构建教育元宇宙医学资源生态：创建“元解剖”实践

【关键词】 教育元宇宙；教育生态学；人体解剖学；虚拟现实；元解剖

中图分类号：G642 文献标志码：B DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2024.09.016

强调以系统为基础的岗位胜任力培养教育改革模式，以及与实际医疗实践紧密结合的课程设置，是第三代世界医学教育改革核心内涵［1］。其特点是培养医学生的综合胜任力，不仅具备临床技能，还包括疾病预防、健康促进、沟通能力等多方面能力。强调以患者为中心，以卫生系统为基础，是在全球范围内对医学教育体系进行的一次重要更新。为应对新时代高质量医学教育的新要求，大健康、全过程、全人群、全方位的“新医科”概念正式提出。“新医科”背景下医学基础课程体系面临着巨大挑战［2］，在后慕课（massive open online course，MOOC）时代互联网+教学环境新态势下，教学团队基于轻量化云原生扩展现实（extended-range，XR）引擎技术、数字孪生技术、区块链技术生成现实世界的镜像，以校企合作方式搭建教育元宇宙（metaverse）平台。应用虚拟现实技术构建教育元宇宙医学课程“元解剖”，通过大数据和真实记录建立学习者的数字孪生学习画像，并进行个性化评价。探究元宇宙背景下新型教育模式的可行性，为教育元宇宙医学基础课程建设、学习赋予源动力。探索教育元宇宙教学生态圈健康循环及可持续发展的新模式。

1 后慕课时代互联网+教学环境新态势

1.1 后慕课时代来临，元宇宙新纪元开启

自2008年始席卷全球，以广泛的开放性、透明性、优质资源易获取性为特征的MOOC给传统高等教育带来了巨大的冲击；众多的高校或高校联盟加入在线教育中并于2013年在国内达到高潮。近十年的应用暴露出慕课的缺点：较低的课程完成率；缺失的即时互动、欢快而相互感染的学习气氛；结构化的知识传授并不完全适合分布式认知和高阶思维能力，如批判性思维等综合能力的养成；教学模式单一、设计简单，无分类、分层的教学目标分析，难以适应个性化和人性化的学习需求，达不到高等教育众多学科和不同类别课程的具体要求［3］。这些缺点随着大数据云计算、高带宽互联网链接以及人工智能等新一代信息技术急速发展，将会有更好的解决方案。2021年元宇宙概念新提，开启了互联网新一代演变周期，高等教育进入后慕课时代：元宇宙新纪元。

1.2 后慕课时代互联网+教学环境：教育元宇宙

1.2.1 元宇宙简介

20世纪90年代初“元宇宙”首现美科幻小说《雪崩》（Snow Crash）中，描述人们生活和工作在一个平行于现实世界的虚拟时空网络世界。元宇宙定义：是由数字化技术构建的，一个数字化虚拟世界和现实世界能够在一定程度上共存共生的数字样态［4］。元宇宙以人工智能算法、大数据和高性能计算平台为驱动内核，以扩展现实技术和数字孪生技术等沉浸式技术将虚拟世界与现实世界融合，实现在虚拟空间中沉浸式体验与现实世界相似的交互和活动。元宇宙不仅是技术的集合，也是社交的平台。用户可以在元宇宙中创建虚拟身份，与他人进行交流、合作和竞争。元宇宙鼓励用户生成内容，既是内容的创造者和编辑者，同时也是内容的使用者，共同塑造和影响元宇宙的发展。

1.2.2 教育元宇宙

元宇宙作为下一代互联网发展的新形态将开启未来数字教育世界新纪元。当前，元宇宙的部分应用主要体现在电子娱乐领域，随着技术迭代升级将会不断发展与演变，应用于虚拟世界多个领域，衍生出类似于现实世界中的产业生态，如旅游元宇宙、政务元宇宙等，其中教育元宇宙极大可能最先融入人们生活中。元宇宙丰富立体沉浸式体验，符合教育行业的诸多特点，将给医学教育领域带来极其深刻的影响，教育元宇宙（edu-metaverse）一般性定义是指在通过利用元宇宙技术而创建的虚实融合的场景中进行师生教育活动，以虚实融生形态存在。教育元宇宙为教师、学生、管理者等创建数字身份，在虚拟世界中开拓教学场所，允许师生在虚拟的教学场所进行互动，为教师与学生创设了一种沉浸式的教学互动场景［5］。教育元宇宙的特性包含：一是感知交互能力，利用扩展现实的交互技术，结合三维渲染场景可以让学生达到身临其境、触手可及的感知交互能力。二是角色互动能力，利用人工智能技术可以创建自己的虚拟化身［6］，并与虚拟老师和虚拟同学进行游戏化的互助互动，达到寓教于乐的学习效果。三是师生共创能力，可以最大程度轻量化应用场景，师生可以共同协作且随时随地进行教学内容的创作、修改与分享。教育元宇宙的核心：不仅教学，更是创造！

2 教育元宇宙下医学教育新生态

2.1 教育元宇宙资源生态

教育元宇宙的资源生态包括教育元宇宙创建之初具备的原生资源，可基于底层开发框架进行应用程序或者资源开发；以及教育元宇宙系统运行过程中生成的过程资源，为师生探索和分析事物的发展变化、判断学习行为规律提供关键的数据支持；还有由教师、学生及其他群体根据需求进行创造、分享的资源，具有可操控及可修改等功能的自创资源，以及协作创造的群创资源；另外利用人工智能技术实现的资源自我生产，赋予教育元宇宙自我生产能力的智生资源。这些资源构成了全新的资源生态，是未来医学教育必须应对的数字资源，尤其是自创资源是教育元宇宙资源生成和发展的重要动力，是教育元宇宙重构医学教育资源生态突破口。

2.2 教育元宇宙改变医学教育理念

2.2.1 教师的教学理念

教育元宇宙条件下，智慧生成是师生协同并参照实验数据进行的问题解决方案创新过程。教师可以根据教育元宇宙的全生命周期数据、智能决策推荐和实践反馈数据等开展问题创新性解决、未来发展趋势预测和知识创造等教学活动，为学习者的知识创造、灵感创新以及群体智慧等提供有力支持。医学院校教师必须积极应对扑面而来的教育元宇宙时代，挑重担迎挑战，更新教学理念，尤其在新医科背景下注重对现有临床医学、基础医学培养体系的升级，同时加强“医学+X”交叉学科的建设，发展创新型、科技型、综合化的医学教育，培养卓越科技型医生，高度契合新医科需求。

2.2.2 学生的学习理念

跨入智能时代的学生，电脑、手机、视频、游戏和互联网都深深植根于求学生涯的各个阶段。这决定了他们不同的学习过程和信息映射到不同的大脑功能结构。如何利用数字信息技术的发展来提高医学教育的质量，使学生的数字素养、技能和学习偏好得到不断满足，已成为急需解决的新问题。为应对M时代（Meta-mess）的青年人对元宇宙有很强的适应能力和黏合能力，势必构建符合国情的教育元宇宙“新体系”，包括优化培养方案、更新课程设置、改变教学模式等。

2.2.3 教育元宇宙改变医学教育模式

传统线上教育，学生只是参与者。学生用和现实世界相关联的一个数字账号登录，参与一个事先搭建好的线上开放教育平台诸如慕课、智慧树、超星等。这些教育平台只有毫无深度的二维平面窗口［7］，不可避免地束缚了学习者的自由。在不久将来的元宇宙高等教育（metaversity），学生是元宇宙高等教育世界最重要的一部分，以一个独立的数字身份参与一个数字教育世界，可以是创造者也可以是被动参与者，或者可以两者都是。在这里每个参与者在前人留下的宇宙基础之上可以自由地自我创造，形成新的共识，主观地塑造外部世界，发挥每个人的创造力，同时不可避免地成为元宇宙高等教育的一部分，进而影响之后的学生。当每一个学生既是塑造者又是被塑造者的时候，如何建设和维持一个健康的元宇宙高等教育生态，如何实现立德树人课程思政在元宇宙高等教育中立足、站稳、守牢教育元宇宙思政阵地面临巨大挑战。医学教育模式必需是多层次、多领域、多学科交叉融合的合作模式及持续性和实时性可保证的可循环的模式。项目组遵循多主体协同育人机制，建立跨学科的项目平台，建设创新型元宇宙相关技术实践基地，创建基于“输入-输出”循环模式教育元宇宙微观生态圈，将教育生态学理论应用于教育元宇宙课程——医学基础课程人体解剖学的构建。实践“新理论-新课程”创新模式，为培养精医学、懂科技、引领时代的卓越医学生服务。

3 教育元宇宙医学课程“元解剖”构建实践

3.1 产教合作重构教育元宇宙资源生态

教学团队与产业企业合作，实践循环教育生态学理论重构医学教育资源生态，构建教育元宇宙医学课程“元解剖”，见图1。

3.1.1 遵循“医教产研协同”机制，搭建教育元宇宙平台

教学团队基于轻量化云原生扩展现实引擎技术、数字孪生技术、区块链技术生成现实世界的镜像，与北京知感科技有限公司合作共同搭建教育元宇宙平台（https：//www.bjb.cn/）。并在此平台上创建医学教育元宇宙课程，重构教育元宇宙资源生态。平台不受终端设备及场地限制，可以随时随地通过WEB使用手机、平板、PC、VR/AR头盔、全息屋系统等不同终端设备，登录到该平台进行沉浸式虚拟教学与实训应用。平台内教师可以通过真实的三维立体模型进行课程讲授，便于学生对知识的理解和掌握。同时开放共享，各地教师可以通过平台，随时随地与各地各院校学生身处同一虚拟场景中，对知识点进行深度剖析，从真正意义上实现资源共享，为学生创新能力、科研能力与实际动手能力的提高提供可靠平台和资源保障。

3.1.2 依照模块化、系统化开发教育元宇宙医学课程体系资源库

利用产业公司开发的无需编程基础，操作简单的虚拟现实内容快速创作系统威尔元创编辑器，创建医学课程模块化虚拟现实（virtual reality，VR）资源库并上传发布到平台网站。模块化设计资源库契合以胜任力为导向的培养模式，将医学基础课程与临床相关知识系统化整合，强化临床技能与医疗服务能力，打造以能力输出为目的的多学科交叉融合特色VR课件。

3.2 自创资源构建教育元宇宙医学课程“元解剖”实践

3.2.1 医学基础课程人体解剖学在教育元宇宙下新定义：“元解剖”

在教育元宇宙平台中，教师可通过模型、素材及智能函数模块定制需要的动作逻辑，设计课程交互点，添加相应动画及文字标识，让学生们通过一个全新的维度来直观地理解正常人体结构。也可以指导学生组团一起制作真实的解剖学教学场景：在虚拟场景中，随意三维转动人体结构，细化到每个器官，与身体器官进行“互动”，在共同创作中让学生更真实地理解肌肉、器官、神经和血管之间的相互作用。人体解剖学在教育元宇宙中教学一体，师生共创，源于解剖超越解剖的特性，将之称为“元解剖”更为合适。

3.2.2 内容整合、学科融合、模块化设计“元解剖”资源库

参照执业医师资格证考核模式，整合临床相关知识，设计和临床密切联系的“活体示范课”［8］模块VR课件；学科融合，按人体解剖结构系统设计如运动系统解剖基础与临床、呼吸系统疾病基础与临床等系列VR课件。传承壮医特色针灸，设计壮医特穴脐环穴解剖与针灸实训VR课件，创新壮医特色疗法推广模式。加强基础医学课程临床化与信息化，强化医学生在校期间临床化与信息化技能。设计模块化VR医学课程思政课件，实现立德树人课程思政在VR课件中全覆盖，赋予VR课程红色基因，站稳守牢教育元宇宙思政阵地。

3.2.3 实践循环教育生态学理论，构建教育元宇宙课程“元解剖”

教育生态学［9］结合了生态学的原理和教育学的理论，强调整体性和联系性。循环教育生态学将循环经济的原则应用于教育生态系统中，在教育领域强调资源的高效利用、减少浪费、循环再利用以及可持续发展，其目的是创造一个更加可持续、高效和动态的教育环境。强调教育是一个持续的过程，学习者在不同阶段可以扮演不同的角色，如学生、教师、研究者等，实现知识的传递和再创造以及教育过程的循环性［10］，非常适合构建教育元宇宙医学课程资源生态圈。团队基于“输入-输出”循环生态教学理念：输入——元宇宙技术人员培训师生，掌握建设元宇宙环境下医学课程虚拟教育平台及人体解剖学VR资源库相关技术；输出——选择并完成元宇宙教育平台及模块化人体解剖学VR资源库建设任务，学生组队主体参与元宇宙课堂及人体解剖学VR资源库创造，成品反哺师生。在输入-输出过程中实现教育元宇宙资源循环构建，将循环教育生态学理论应用于“元解剖”课程建设，强化医学生在校期间的临床化与信息化技能。

4 “元解剖”构建实践体会

通过轻量化XR技术构建的教育元宇宙医学课程“元解剖”，可以在不牺牲用户体验的前提下，实现快速加载和运行，使得医学生能够在虚拟环境中进行解剖学的学习，提高了学习的互动性和沉浸感。利用数字孪生技术，可以创建现实世界的精确数字副本，使得医学生能够在虚拟环境中进行精确的解剖操作，同时减少对真实尸体的依赖。同时可以对学习者的操作进行实时评估，及时反馈，提高学习效果。也可以分析其学习习惯和能力，为个性化教学提供依据。通过区块链技术，可以确保学习过程中数据的真实性、不可篡改性和可追溯性，为学习者建立可信的学习档案。校企合作可以实现资源共享，包括教学资源、技术资源和人力资源，提高教育元宇宙平台的建设效率和质量。实践过程中最大的困难是对学习者的评价，需要校企共同努力重新开发教育元宇宙平台评估模型和工具，系统地评估学习效果和用户体验。评价包含学习者参与度与贡献度：在平台上的行为，如停留时间、点击率、导航路径，为平台创建资源等；成绩与应用：考试、测验、作业等知识掌握程度和理解深度以及将所学知识应用于实际解决问题的能力及技能训练等。同时数字成瘾与伦理安全也应提请重视［11］。

综上所述，尽管TW//acWCChhCVkkLLRg8BnSE05huB1IK/jCzsdew2UA=目前只是初步开展教育元宇宙下医学课程构建与应用，但元宇宙课程已经展现出其巨大的生命力。元宇宙是一个持续存在的空间，不受现实世界时间限制，能够实现大规模用户的实时互动。它不仅仅是一个虚拟空间，更是一个包含了社交、经济、文化、教育等多个方面的复杂系统。基于元宇宙特性，教育元宇宙将以现实教育实景空间为核心，构建以资源生态建设、社会交往、探究性学习和智能评价系统等为关键环节的智慧学习空间，形成虚实共生和跨界探索的未来大学教育形态，对现今的教育理念会形成强大的冲击。尤其面对当前宗教元宇宙、游戏元宇宙迅猛发展广泛沉浸，加快元宇宙高等教育健康生态建设刻不容缓。

参 考 文 献

［1］ 郭建如，王维民.新发展阶段我国高等医学教育改革探析［J］.国家教育行政学院学报，2022（7）：19-26，47.

［2］ 国务院办公厅.关于加快医学教育创新发展的指导意见：国办发〔2020〕34号［R/OL］.（2020-07-17）［2024-08-02］. https：//www.gov.cn/gongbao/content/2020/content_5549881.htm.

［3］ 李悦.美国高校慕课发展研究［D］.保定：河北大学，2023.

［4］ 娄岩，徐东雨.医学元宇宙［M］.北京：清华大学出版社，2024.

［5］ 王岳，陈晨，王亚平，等.医学教育元宇宙学习环境架构探讨［J］.中国数字医学，2022，17（9）：45-47.

［6］ ZHANG X， CHEN Y， HU L， et al. The metaverse in education： definition，framework，features，potential applications，challenges，and future research topics［J］. Front Psychol，2022，13：1016300.

［7］ 魏开宏，苏媛.国外元宇宙研究述论：热点、堵点与愿景［J］.新疆师范大学学报（哲学社会科学版），2022，43（5）：121-139.

［8］ 凌雁武.人体解剖学实验课引入活体示范课设计和思考［J］.右江医学，2021，49（1）：75-78.

［9］ 顾军，李平，许青春.基于教育生态学的产教融合创新生态系统构建——以电气工程及其自动化专业为例［J］.南阳理工学院学报，2024，16（1）：98-101，128.

［10］ 吉丽君，戚春玲.生态系统观下“医学信息检索” 课“三位一体” 混合式教学模式研究［J］.食品工业，2024，45（6）：230-233.

［11］ 李宪翔，纪咏梅，丁鼎.元宇宙赋能高校教育新形态：价值耦合、现实挑战及应对策略［J］.教育理论与实践，2024，44（24）：3-8.

（收稿日期：2024-08-02 修回日期：2024-09-09）