虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地支撐體系研究
——以食品藥品類專業(yè)為例

黃德軍，何文勝

（福建生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福州 350007）

0 引言

在國家產(chǎn)業(yè)升級和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整不斷加快，各行各業(yè)對技能人才的需求越來越緊迫的環(huán)境下，國務(wù)院頒布了《國務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育的決定》，進(jìn)一步推動(dòng)了職業(yè)教育教學(xué)改革。為了提高職業(yè)院校學(xué)生的動(dòng)手操作能力與綜合實(shí)踐能力，各高等職業(yè)院校進(jìn)行了大量符合專業(yè)特色的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)。而傳統(tǒng)食品藥品類專業(yè)實(shí)訓(xùn)基地存在的缺陷越來越明顯，難以滿足日益增長的實(shí)踐教學(xué)量與質(zhì)需求，在管理上也缺少信息化的支撐。

2019年國務(wù)院印發(fā)的《國家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》，在完善職業(yè)教育培訓(xùn)體系、促進(jìn)產(chǎn)教融合校企合作雙元育人等方面做出專門部署，為深化“三教”（教材、教法、教師）改革指明了發(fā)展方向。而加強(qiáng)職業(yè)教育學(xué)校內(nèi)涵建設(shè)，推進(jìn)“三教”改革則成為當(dāng)前職業(yè)院校提升辦學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要切入點(diǎn)。其中教學(xué)方法是改革的路徑，教師和教材的改革最終要通過教學(xué)模式、教學(xué)方法與手段的變革去實(shí)現(xiàn)。要推進(jìn)教法改革必須大力開發(fā)網(wǎng)絡(luò)課堂、虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地等智慧學(xué)習(xí)環(huán)境。因此，探索在高職院校食品藥品類專業(yè)利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息化架構(gòu)為載體，構(gòu)建資源豐富、內(nèi)容易于更新、專業(yè)特色明顯、教學(xué)管理便捷、內(nèi)外網(wǎng)環(huán)境共享的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地，不僅能提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型的食品藥品生產(chǎn)與研究的技能型人才，也是推進(jìn)學(xué)校內(nèi)涵式發(fā)展和“三教改革”的重要抓手和突破口[1]。

1 食品藥品類專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)面臨的問題

福建生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院作為福建省食品藥品行業(yè)人才培養(yǎng)基地，開設(shè)了“藥物制劑技術(shù)”“藥品質(zhì)量檢測技術(shù)”“發(fā)酵工程技術(shù)”“生物制藥技術(shù)”“食品分析制樣技術(shù)”等相關(guān)專業(yè)課程。目前，學(xué)校食品藥品類專業(yè)雖然擁有配套實(shí)踐教學(xué)實(shí)驗(yàn)室以及檢測與生產(chǎn)設(shè)備，但部分實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程仍不能有效開展[2]，具體原因有以下4點(diǎn)。

1.1 實(shí)訓(xùn)設(shè)備存在安全隱患

為了加強(qiáng)學(xué)生實(shí)際操作能力，食品與藥品的生產(chǎn)、分析檢測相關(guān)課程配套了大量的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課，而食品藥品的生產(chǎn)所使用的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備一般都體積龐大，占據(jù)大量空間，而學(xué)校實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室面積有限，加上實(shí)訓(xùn)教師和幾十位學(xué)生，場地更為狹小，一旦出現(xiàn)設(shè)備故障或者操作失誤，容易對人對物造成大面積危害。通過建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，可以讓學(xué)生在仿真教學(xué)軟件上進(jìn)行模擬操作，避免學(xué)生在還未熟練掌握安全生產(chǎn)流程時(shí)直接操作大型設(shè)備，從而提高了實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的安全性。

1.2 實(shí)驗(yàn)藥劑存在安全隱患

食品藥品在生產(chǎn)或發(fā)酵的過程與分析檢測中使用的部分化學(xué)試劑有一定的污染性與危險(xiǎn)性，若操作不當(dāng)也容易出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)。通過建設(shè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地，讓學(xué)生在未熟練掌握化學(xué)試劑使用規(guī)范前避免直接接觸操作，在積累實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)又提高了實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的安全性。

1.3 實(shí)訓(xùn)儀器設(shè)備數(shù)量與完備度不足

近年來，隨著職業(yè)教育的蓬勃發(fā)展，食品與藥品專業(yè)招生人數(shù)的不斷增加，原有儀器設(shè)備數(shù)量已經(jīng)不能滿足學(xué)生實(shí)訓(xùn)的需要。而學(xué)校由于場地、資金、安全性等限制無法將整套設(shè)備完整搬進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，只能進(jìn)行部分課程的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，大量生產(chǎn)實(shí)踐只通過演示實(shí)驗(yàn)或視頻教學(xué)的方式進(jìn)行，這樣是無法培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力的。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地能提供完整且多樣的生產(chǎn)模擬環(huán)境，學(xué)生在不同場景中操作練習(xí)，在未來走上工作崗位后可以快速上手，成為符合食品制藥產(chǎn)業(yè)要求的實(shí)用技能型人才。

1.4 實(shí)訓(xùn)成本高和資金相對短缺

食品藥品專業(yè)實(shí)訓(xùn)中所用設(shè)備較為昂貴，實(shí)訓(xùn)過程所需原材料種類多、數(shù)量大，其中化學(xué)試劑更為昂貴。原材料不能長期存放，需要經(jīng)常重復(fù)采購，容易造成材料浪費(fèi)及環(huán)境污染，因此開設(shè)傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)投入成本高。建設(shè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地，長期來看將大大節(jié)省設(shè)備與材料的成本，不失為學(xué)校實(shí)訓(xùn)資金短缺問題的一種解決方案。

2 食品藥品類專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的意義

2.1 符合國家政策的規(guī)劃和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目標(biāo)

隨著國家對食品藥品生產(chǎn)行業(yè)扶持力度的不斷加大，食品藥品生產(chǎn)企業(yè)如雨后春筍般出現(xiàn)。食品藥品行業(yè)發(fā)展壯大的同時(shí)，國家各部門也出臺(tái)了一系列的政策來規(guī)范食品藥品產(chǎn)品的質(zhì)量管理，指導(dǎo)生產(chǎn)安全體系的建設(shè)，加強(qiáng)污染排放的監(jiān)管，保障人民的安全。因此，未來全國將需要大量具備食品藥品生產(chǎn)技術(shù)以及檢測技術(shù)的高素質(zhì)技能型人才。為了提高學(xué)生的職業(yè)技能，學(xué)校建立相關(guān)專業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地，更易于完成專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)任務(wù)，并與未來企業(yè)需求無縫對接[3-5]。

2.2 滿足專業(yè)發(fā)展的需要和優(yōu)化校內(nèi)實(shí)訓(xùn)條件

福建生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院一直以來將生物產(chǎn)品質(zhì)量與污染物安全排放工作貫穿于各專業(yè)教學(xué)始終，開設(shè)了食品藥品相關(guān)專業(yè)課程。目前，學(xué)院食品藥品類專業(yè)雖然擁有較先進(jìn)的實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境和硬件條件，但部分綜合性實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程仍不能有效開展。通過建設(shè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地，可以有效避開部分危險(xiǎn)實(shí)訓(xùn)操作中的安全隱患，可以解決實(shí)訓(xùn)場地、實(shí)訓(xùn)設(shè)備不足的問題，讓學(xué)生充分參與實(shí)踐實(shí)訓(xùn)操作[6]。從長期來看，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)為學(xué)校節(jié)省實(shí)訓(xùn)成本，豐富了教學(xué)資源，給學(xué)生自主學(xué)習(xí)、充分學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，帶動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也為未來學(xué)?？茖W(xué)有效管理打下基礎(chǔ)。

2.3 提高專業(yè)教師教學(xué)和科研水平，增強(qiáng)服務(wù)社會(huì)的能力

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)不僅滿足了日常教學(xué)和專業(yè)發(fā)展的需要，進(jìn)一步深化了教學(xué)過程與生產(chǎn)過程的對接，實(shí)現(xiàn)學(xué)歷證書與職業(yè)資格證書對接，還可對現(xiàn)有工藝進(jìn)行研究與完善，促進(jìn)“產(chǎn)、學(xué)、研”協(xié)同發(fā)展。相關(guān)工藝改進(jìn)成果可以申報(bào)專利，相關(guān)產(chǎn)品可以投放市場，在產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)，提升科研人員的科研水平。同時(shí)為區(qū)域經(jīng)濟(jì)的提升做好有力保障，對周邊職業(yè)院校學(xué)生的實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)及社會(huì)人員培訓(xùn)提供優(yōu)質(zhì)的可共享資源，并且為與食品藥品相關(guān)企業(yè)進(jìn)行深度合作提供良好的基礎(chǔ)條件。

3 建設(shè)方案

3.1 構(gòu)建虛擬實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)所需的硬件服務(wù)器體系

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)硬件體系拓?fù)淙鐖D1所示。在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)施和設(shè)備的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并補(bǔ)充建設(shè)支持食品藥品專業(yè)開展的虛擬仿真實(shí)踐內(nèi)容的服務(wù)器等硬件支持體系。比如：建設(shè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室、購置虛擬仿真應(yīng)用服務(wù)器群、組建高速教學(xué)用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、配備桌面終端、VR實(shí)景眼鏡與操控設(shè)備。在實(shí)訓(xùn)教室環(huán)境上建設(shè)終端虛擬實(shí)訓(xùn)室、VR虛擬實(shí)訓(xùn)室、AR增強(qiáng)實(shí)景虛擬實(shí)訓(xùn)室，并通過有限網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)為校內(nèi)實(shí)訓(xùn)室提供網(wǎng)絡(luò)支持。

圖1 虛擬仿真實(shí)訓(xùn)硬件體系拓?fù)?/p>

2020年的疫情黑天鵝，阻隔了天南地北的學(xué)生返校，遠(yuǎn)程教學(xué)成了主要教學(xué)手段。虛擬實(shí)訓(xùn)基地的搭建為遠(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)提供了基礎(chǔ)，因此硬件服務(wù)體系也需要考慮校外遠(yuǎn)程訪問，通過建設(shè)混合云提供校內(nèi)校外各種實(shí)訓(xùn)環(huán)境支持。

3.2 培養(yǎng)虛擬仿真教學(xué)軟件開發(fā)和設(shè)計(jì)人才

通過平面虛擬仿真、VR虛擬仿真、AR增強(qiáng)實(shí)景虛擬仿真實(shí)訓(xùn)軟件，能夠大大增強(qiáng)實(shí)訓(xùn)實(shí)踐的現(xiàn)場體驗(yàn)感，通過虛擬仿真軟件可以大幅提高學(xué)生的參與度與積極性，因此學(xué)校與食品藥品相關(guān)專業(yè)教師就需要充分參與教學(xué)軟件的開發(fā)過程，共同構(gòu)建虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)涵體系，開發(fā)或定制購買虛擬仿真教學(xué)軟件，比如：藥品生產(chǎn)（GMP）仿真實(shí)訓(xùn)（包括片劑生產(chǎn)、膠囊劑生產(chǎn)、丸劑生產(chǎn)、輸液劑、粉針劑、凍干制劑生產(chǎn)設(shè)備等）、人體解剖仿真實(shí)訓(xùn)、藥物成分檢測仿真實(shí)訓(xùn)、食品理化檢測仿真實(shí)訓(xùn)、食品微生物檢測仿真實(shí)訓(xùn)、精密儀器分析與維護(hù)仿真實(shí)訓(xùn)等。

與虛擬仿真軟件相呼應(yīng)，實(shí)踐教學(xué)管理的過程也存在著信息化不足、手工記錄統(tǒng)計(jì)的情況。因此實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理相關(guān)的軟件平臺(tái)也是實(shí)訓(xùn)信息化體系建設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，應(yīng)開發(fā)或定制購買實(shí)踐教學(xué)管理軟件，實(shí)現(xiàn)從實(shí)訓(xùn)企業(yè)的遴選、推薦、實(shí)訓(xùn)教師、實(shí)訓(xùn)課程、實(shí)訓(xùn)成績與評價(jià)整體流程管理。

3.3 構(gòu)建共享開放的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源庫教學(xué)體系

在鼓勵(lì)教師參與制作虛擬仿真課程建設(shè)的基礎(chǔ)上，豐富虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源，采用教學(xué)資源庫的形式提供更為開放的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)。采用共享開放式虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源平臺(tái)，學(xué)生可以在實(shí)訓(xùn)室中接受老師統(tǒng)一指導(dǎo)進(jìn)行虛擬仿真操作，也可以通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境自主進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)訓(xùn)操作，可大大緩解教學(xué)資源不足的困擾，打破食品藥品專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)時(shí)間與空間的限制。

以資源庫為基礎(chǔ)進(jìn)行教學(xué)改革，建立線上線下結(jié)合的教學(xué)模式，可完善學(xué)生自主學(xué)習(xí)環(huán)境，建立網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)社群，增加教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)互動(dòng)，逐漸培養(yǎng)學(xué)生自主網(wǎng)上學(xué)習(xí)的習(xí)慣。實(shí)現(xiàn)課前預(yù)習(xí)、課中學(xué)習(xí)、課后復(fù)習(xí)、線上考試的教學(xué)一體化閉環(huán)，學(xué)生可以“隨時(shí)、隨地、隨心”訪問全面開放的虛擬實(shí)訓(xùn)室，可以有更多自主學(xué)習(xí)的空間，最大限度地利用有限的教學(xué)資源，提升學(xué)習(xí)效果。

通過信息化手段建設(shè)的虛擬仿真資源庫教學(xué)體系也將是信息化管理與評價(jià)的基礎(chǔ)，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室的利用率、網(wǎng)上課程學(xué)習(xí)率、學(xué)生社群活躍度、教師答疑等數(shù)據(jù)都能為教學(xué)改革與教學(xué)評價(jià)提供數(shù)據(jù)支撐，提高教學(xué)管理的效率與質(zhì)量。

4 結(jié)語

本文通過對虛擬仿真技術(shù)在食品藥品專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的重要性進(jìn)行分析，有利于豐富教學(xué)資源，解決食品藥品實(shí)訓(xùn)設(shè)備昂貴、數(shù)量不足、危險(xiǎn)系數(shù)高等問題，討論了如何通過信息化手段轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)自主性，提升學(xué)習(xí)效果。在實(shí)際教學(xué)過程中，應(yīng)充分發(fā)揮虛擬仿真技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)的作用，通過虛擬仿真教學(xué)資源平臺(tái)建設(shè)，帶動(dòng)教學(xué)模式改革，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識，提高實(shí)踐操作能力與創(chuàng)新意識，從而培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)工作崗位需求的高素質(zhì)技能型人才。