技工院校虛擬現實技術的應用及前景研究

周志涵

關鍵詞：虛擬現實技術；技工院校；醫藥類專業；數字賦能

湖南技工教育“十四五”規劃指出技工教育的全面數字化已成必然趨勢，工信部《關于加快推進虛擬現實產業發展的指導意見》提到“推進虛擬現實技術在職業教育等領域的應用，構建虛擬教室、實驗室等教學環境，打造虛擬實訓基地，促進虛擬現實教育資源開發”。《湖南省高水平高職學校和專業群及優質中職學校和專業（群）建設計劃實施方案》提出要完善智慧教學設施。因此建設一批智慧教室、直播教室、智慧實訓（實驗）室等虛擬現實技術應用場地，是職業院校學生技能培養的必然之舉。

1 數字賦能教學助力技工院校提質強校

1.1 內在需求，虛擬現實技術的應用能固本強基

技工教育主要按照課堂理論教學，實驗室實訓開展教學，部分學校建立了一體化課堂、理實一體化教室，但部分專業的傳統實訓模式礙于時空限制、儀器設備投入不夠，無法達成人才培養目標。因此，利用有限的資金、場地，最大化地規劃和建設適合當前校情的實驗實訓室，是提升學校競爭力和內涵提升的關鍵，建設能填補、輔助、擴展傳統實訓教學的虛擬現實實訓室是技工院校特色強基路上的一道必答題。

1.2 現存痛點，醫藥類專業融合虛擬現實技術是必經之路

醫藥行業實驗室設備存在生產設備專屬性強、設備更新快、臨床常用劑型多、生產工藝流程技術要求高等特點，校內實踐教學基地運行產生的產品無法產生直接經濟效益，使校內實踐教學基地運行成本高居不下，在校內實踐教學基地的建設中很難為學生提供真實的生產環境去達成培養目標。同時受限于藥品生產準入制度與管理法規，校內實訓基地無法根據生產法規更新的要求，導致教學與實際生產脫節。

2 虛擬現實技術在人才培養中的實踐

2.1 醫藥類技工院校的課程特點

醫藥類課程設置按照公共課模塊、專業基礎模塊、專業核心模塊、實訓模塊、選修課模塊設置，實驗、實訓課時占比超過50%。

2.2 虛擬現實與傳統教學的實施

2.2.1 研究對象的確定

選取中藥、藥物制劑、藥品營銷3個專業，每個專業2個行政班級（按40人/班作為有效參與人數），一個班級開展虛擬現實技術教學，另一班級為傳統教學班，進行對比研究。

2.2.2 課程和典型技能點的選取

依據人才培養方案、課程標準及專業技能抽查標準，從以下模塊中選取典型項目進行實施：①基礎模塊，選取中藥、藥物制劑、藥品營銷3個專業均開設的課程《人體解剖生理學》。②專業核心板塊，選取中藥專業《中藥學》。③實訓模塊：選取《藥品生產質量管理規范》（GMP） 模擬實訓。課程的實施的技能點如下（表1） 。

2.2.3 教學實施

以《人體解剖生理學》心肺聽診、中藥專業課程《中藥學》人參、藥物制劑專業《GMP模擬實訓》壓片技術這3個典型技能點為例， 安排好虛擬現實教學活動、實訓內容解析，總結平臺的特點（表2） 。

2.2.4 學習效果比較

設計10分制電子問卷，從學習主動性、感興趣程度、課程教學滿意度、虛擬交互性、操作成績、理論考試成績6項指標開展調查。對實施虛擬現實技術教學的學生、傳統教學班級的學生開展教學效果調查，采用數據分析軟件SPSS25.0對二者教學效果開展配對t檢驗，其中，A表示解剖生理學課程，B表示中藥學課程，C表示藥物制劑課程，1為虛擬現實技術教學組，2為傳統教學組，比較兩個教學組之間的教學效果（表3） 。

數據顯示應用虛擬現實技術的教學班級學生的主動性、感興趣程度、滿意度和交互性認可度、操作成績均優于傳統實訓教學，理論考試成績略高但未呈現顯著性差異。

2.3 討論

2.3.1 激發學習興趣 創造良好學習氛圍

虛擬現實技術教學借助虛擬現實系統中的硬件設備，激發參與者的直觀感覺，如心肺聽診技能，將各種病理雜音匯集到虛擬人體模型，節約了教師搜集病例和學生體驗不同的病理雜音所需花費時間和精力；再如人參生長過程通過虛擬現實技術帶領學生感受破土而出的驚喜，從幼苗到采摘再到入藥，體驗到時空轉換，通過設計打破了技術與體驗之間的壁壘[1]，交互式設計帶領學生在沉浸式狀態下學習，極大地激發了學習興趣[2]，數據顯示學生對虛擬現實技術教學的主動性、感興趣程度均顯著高于傳統教學（P=0.000**） 。

2.3.2 提升課程滿意度 有效夯實操作技能

虛擬現實技術，如3D數字技術直接呈現人體構造區別于傳統教學需借助人體標本開展教學；如GMP 生產過程，在虛擬工作環境中通過生產環節的設置，按照真實工作任務一步步闖關到最后完成壓片，并且可以通過網絡終端在課中和課后反復練習和鞏固，夯實了學生的操作技能。學生通過虛擬技術，利用自身感官和交互設備，能夠積極地投入學習，寓教于樂，加深了對知識的理解，提高了學習效率[3]，較好地提升了學生對課程的滿意度，數據表明學生對虛擬現實技術教學的交互性、滿意度均顯著高于傳統教學。

虛擬現實技術讓學生對技能的操作能力得到提升。但因為素材的欠缺，僅在課程的重要技能模塊使用虛擬現實教學，并未貫穿每門課程的全部實訓。而且技工學校的學生文化基礎薄弱、理論知識有效內化度低，通過對學生的期末理論成績對比分析可知，虛擬現實技術班級較傳統教學班級學生的理論成績略有提高，但在三門課程中未呈現顯著性（P=0.762，P=0.522，P=0.909） ，因此在虛擬現實教學中設置系統化的基于過程的考評方法，加強教學的整體監管，完善評估回饋模式[4]。

3 建議及展望

虛擬平臺建設超越時空、節約了建設成本、拓展了教學場景，同時虛擬現實技術應用也要根據學校的實際情況進行恰當的選擇，并對師資有更高的要求。

3.1 節約了建設成本

醫藥類虛擬現實技術教學平臺的使用，充分發揮了虛擬的空間想象力及創新力，將真實生產流程、真實工作場景實時互動的方式呈現，通過數據庫和網絡通信等信息技術構建虛擬實訓工作環境，如在GMP 實訓課程中的應用，打破了實踐教學的空間、時間、成本等限制[5]，并能夠隨著虛擬系統的升級，滿足國家最新版本的GMP（如中國藥典每5年更新一次，其生產條件符合最新版本的更新迭代）要求，從而有效避免實體GMP模擬車間實訓場地的落后、淘汰、無法實時更新的問題，為學校節約大量的資金和場地建設成本。虛擬現實技術的應用，大幅降低了教學材料的購買、設備的購入及維護費用，在保證或提高了教學質量的同時降低了教學成本。

3.2 拓展教學場景

如離線練習、安全事故模擬等，借助虛擬現實技術可輕松呈現，學生通過虛擬技術平臺反復參與回到教學或實訓課程，增加了學生利用碎片化時間學習的機會。另外通過虛擬現實技術設置的相關安全操作要求，化學物的易燃、易爆、易制毒等試劑可以有效規避使用危險，同時通過虛擬環境創設安全事故，通過虛擬現實技術讓學生“身臨其境”，能讓學生規范操作，杜絕安全事故，提高安全意識。拓展了教學場景。

3.3 根據學校實際情況建設

虛擬現實技術用于醫藥專業課程教學的第1階段以計算機房加軟件安裝模式為代表的如心肺模擬系統，其優點是價格低、看之有物。呈現的場景主要是計算機房樣式；第2階段以VR技術為代表的如壓片技術，其特點是價格適中，為大多數學校的選擇，呈現場景中主要是少量電腦、若干大型顯示器、VR眼鏡及空地；第3階段以VR、AR、全息投影互動為代表的如人參仿真教學，最為先進，其特點是價格較高，呈現的場景主要是投影裝置，全息互動觸動終端和大面積空地。就設備數量上1階段的最多，3階段最少，經費投入則正好相反，學校可根據實際情況選擇。此外，虛擬現實技術在理論和實訓中的大量應用，對教師職業能力提出了新的要求，在具備專業知識的基礎上需要掌握虛擬現實使用技術和計算機技能。

4 結束語

技工院校在數字化建設的浪潮中，審時度勢將虛擬現實技術應用到教學上。既要在合理硬件建設上下功夫，又要能充分利用虛擬現實技術增強、填補、輔助、擴展實訓和理論教學。同時還要兼顧適應學生需求，并能讓學生感興趣，進行自主探究學習，培養出具備一定的創新能力，具備良好崗位技能操作能力的新時代技能人才。