、虚实结合的混合现实拔牙技能训练、基于空间计算的多人协同虚拟仿真实验教学等。这些实践不仅提高了学生的临床思维能力和操作技能,还为医学教育的改革和发展提供了新的思路和方法。
结语
VR+AI的融合为虚拟仿真实验教学的智能化创新发展注入了新的活力。它不仅为学生提供了更加丰富和真实的学习体验,还为教师提供了更加高效和便捷的教学工具。随着技术的不断发展和完善,VR+AI在教育领域的应用将越来越广泛,为培养更多适应时代发展的高素质人才做出积极贡献。
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