VR/AR技術(shù)在“藥物制劑設備”課程的應用探索

劉俊紅，蔣 瑤，吳亞軍

（1.廣東省食品藥品職業(yè)技術(shù)學校 制藥系，廣東 廣州 510663；2.廣州諾金制藥有限公司 技術(shù)部，廣東 廣州 510700）

一、AR/VR信息化技術(shù)在教學中的發(fā)展概況

（一）AR/VR信息化技術(shù)的簡介

信息化技術(shù)對教育發(fā)展產(chǎn)生革命性的作用，沒有信息化就沒有教育的現(xiàn)代化。VR技術(shù)（虛擬現(xiàn)實技術(shù)）/AR技術(shù)（增強現(xiàn)實技術(shù)）是目前發(fā)展得十分迅速的技術(shù)之一，該技術(shù)是一個仿真體系，重點研究利用三維圖形學、交互設計學、信息分布系統(tǒng)以及多媒體技術(shù)等將多學科融為一體的新技術(shù)，并利用對三維世界的仿真創(chuàng)建出一個全新的人機交互體系［1-2］。該技術(shù)的核心在于具備“沉浸式”，這與現(xiàn)在倡導的情境構(gòu)建理念相融合，通過該技術(shù)使教師的“教”和學生的“學”出現(xiàn)了多元化的模式，成為教育領(lǐng)域的熱門研究方向。

（二）政策引領(lǐng)

2017年，國務院印發(fā)的《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出要綜合利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實技術(shù)探索未來教育教學新模式［3］。2018 年4 月，教育部印發(fā)的《教育信息化2.0行動計劃》指出，教育信息化是教育現(xiàn)代化的基本內(nèi)涵和顯著特征，是“教育現(xiàn)代化2035”的重點內(nèi)容和重要標志。通過實施教育信息化2.0行動計劃，到2022年基本實現(xiàn)“三全兩高一大”的發(fā)展目標［4］。2020年以后，互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等現(xiàn)代信息化技術(shù)與教學的深度融合得到了前所未有的關(guān)注。

（三）VR/AR科技在教育領(lǐng)域的運用

由于可以創(chuàng)造和真實社會相似的環(huán)境，以及解決教學中對學習媒體的場景化和自然交互性的需求，所以VR/AR技術(shù)在國外的教育教學中使用比較多，而在中國國內(nèi)高等教育中的應用則只是局限于在大學的研究性和實踐性的課程上，而對于在一般的大學、初中、小學的普及還遠遠不夠，尤其對于強調(diào)實踐動手能力的職業(yè)教育較為欠缺［5-6］。在制藥行業(yè)的資源投入更為稀缺，應用VR/AR技術(shù)和職業(yè)教育深度融合具有非常好的使用價值，尤其越來越多的人意識到了VR/AR技術(shù)在教育中的重要作用，并開始積極投入VR/AR等虛擬現(xiàn)實行業(yè)，研究VR/AR的軟件公司和機構(gòu)應運而生、技術(shù)標準也越來越完善，為VR/AR技術(shù)在教育領(lǐng)域的廣泛應用提供了科技保證［7］。

二、“藥物制劑設備”課程教學中存在的問題

隨著中國醫(yī)藥生產(chǎn)技術(shù)水平的提升和創(chuàng)新能力的增強，制藥行業(yè)處在擴充科技、工藝和產(chǎn)品的創(chuàng)新時期，尤其是新GMP的實施，對就業(yè)人才的職業(yè)技能、職業(yè)素質(zhì)等提出了更高的要求，急需一大批高素質(zhì)技術(shù)技能型藥品生產(chǎn)人員。與本科院校不同，職業(yè)學校注重技能的培養(yǎng)，培養(yǎng)的學生要符合企業(yè)對專業(yè)技能的需求，提高學生的專業(yè)競爭力。但是目前職業(yè)院校在教學的過程中存在很多問題，更多地以講授為主，講授的內(nèi)容與實際生產(chǎn)脫節(jié)，對于實操環(huán)節(jié)，受實訓場地、實訓設備更新、安全性、資金等因素的影響，學生的操作練習時間受到一定的限制，教學效果不太理想。尤其像“藥物制劑設備”這種專業(yè)性、理論性很強的課程，純粹的教師講解比較枯燥，學生缺乏學習興趣［8］。

目前我校在“藥物制劑設備”課程的教學中積極運用網(wǎng)絡數(shù)字化技術(shù)和課堂內(nèi)容結(jié)合，課堂運用了信息化智慧課堂互動直播的模式，學生可以反復觀看制藥設備的操作步驟和具體細節(jié)。但是現(xiàn)實教學過程中，學生對設備的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和原理難以掌握，而且制藥設備的更新?lián)Q代比較快，學生練習的設備跟制藥企業(yè)的設備存在很大的差距。學生實訓操作還存在設備不齊全，學生輪流上機操作時間少，只有極少數(shù)學生在操作設備，絕大多數(shù)學生處于相對自由的狀態(tài)，而且職業(yè)院校學生自控力較差，他們會玩手機、串崗、嬉鬧等，嚴重影響課堂秩序和學生對課程內(nèi)容的掌握，教學效果不好。

三、AR/VR資源在教學中的應用探索

鑒于上述情況，我校對“藥物制劑設備”這門課進行了VR/AR資源的建設，已經(jīng)建設成功的有快速制粒機、一步制粒機、35沖壓片機、包裝機等。本文詳細講述包裝機的VR/AR資源在教學中的應用探索。藥品的包裝主要起到保護藥品、保證質(zhì)量的作用。丸劑的包裝，除了傳統(tǒng)用瓶包裝，還可以用泡罩包裝。泡罩封裝是固體制劑的一個經(jīng)典封裝樣式，已成為固體制劑包裝的主流，在醫(yī)藥領(lǐng)域得到了廣泛的應用。VR/AR技術(shù)應用于模擬大山楂丸的鋁塑泡罩包裝生產(chǎn)過程，沉浸式的體現(xiàn)、觸摸感的操作、立體的畫面，讓學生身臨其境，增加體驗感與趣味性，減少真正生產(chǎn)時出錯的概率，降低成本。因此，該課程采用VR/AR技術(shù)模擬大山楂丸鋁塑泡罩包裝設計，以實現(xiàn)趣味性教學，使學習者在“玩”過程中，實現(xiàn)學中玩、玩中玩、玩中學循環(huán)的教學機制。另外，對于學校來說，VR/AR技術(shù)可以隨著制藥企業(yè)設備的更新?lián)Q代而進行軟件的更新，不但可以保障學生學到的知識與企業(yè)接軌，而且節(jié)約了資金的投入。對于學生而言，不僅掌握了設備的操作方法，懂得了原理，更有助于以后工作過程中遇到問題而進行維修，增強學生自身的競爭力。

（一）整體教學思路

根據(jù)職業(yè)教育教學改革特點，實行以學習者為導向的目標激勵教學法，以丸劑的包裝技術(shù)為載體，完成大山楂丸鋁塑泡罩包裝生產(chǎn)過程的學習。充分運用專業(yè)課程數(shù)據(jù)庫、互聯(lián)網(wǎng)課程平臺教學資源和VR/AR設備等，進行課前準備—課中內(nèi)化—課后鞏固的系列教學。教師把“教、學、做、展、評”工作統(tǒng)一滲透到課堂教學的全過程，學生分小組活動，成為課前知識的探索者、課堂項目踐行者及課后拓展主導者，充分體現(xiàn)讓學生動起來、讓課堂活動活起來的教學理念。

（二）課堂教學實施過程

課前。教師將丸劑包裝的ppt、視頻、動畫等教學資源上傳到學習通平臺，同時通過學習通、微信發(fā)布預習通知。學生接收預習通知，在線自主學習電子課本、動畫、視頻等教學資源，并進行課前小測，拓展學習的時空，提高自主學習能力。教師利用學習通平臺的課前學習數(shù)據(jù)分析學情，確定學習難點，為課中學習奠定基礎。

課中。教師根據(jù)學生主體、教師主導的教學原則展開重難點教學。通過學習通平臺豐富的課堂活動與面對面小組討論，突破與強化知識的掌握，達成知識目標。通過VR/AR技術(shù)模擬丸劑鋁塑泡罩包裝的練習，使技能形象化、立體化和游戲化，針對有學習困難的學生一對一幫助，實現(xiàn)差異化指導，達成技能目標。學習過程中教師不斷強化GMP規(guī)范操作的必要性，培育學生愛崗敬業(yè)的嚴謹工作作風，達成素質(zhì)目標。

課后。學生利用網(wǎng)絡教學系統(tǒng)完成操作，同時就關(guān)心或不了解的問題進行提問，鼓勵學生對課程錄課進行再學習，開放實訓室給操作不熟練的學生進行VR/AR練習操作，通過不斷練習強化教學重點和教學難點。

在學習了丸劑包裝的VR/AR操作系統(tǒng)的基礎上，對鋁塑泡罩包裝設備進行實際的動手操作。通過先學習原理再實際動手實操的模式大大激發(fā)了學生的學習積極性，也降低了學生操作機器的危險性，輔助觀看連線企業(yè)視頻，拓寬學生視野，達到全方位培養(yǎng)技能、深化職業(yè)素養(yǎng)的效果。

（三）教學過程中的多元評價

在教育實踐中，依托學習通和現(xiàn)代技術(shù)，充分評估學生的學習成績，加強質(zhì)量評估，探索增值評估，完善整體評估，建立多元化評估制度，從而建立學生課程學習電子檔案。通過課前預習測評和課堂學習任務完成后測評成績對比，探索增值評價，并且通過前后平均成績的對比，更加凸顯VR/AR信息化技術(shù)對本堂課教學效果的提升。多元化的考核方式涵蓋課前課中課后，同時注重過程考核和結(jié)果考核，有效促進學習積極性。

（四）教學效果

借助VR/AR等信息化資源，學生們在輕松快樂的學習環(huán)境中學會了包裝機的實際應用，從而實現(xiàn)了良好學習效果；利用學到的知識點開展實際作業(yè)，按時保質(zhì)保量地進行實踐工作，提高了學生的綜合技能。隨著信息技術(shù)的驅(qū)動，有效處理了教學重點和教學難點。通過梳理知識體系，精心設計教學環(huán)節(jié)，層層遞進，在知識與技能的學習過程中，將教學內(nèi)容較抽象、復雜的部分通過智慧平臺、AR/VR等信息化技術(shù)進行展示，解決了教學重點和教學難點，并將藥品質(zhì)量第一、匠心制藥、精益求精的制藥精神始終貫穿并滲透于教學過程中，達成三個維度的教學目標，實現(xiàn)了“三全育人”。

（五）特色與創(chuàng)新

1.融入思政元素。深入挖掘課程思政元素，潤物無聲地融入課程，增強了學生對傳統(tǒng)制藥技術(shù)的自信，激發(fā)學生的愛國主義情懷，鼓勵學生努力鉆研中醫(yī)藥優(yōu)秀文化，把中醫(yī)藥文化發(fā)揚光大，推動中醫(yī)藥事業(yè)發(fā)展。

2.充分利用信息化技術(shù)，推動新技術(shù)應用。利用VR/AR虛擬技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)+智慧校園平臺、學習通平臺、實訓室的青鹿系統(tǒng)等信息化資源，使技能形象化、立體化和游戲化，提高了學習效率。教學內(nèi)容形象具體，教學形式豐富多樣，讓學習變得有趣、有效，課堂參與度明顯提高，作業(yè)完成率達90%以上。

3.培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。通過視頻展示丸劑傳統(tǒng)的包裝方式，然后通過實訓操作感知丸劑的泡罩式包裝，通過頭腦風暴的方式讓學生了解泡罩包裝的好處。引導學生感受技術(shù)創(chuàng)新給生活帶來的便利，培養(yǎng)學生勇于探索和敢于創(chuàng)新的精神。

（六）教學反思

存在的不足：（1）學生課前自主學習內(nèi)容較多，需要時間較長，基于學生學習態(tài)度、認知水平差異導致自主學習效果參差不齊。（2）教學使用的VR/AR 軟件，個別學生不適應，學習的速度較慢；每名學生進行VR/AR 軟件的操作練習時，因時間和次數(shù)有限，以及學生個體差異性，學生難于較全面掌握丸劑包裝操作規(guī)程。（3）思政元素的融入，有時感覺有些生硬，不夠自然，思政元素資料也不充足。

改進設想：（1）結(jié)合學生的特點，及時提醒學生復習鞏固相關(guān)課程的知識，做到多門學科融會貫通，提高學習的效率。（2）適當對學生開放VR/AR技術(shù)在藥品生產(chǎn)中應用的課后練習，讓學生適應新的技術(shù)，新的方法在教學中的應用；在課程內(nèi)容、時間設置上更合理一些，讓全體學生全過程、全方位地感受課堂的趣味性、學習的有效性、技能的實用性。（3）思政元素的融入需要潤物無聲，便于學生接受，思政的資料的收集也需要教師平時的積累與思想水平的提高，這些都對教師的教學能力提出了更高的要求。

四、AR/VR技術(shù)在“藥物制劑設備”課程中遇到的困難

隨著AR/VR技術(shù)在教育行業(yè)的推廣應用，該信息化技術(shù)在教學中的優(yōu)勢越來越明顯，但是在應用過程中也存在一些問題。首先，VR/AR資源建設成本比較高，不僅要建設價格昂貴的VR/AR實訓室，而且要購買軟件程序，對于一門課程只能選擇幾個難理解或者常用的知識點作為切入點制作VR/AR軟件，而不能大范圍應用。其次，在學生上課學習過程中需要佩戴眼罩，但是長時間佩戴眼罩會出現(xiàn)不適，在市面上銷售的眼罩在制備工藝和體驗方面都有待進一步改進。最后，隨著信息化技術(shù)與教育的深度融合，對任課教師也提出了更高的要求，需要教師加快自身的發(fā)展。

結(jié)語

綜上所述，在“藥物制劑設備”這門課程中使用VR/AR技術(shù)，起到了顯著的教學效果。VR/AR系統(tǒng)有效構(gòu)建了學習者與制藥設備之間的互動，不但增加了學生的學習積極性、興趣，同時隨著公司軟件的發(fā)展不斷更新課堂教學內(nèi)容也緊隨企業(yè)發(fā)展趨勢，逐步減少為不斷更新制藥教學設備所投入巨大的資金投入，培訓的學生也越來越適應公司的發(fā)展需要，進一步提升了學生的綜合素養(yǎng)。隨著信息化技術(shù)和教育的深度融合，VR/AR技術(shù)在制藥技術(shù)等專業(yè)的應用越來越廣泛，相信在未來的教育發(fā)展中，信息化技術(shù)能更好地為制藥行業(yè)服務。