淺談虛擬仿真實驗實訓平臺在中職實訓教學中的應用

曹明宇 曲 藝 李明月 時藝銘

（吉林省醫藥中等職業學校 吉林·長春 130000）

0 引言

隨著社會對職業教育的逐步重視，學界對高職藥學實驗課程改革研究越來越多，但是對中職實驗課程改革研究相對卻較少。虛擬仿真教學由于其具有虛擬性、開放性等傳統教學沒有的特點，其實踐和研究已成為中職藥學實驗課程改革的主要方向。通過虛擬仿真實訓平臺的建設，可以幫助中職學校藥學課程建立新的評價標準和新體系，同時有助于提升提高教師的實踐教學水平和豐富實踐教學內容，讓學生對實踐學習有更新穎的體會，激發學生的求知欲，提升學生的學習積極性，同時，也拓展了教師教學平臺，對教學工作有積極的推動意義。

1 研究背景與問題的提出

虛擬仿真技術，最早起源于美國軍方的作戰模擬系統，現已被廣泛應用。目前我國已經有很多學校引進了虛擬仿真技術，并且根據自己實際的教學需求對虛擬仿真實驗室進行建設。

中職學校作為在21世紀逐步被重視起來的教育領域，目前也是促進其發展的最好時機。對于中職學校來講，其與義務教育最大的區別就是它需要有理論教學與實踐教學的結合，然而許多學校卻沒有足夠的實力支持學生的實踐教育，因此，虛擬仿真實訓系統應運而生，并且被中職學校廣泛應用。

1.1 中職學校實訓教學現狀

實訓課程結果的好壞，影響著學生整個職業素養的發展。因此，在中職學校的教學中，實訓課程尤為重要。首先，實訓教學可以有效地激發學生的主觀能動性以及自主性，其次還可以鍛煉學生的溝通、交際、動手、觀察思維能力等。再次，通過實訓教學，學生可以盡早的步入工作角色，避免學生對于未來的工作過度幻想，可以讓他們做好充足的心理準備，做好足夠的心理建設。最后，通過實訓教學，可以讓學生在工作中保持著實事求是，嚴謹認真的態度。

但是縱觀近年來我國中等職業學校實訓教學的實際狀況，其實并不是很樂觀。通過實地調查與文獻閱讀相關文獻的研究可以發現，目前我國中職學校實訓教學中還存在著一些問題，比如在實訓教學中，很多學校的理論教學和實踐教學不匹配，資金投入和設備投入不足，學校的建設還停留在多年前的規模，并沒有與時俱進，沒有創造符合現代社會發展的實訓基地，同時也缺乏經驗豐富的實訓教師，也沒有建立起一個能夠為學生全面提升綜合素質的培養體系。

1.2 虛擬仿真技術的發展與趨勢

1965年，計算機圖形學之父提出了虛擬仿真的理論。1989年美國拉尼爾正式提出的虛擬仿真的概念。從此美國對于該技術投入了大量的研究，分別將其使用在航空航天，軍事系統等多個領域。我國在20世紀90年代初開始研究虛擬仿真技術。最早的研究在北京航空航天大學進行，結合了諸多名校，例如浙江大學，清華大學，北京大學等，共同對虛擬仿真進行理論研究、技術創新以及系統開發。近50年來，虛擬仿真技術得到了全力的發展，時至今日已經在很多領域上都大放異彩。

進入21世紀之后，虛擬仿真技術開始逐步應用在教育教學上。由于虛擬仿真技術可以模擬各種高危的環境，同時可以增強學習者的現場感、即時感和沉浸感，也可以將實驗中可能出現的問題全部展現在學習者的面前，因此深受教育界的喜愛。通過虛擬仿真實訓平臺的應用，可以實現學生與學生之間的互動、教師與學生之間的互動、學生與物理環境之間的互動，通過虛擬現實模擬的方式，更加直觀、真實的進行實訓學習，對實訓學習大有幫助。

2 發展虛擬仿真實驗實訓平臺的意義

2.1 有利于提升學生的學習興趣

與傳統平面教學不同，虛擬仿真系統是“立體”的，全面的。在情景創設、協作交流方面，虛擬仿真技術都在傳統教學基礎上有了全新的突破。在教學中，可以通過三維動畫模型，將課程更直觀和豐富地展示給在學生面前。此外，虛擬方針實訓系統還具有很強的交互性，教學內容積方式生動有趣，也可以實時反饋學生與教師的意見，通過信息技術，可以對教學中可能遇到的各種情境進行現實模擬。通過系統可以觀察到不同的假設可能會遇到的所有的結果。這種教學方式可以有效激發學生的創造性思維，還能夠提高學生的學習興趣。脫離了以往教學的單一形式，虛擬仿真實訓平臺的應用，為教學打開了新的出路，強化學生的心理素質，幫助學生適應工作，強化學生的心理素質。

通過虛擬仿真實訓平臺，學生可以全面的了解很多大型器械的使用和操作原理。在此之后，教師可以通過仿真技術設計一些學生在工作時可能會遇到的一些場景，讓學生自主思考，去找到解決問題的辦法。在藥學專業，學生可以在藥品的制作、生產、檢驗到銷售各個環節都進行實訓學習，在學習過程中學生可以進行分組討論，將所能遇到的一切狀況記錄下來，有助于他們在日后工作中及時發現問題，及時解決，鍛煉學生的應變能力，提升學生的職業素養。通過課堂上的師生討論，能夠引導學生自主思考，充分調動課堂氣氛。

2.2 有利于降低教學成本

隨著科技的不斷進步，我國對教學要求的不斷提高，現在很多學校的建設進度已經趕不上社會的發展，并且由于科技的不斷創新，電子設備更新換代的速度加快，這也就提升了學生學校對于教學基礎建設的成本。科學技術傳播所需要的硬件資源和師資配備條件不斷提升，這也對很多中職學校造成了巨大的壓力。尤其像一些大型器械，僅僅是購入這些器械，對一些中職學校就會造成很大的壓力，然而后續的更新、維護以及學生的使用都會對資金投入有著巨大的要求。這不僅會造成教學資源的浪費，也會因為教學資源無法跟上教學進度，造成教學停滯不前的狀態。通過虛擬仿真實訓技術的應用，建立虛擬仿真實訓平臺，其在根本上只需要將軟件進行更新與升級，就可以滿足學校對于學生實訓的條件，而無須對于一些硬件進行持續性的，定期的升級與維護。此外，虛擬仿真系統最大的特點就是不需要將硬件資源進行全部替換，在實訓過程中，不需要消耗任何的材料，對于器械也沒有任何的損耗。同樣的實訓教學內容，可以讓不同的學生多次重復的去觀看、學習以及操作。虛擬仿真實訓教學具有共享性，先進性以及易擴性。在教學過程中減少了人力，資金的投入，也可以使教學內容與時俱進。教學資源在虛擬的環境中可以得到不斷的更新，教學的技術可以跟得上社會的真實需求，這就使中職學校的實訓內容，可以隨時滿足企業的要求。

2.3 適用性廣

以往在傳統教學模式的實踐教學中，由于硬件跟不上教學的要求，因此具備適應性差的劣勢。同樣的器械只能夠滿足一門科目的教學，并不適用于全校的所有學生。虛擬仿真實訓系統卻不受任何課程與學科類別的限制。在虛擬仿真實訓平臺上，所有的科目都可以進行實訓教學，其適用性非常的廣泛。通過虛擬仿真實訓平臺，學生可以隨時隨地在任何地方，任何時間去對想要掌握的知識進行學習，可以通過觀看視頻及模擬操作等對實踐的環節進行細致的剖析與觀察。在教學功能上，同一個虛擬仿真真實訓系統可以兼容一個學校所需要講授的所有學科的內容。所有科目所需要進行的實踐教學，都可以通過通用型應用軟件來進行教學。一款軟件可以進行不同課程的教學，一門課程的實訓教學也可以通過不同的軟件來進行講解。通過虛擬仿真實訓系統的使用，學生可以獲得與真實操作一樣的結果，能夠讓學生對于時間、內容有一個全方位的理解。

2.4 有效解決傳統實訓教學的難題

傳統實訓教學有一個弊端，就是其消費較高，虛擬仿真實訓系統可以有效的解決這一問題。除此之外像一些高危的實踐活動，都可以通過虛擬仿真實訓系統去進行，從根本上避免了實踐會出現危險的可能。由于虛擬仿真實訓系統可以真實的模擬實踐中可能會發生的每一個細節，學生可以放心大膽的去對實驗進行操作，來觀察不同的操作會造成什么結果，以便日后在真正的工作中盡量去避免這種結果的發生。虛擬仿真實訓教學不僅可以縮短時間，提升效果，又可以將原本不能直觀展示的結果完整的展示到學生的面前。例如，在藥品制劑制作過程中，由于操作失誤，可能會導致原本的藥品具備毒性，學生通過虛擬仿真實訓系統的操作，能夠精確地把握藥品的劑量，明白哪里出現偏差，會造成怎么樣的嚴重后果，這也就能夠為他們日后的工作敲醒警鐘，避免自己犯錯。

3 發展虛擬仿真實訓平臺建設中應注意的問題

3.1 應與經濟建設相結合

由于虛擬仿真實訓系統軟件主要由外國系統開發，這就意味著這些系統的能力，不一定能夠適應國內的教學狀況。同時，大多數系統都是需要收費的，這也提升了中職學校及高職學校的教學成本。想要從根本上解決這個問題，首先就是要大力發展我國的科技，發展一套屬于我國自己的虛擬仿真實訓系統。在開發虛擬仿真公共服務平臺的過程中，不僅要符合中職學校的教學規律與教學標準，同時也要與區域經濟相結合，和重大產業以及新興技術融合。在開發過程中，應該從實際出發，全面的了解新興產業以及現代技術。將目光放的長遠，關注高端制造業，力求將軟件開發成為一個具有相當廣泛的覆蓋面以及技術非常先進的虛擬仿真實訓教學平臺。同時，也應該依托中職學校的實訓基地群，將實訓服務向外輻射擴大，直接對于區域經濟的發展進行正面的影響。

3.2 加強設備開發的力度

虛擬仿真名稱的由來，就是其能夠通過虛擬的場景，將現實社會的一切仿真的出現在人們的面前，讓體驗者身臨其境，這就需要視覺，聽覺，觸覺，嗅覺等感官的功能對虛擬仿真技術的支撐。這也就意味著需要應用到更多的先進技術來開發虛擬仿真技術，在后期的應用上也需要配備相關的工具才能夠使實現效果達到完美。例如，3D掃描儀，高清顯示器，模擬頭盔等等。對于中職學校醫學相關專業的虛擬仿真實訓平臺建設來講，如在中藥專業，學生需要學習到中藥材的種植，生長，采集，風干，儲存等等一系列過程，然而，許多藥材的形成都是需要很長的時間，這就需要虛擬仿真實訓平臺，在很短的時間內，將植物漫長生長的過程壓縮起來，并且供學生細致的觀察。為了使學生的感觸更加逼真，因此在實踐操作的時候，就需要用到許多的交互設備，讓學生能夠感受到藥品在不同時間段的質感的變化以及味道的變化，讓學生能夠全心全意的將精力投放在虛擬仿真實驗中，在提升學生學習興趣的同時，也能夠提升學生的知識技能。

當然，在虛擬仿真實訓系統中，配套的軟件開發也是非常重要的。除了實訓系統之外，還應該開發虛擬仿真教學管理系統，這就可以使教師和學生跨越地域來進行隨時隨地的交流。在平臺上登錄的時候，需要學校的教師和學生提供自己的賬號與密碼，這樣可以保護學生和教師的個人信息，同時也能夠確保知識共享的安全性。通過在實訓系統的學習，師生雙方都可以完善翻轉課堂的教學。對于相關的大型機器的使用，學生可以更加直觀的了解到每一個細節，教師也可以通過細節的放大，有針對性的對學生進行講解。

3.3 加快虛擬仿真實訓教學的規范化和標準化建

由于虛擬仿真實訓教學方便快捷，能夠有效地幫助學校進行實踐教學，因此近幾年發展迅速，然而，目前虛擬仿真實訓教學的建設卻由于缺乏統一的標準，因此發展得良莠不齊。而其導致最直接的結果就是沒有辦法去保證教學的質量。因此，要制定一個切實可行的規范系統，例如建設項目質量檢驗標準化，學生使用操作流程要有明確的指向。同時將虛擬仿真技術與其他先進技術相結合，有的放矢，針對不同的課程，設置有特色的虛擬仿真實訓系統，選擇使用效率高的虛擬仿真實訓工具，可以從根本上提升實訓最終效果。

3.4 推廣虛實結合的實訓教學理念

虛擬仿真實訓系統可以更方便快捷的幫助學生去理解實訓的內容，但是卻不一定能夠真實的提升學生的動手實操能力。虛擬仿真實訓教學，歸根結底只是模擬和仿真，在整個實訓的過程，學生其實是缺少實物感的，因此虛擬仿真實訓系統無論有多么高級，都無法代替真正的實訓。在此基礎上，學校應該依托于虛擬仿真實訓教學，同時開展線下的真實教學，讓學生能夠認識到雙方的特點，掌握不同的精髓。在不同的實訓過程中了解自己需要從中學會到什么知識，二者優勢互補，但又無法互相取代。在藥學的實訓過程中，虛擬仿真實訓系統可以幫助學生近距離的是觀看各種大型精密、昂貴儀器的操作過程，同時也可以通過軟件的操作去對該設備進行操作，但是這些操作終歸只是通過軟件來進行，而非自己親自動手，因此，在學生進行真正的實踐操作的時候可能會摸不著頭腦，無從下手。所以，不能過度依賴虛擬仿真實訓教學，而是應該有側重地對于線上線下分別進行不同的教學，虛實結合才能夠相得益彰。在進行虛擬仿真實訓的基礎上，適當地安排一些真實情境的操作，能夠加強學生的印象，提升學生的動手能力，讓學生在線上學習，在線下實操，再通過線上復習，鞏固知識，提升動手能力，達到事半功倍的效果。

3.5 注重虛擬仿真統設計和教學人才隊伍的建設

想要提升虛擬仿真實訓教學系統的建設，在根本上就應該提升相關專業人員的素質。造就一支人員精干專兼結合，結構合理，素質優良的虛擬仿真實訓系統建設和教師隊伍，在此基礎上，同時培養一批熟練崗位、技能技術優秀、專業性強，懂得實訓教學的實訓教師是目前虛擬仿真實訓系統所必需的配套人力隊伍。想要確保虛擬仿真實訓系統的科學性以及確保系統可以被得到合理的使用，這就需要在根本上提升教師的教學理念與教學方法，讓教師接受這種新興的教學方式，并全身心地去認識和使用。同時也可以考慮與合作的企業進行再次的深度合作，讓企業人員能夠明白怎樣去使用虛擬仿真實訓系統，依托自己多年真正的實踐經驗，來為學生更真切地講解儀器的操作，方便學生的學習。

4 結語

科學的進步推動著社會的發展，科技改變著我們的生活，也在不在不斷融入到教育之中。在新時代，針對不同的教育方向產生了不同的教育方式，虛擬仿真實訓系統與教學的融入，對于學生和教師都是一個非常好的發展。在可以解決很多傳統實訓教學中的難題的同時，也可以為師生帶來不一樣的教學體驗。另外，虛擬仿真實訓教學技術的開發，有利于革新中職學校的教育理念，能夠優化人才結構，加快素質型人才的培養。作為最新的教育手段，虛擬仿真實訓系統的前景依舊非常光明，科技人員及教學人員應加快步伐，快速推進虛擬仿真實訓系統的發展，為我國中職學校實訓工作打開嶄新的大門。