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。