虛擬仿真技術(shù)在高職院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐

趙立斐，于東曉，郭秀梅，于玲玲

（黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院，黑龍江 牡丹江 157041）

虛擬仿真技術(shù)就是通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模仿真實(shí)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景，借助視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)等與虛擬場(chǎng)景交互，讓學(xué)生身臨其境體驗(yàn)虛擬現(xiàn)實(shí)，因其具有沉浸式、交互式和想象性的特點(diǎn)，作為傳統(tǒng)教學(xué)手段的有力補(bǔ)充，近年來(lái)被越來(lái)越多地應(yīng)用于實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，加之彌補(bǔ)了高職院校實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)基礎(chǔ)薄弱的不足，特別適合高職實(shí)訓(xùn)類教學(xué)[1]。

1 虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于實(shí)訓(xùn)教學(xué)意義

隨著《關(guān)于實(shí)施中國(guó)特色高水平高職學(xué)校和專業(yè)建設(shè)計(jì)劃的意見(jiàn)》的出臺(tái)，打造高水平的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)勢(shì)在必行[2]。采用虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)，構(gòu)建虛擬實(shí)踐教學(xué)場(chǎng)景，將 “教、學(xué)、做”教學(xué)模式和虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，拓展了理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的結(jié)合廣度，使學(xué)生更深刻地掌握生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝、控制流程等知識(shí)，并以其高效率、低成本、內(nèi)容豐富、學(xué)習(xí)過(guò)程高效和安全等優(yōu)勢(shì)得到越來(lái)越多的應(yīng)用和推廣。因此，在課程的教學(xué)中引入虛擬仿真技術(shù)具 有重要的意義。

2 虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)的架構(gòu)

虛擬實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)應(yīng)包括云服務(wù)存儲(chǔ)端、公共資源平臺(tái)、應(yīng)用運(yùn)行軟件、學(xué)生交流平臺(tái)及配套的軟硬件設(shè)備等，運(yùn)行過(guò)程將用戶、資源、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用分離，極大地提升用戶體驗(yàn)感受，破解時(shí)間和空間的制約，提高教學(xué)效果。云服務(wù)存儲(chǔ)端供師生使用，支持多種終端設(shè)備在線瀏覽、下載及交流功能，具備系統(tǒng)、學(xué)習(xí)和資源管理功能。公共資源平臺(tái)的整合，立足現(xiàn)有優(yōu)質(zhì)資源，保證資源豐富多樣，在建設(shè)上應(yīng)遵循資源的規(guī)范管理，科學(xué)分類和合理評(píng)價(jià)原則。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)軟件開(kāi)發(fā)采用結(jié)構(gòu)化開(kāi)發(fā)思路，從分析、設(shè)計(jì)、實(shí)施和維護(hù)幾個(gè)階段入手，充分尊重專業(yè)教師和學(xué)生的實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)思路，有利于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、優(yōu)化軟件和提升實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果；對(duì)于學(xué)生交流平臺(tái)，應(yīng)采用“信息+服務(wù)+交流”的模式，用戶登錄平臺(tái)，可以瀏覽、下載平臺(tái)信息，查詢服務(wù)及接 發(fā)通知，同時(shí)可以發(fā)表評(píng)論、上傳資源、建立個(gè)人空間等[3]。

3 虛擬仿真應(yīng)用于高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)的實(shí)例

教育部發(fā)布《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》中指出虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于教育，是現(xiàn)代教育信息化建設(shè)重要內(nèi)容，是高質(zhì)量實(shí)踐教學(xué)不可或缺的前提和保障[4]。黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心從2011年開(kāi)始籌建，2011年與北京東方仿真軟件技術(shù)有限公司合作，引入青霉素發(fā)酵工藝仿真軟件；2012年與廣州金博信息技術(shù)有限公司合作，引入“寶芝林”藥店經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)軟件，解決了《微生物發(fā)酵技術(shù)》《GSP應(yīng)用技術(shù)》《藥學(xué)服務(wù)技術(shù)》等課程生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)教學(xué)項(xiàng)目受硬件、場(chǎng)地、時(shí)間限制不能完成的難題。藥品必須按照《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》（GMP）組織生產(chǎn)，GMP應(yīng)用技術(shù)是制藥類專業(yè)的必修課，由于制藥企業(yè)不能隨時(shí)接受學(xué)生頂崗實(shí)習(xí)及實(shí)習(xí)輪崗，而且實(shí)習(xí)企業(yè)不能涵蓋所有劑型的生產(chǎn)，這給學(xué)生頂崗實(shí)習(xí)基地的建設(shè)帶來(lái)新的困難。為了解決上述問(wèn)題，2018年學(xué)校與南京藥育智能科技有限公司合作，引入藥物制劑GMP虛擬實(shí)訓(xùn)仿真平臺(tái)。2020又與北京東方仿真軟件技術(shù)有限公司合作，引入東方仿真食品加工與檢測(cè)仿真軟件平臺(tái)，涵蓋食品生產(chǎn)單元3D虛擬現(xiàn)實(shí)仿真軟件十多項(xiàng)。通過(guò)幾年的建設(shè)，建成了“虛實(shí)互補(bǔ)”的食品藥品生產(chǎn)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心，該虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心總面積740 m2，建有模擬仿真實(shí)訓(xùn)室、模擬大藥房、中藥文化慧館、制藥技術(shù)虛擬實(shí)訓(xùn)基地等，投入資金數(shù)百萬(wàn)元，同時(shí)，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心支撐了“制藥技術(shù)” “微生物應(yīng)用技術(shù)” “健康管理師” “智慧農(nóng)業(yè)教學(xué)資源”3D虛擬仿真等7項(xiàng)學(xué)生技能大賽，2項(xiàng)省級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，獲得國(guó)家級(jí)、省級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)8項(xiàng)；支撐教師教學(xué)能力提升，獲全國(guó)職業(yè)院校信息化教學(xué)大賽二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，黑龍江省信息化教學(xué)大賽一等獎(jiǎng)3項(xiàng)。

4 虛擬仿真應(yīng)用于實(shí)訓(xùn)教學(xué)的問(wèn)題和對(duì)策

虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)，解決了教學(xué)中諸多“瓶頸”問(wèn)題，是推動(dòng)高職院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)與信息化技術(shù)融合的有力手段，極大地助推了高職院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)的發(fā)展進(jìn)步，但作為一種新的教學(xué)手段，其在建設(shè)、應(yīng)用及管理等方面還存在不成熟的地方。

4.1 資金投入不足

2016年國(guó)家提出職業(yè)教育教學(xué)的信息化和現(xiàn)代化建設(shè)，2017年正式頒布了關(guān)于規(guī)范性開(kāi)展虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)建設(shè)方面的通知，所以虛擬仿真教學(xué)這幾年得到較快發(fā)展，本校雖然起步較早，已有十年的發(fā)展過(guò)程，但是平均每年幾十萬(wàn)的投入還是比較低的，相比發(fā)達(dá)省份的院校存在較大差距，整體存在投入不足，發(fā)展不均衡的情況。各高職院校應(yīng)該提高站位，切實(shí)加大建設(shè)和資金投入力度，拓展資金來(lái)源渠道，開(kāi)展虛擬仿真實(shí)訓(xùn)相關(guān)的科研項(xiàng)目，建設(shè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心，使虛擬仿真實(shí)訓(xùn)得到長(zhǎng)足發(fā)展[5]。

4.2 “虛擬”和“現(xiàn)實(shí)”背離

由于虛擬仿真實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)不科學(xué)，不遵循課程學(xué)習(xí)規(guī)律和學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，對(duì)建設(shè)的內(nèi)涵理解存在偏差以及意圖取代傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤等，致使虛擬產(chǎn)品的質(zhì)量不高，現(xiàn)實(shí)匹配度低，不能滿足教學(xué)的需要。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)建設(shè)應(yīng)該立足尊重課程、學(xué)生和尊重認(rèn)知，基于能力本位開(kāi)發(fā)功能，提升虛擬產(chǎn)品技術(shù)水平，提高模擬的逼真度。教學(xué)模式上力推虛擬+現(xiàn)實(shí)的混合型教學(xué)，基于教師、教材和教法，將任務(wù)顆粒化，有機(jī)地將課前、課中和課后學(xué)習(xí)進(jìn)行融合，打造優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、遞進(jìn)式的實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系，高效合理地發(fā)揮虛擬仿真實(shí)訓(xùn)的輔助作用。

4.3 無(wú)“規(guī)矩”不“方圓”

按照教育部門的文件要求，虛擬仿真資源是“優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源”，然而由于虛擬仿真教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)缺少精準(zhǔn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不嚴(yán)，在建設(shè)上存在簡(jiǎn)單化構(gòu)建、無(wú)序化發(fā)展、重復(fù)性建設(shè)、教學(xué)資源低質(zhì)、資源共享困難等情況。故此，相應(yīng)的職能部門應(yīng)該推動(dòng)虛擬仿真教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，制定虛擬仿真教學(xué)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)適用范疇、統(tǒng)籌資源調(diào)度與共享、制定發(fā)展規(guī)劃和加強(qiáng)監(jiān)督等[5]。

4.4 技術(shù)人員配備短缺

虛擬仿真技術(shù)教學(xué)是一種較新的模式，很多老師對(duì)此項(xiàng)技術(shù)不熟悉，往往在仿真實(shí)訓(xùn)建立后，沒(méi)有得到充分地利用，同時(shí)又沒(méi)有配備仿真專業(yè)技術(shù)維護(hù)人員，遇到問(wèn)題不能很好解決，甚至導(dǎo)致設(shè)備閑置的情況。所以，需要對(duì)教師進(jìn)行定期的技術(shù)培訓(xùn)和交流，并使軟件開(kāi)發(fā)的專業(yè)人員對(duì)接任課教師，隨時(shí)解決使用中的問(wèn)題，另外，各實(shí)訓(xùn)中心要配備專職的虛擬仿真教學(xué)實(shí)訓(xùn)員，保確保實(shí)訓(xùn)順利地開(kāi)展。

4.5 虛擬仿真實(shí)訓(xùn)課程建設(shè)滯后

虛擬仿真實(shí)訓(xùn)未納入課程體系建設(shè)重要地位，服務(wù)課程門數(shù)少、輔助課程教學(xué)功能待提高、對(duì)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的作用有限、缺少虛擬仿真實(shí)訓(xùn)課程方面的專門講義或教材等問(wèn)題，在課程建設(shè)上，打造適應(yīng)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)的課程體系，突出虛擬仿真實(shí)訓(xùn)的重要地位，加大虛擬仿真的課程融合，開(kāi)發(fā)出更多的虛擬仿真課程，著重強(qiáng)調(diào)虛擬仿真對(duì)學(xué)生創(chuàng)新和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)，編制虛擬仿真實(shí)訓(xùn)配套講義或者教材，拓展虛擬仿真實(shí)訓(xùn)資源。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本校虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心的建設(shè)實(shí)踐，利用虛擬仿真實(shí)訓(xùn)輔助教學(xué)，解決了傳統(tǒng)教學(xué)的瓶頸，避免了教學(xué)資源的浪費(fèi)，提高了實(shí)訓(xùn)教學(xué)的效率和質(zhì)量，也增強(qiáng)了學(xué)生的專業(yè)技能和創(chuàng)新創(chuàng)造能力，為高職院校培養(yǎng)高素質(zhì)的高技能人才提供支撐。同時(shí)，還應(yīng)注意到，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)仍存在不成熟的地方，如何解決好這些問(wèn)題，將其用好用巧，最大化地發(fā)揮它的作用，成為擺在我們面前的重要課題。隨著國(guó)家對(duì)教育信息化的重視和各院校對(duì)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)的應(yīng)用，虛擬仿真技術(shù)教學(xué)會(huì)得到更好的發(fā)展。