虛擬仿真實訓教學創(chuàng)新模式研究
——以藥品生產(chǎn)技術專業(yè)群為例

劉竺云,沙赟穎,王立中,陸劍鋒,張茂風

1.泰州職業(yè)技術學院, 江蘇 泰州 225300;2.江蘇省智能制藥產(chǎn)教融合集成平臺, 江蘇 泰州 225300

為貫徹落實《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》《國家職業(yè)教育改革實施方案》《職業(yè)教育提質(zhì)培優(yōu)行動計劃(2020-2023年)》等文件精神[1-3],泰州職業(yè)技術學院以江蘇省中國特色高水平高職學校建設為契機,積極探索虛擬仿真技術在職業(yè)教育教學改革與發(fā)展中的新思路、新模式、新機制,建設智能制藥虛擬仿真實訓中心,助力職業(yè)教育數(shù)字化升級,增強專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

1 藥物制劑生產(chǎn)“1+X”證書制度

《國家職業(yè)教育改革實施方案》(國發(fā)[2019]4號)提出,在職業(yè)院校啟動“學歷證書+若干職業(yè)技能等級證書”制度試點(以下稱“1+X”證書制度試點)工作,進一步發(fā)揮學歷證書作用,夯實學生可持續(xù)發(fā)展基礎,鼓勵職業(yè)院校學生在獲得學歷證書的同時,積極取得多類職業(yè)技能等級證書,拓展就業(yè)創(chuàng)業(yè)本領,緩解結構性就業(yè)矛盾。各類職業(yè)技能等級證書具有同等效力,是職業(yè)技能水平的憑證,能夠反映職業(yè)活動和個人職業(yè)生涯發(fā)展所需要的綜合能力。

為貫徹落實《國家職業(yè)教育改革實施方案》《教育部辦公廳等三部門關于推進“1+X”證書制度試點工作的指導意見》等政策文件要求,推進藥品類首個“1+X”藥物制劑生產(chǎn)職業(yè)技能等級證書試點工作有序開展,重慶醫(yī)藥高等專科學校與江蘇恒瑞醫(yī)藥股份有限公司強強聯(lián)合,申報并獲批了教育部藥物制劑生產(chǎn)職業(yè)技能等級證書。2021年11月,泰州職業(yè)技術學院成功入選全國第一批藥物制劑生產(chǎn)“1+X”職業(yè)技能等級證書考核站點。

在未來醫(yī)藥行業(yè)中,醫(yī)藥類人才需求將顯著增大,質(zhì)量管理類人才將更受重視,生產(chǎn)類人員需求量保持平衡但對技能和素質(zhì)的要求越來越高。“1+X”證書必將是未來評判職業(yè)技能人才的重要標準。“1+X”藥物制劑生產(chǎn)職業(yè)技能等級證書從藥品生產(chǎn)“人—機—料—法—環(huán)”全過程規(guī)范化培養(yǎng)學生的藥品生產(chǎn)管理技能,必將為社會培養(yǎng)出專業(yè)技術更高、操作技能更強的藥學人才[4]。

“1+X”證書制度的試行,對高職學生的職業(yè)技能培養(yǎng)提出了更高的要求,尤其是對于藥品生產(chǎn)技術等實踐性比較強的專業(yè),高等職業(yè)教育的培養(yǎng)目標是培養(yǎng)高素質(zhì)的技能型人才,主要突出知識點的實際應用能力,因此專業(yè)課程實驗實訓教學質(zhì)量在很大程度上決定了人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

2 目前實訓教學中存在的問題

2.1 實訓室建設和使用成本太高

藥品生產(chǎn)技術專業(yè)群“無菌制劑技術”“非無菌制劑技術”“藥品檢驗技術”等主干課程所涉及的主要儀器設備一般規(guī)模都比較大、價格比較昂貴,學院預算有限,部分設備無法購入,所購入的設備臺套數(shù)也不能完全滿足學生實訓課程的需要。例如:固體生產(chǎn)車間需要配備粉碎機、振蕩篩、混合機、制粒機、整粒機、壓片機、包衣機、膠囊充填機等;液體生產(chǎn)車間需要配備配液罐、灌封機、燈檢機、冷凍干燥機等;公用工程車間需要配備制藥用水制備系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)等。實訓室前期建設需要投入的資金較大,并且實訓開始后設備所需的投料量也較多,設備運行成本及后期維護成本也比較高。

2.2 實訓過程存在安全隱患

在傳統(tǒng)實訓課堂授課過程中,盡管教師多次講述并反復強調(diào)設備的標準操作流程以及風險點,但很多學生從心理上并未加以重視,若學生在尚未熟悉的情況下直接進入生產(chǎn)車間,動手操作實訓室的大中型設備(如粉碎設備、制粒設備等)就會存在較大的風險;此外,制藥過程可能存在污染(如粉塵飛揚等),如果學生沒有很好的安全意識,不能做好自我防護,會存在一定的風險。因此,只有在學生熟悉設備、了解設備運行機制、清楚風險控制點等基礎情況的前提下,才能有效避免實訓過程中存在的安全隱患。

2.3 實訓教學效果不佳

對于一些比較復雜的大型設備,僅靠理論講述和教師展示,學生無法很好地理解和掌握,且不少學生對中大型設備存在畏懼,剛接觸的時候不敢動手操作,需要經(jīng)過多次實操才能達到比較高的熟練度;且學生人數(shù)眾多,需要分多個批次教學,實訓期設備運行中等待的時間較長,學生實際上手操作時間較短,無法做到隨時練習,學習效率不高。

3 虛擬仿真實訓教學的優(yōu)勢

虛擬仿真大大增強教學的交互性、體驗性和趣味性。利用虛擬仿真等現(xiàn)代信息技術,建設虛擬仿真實驗教學平臺,開發(fā)虛擬現(xiàn)實學習資源,優(yōu)化學習體驗。創(chuàng)設沉浸式學習場景,將抽象的內(nèi)容用可視化多維虛擬技術展現(xiàn),虛擬實訓過程更加接近現(xiàn)實場景,使得學習過程更加形象、直觀[5]。即使在疫情防控期間也能實現(xiàn)居家不停學,線上線下結合開展形式多樣的學習活動,能夠提高課堂時效性及教學效果。

3.1 虛擬仿真技術能夠有效提升學生學習趣味性

按照傳統(tǒng)實訓方法,教師首先發(fā)布生產(chǎn)指令和生產(chǎn)相關文件,講解生產(chǎn)過程及相關注意事項,學生按照生產(chǎn)崗位標準操作規(guī)程以及所使用的生產(chǎn)設備標準操作規(guī)程完成相應崗位生產(chǎn)操作,整個過程主要依靠教師的講授,比較枯燥,學生興趣不高。而虛擬仿真技術能為學生創(chuàng)設一個三維虛擬生產(chǎn)環(huán)境,能將生產(chǎn)過程生動、形象地展現(xiàn)在學生面前,寓教于樂,趣味性十足,讓學生能夠以游戲的心態(tài)充分參與進來,以學習為樂。

3.2 虛擬仿真技術能夠有效提升學生學習主動性

虛擬仿真技術通過設置一環(huán)又一環(huán)的生產(chǎn)任務,每完成一個任務系統(tǒng)都會有相應的完成情況提示,以激發(fā)學生的挑戰(zhàn)意識,使其積極主動地去利用虛擬仿真實訓手段輔助學習,從以往傳統(tǒng)的以教師講授為主轉(zhuǎn)變?yōu)榻處熇锰摂M仿真技術為學生提供仿真教育場景,使學生沉浸其中,積極挑戰(zhàn),有效地提升了學習主動性。

3.3 虛擬仿真技術能夠有效提升學生學習效率

虛擬仿真技術打破了時間和地域的限制,只需要一臺裝載了虛擬仿真軟件的電腦,就可以隨時隨地進行仿真實訓練習。目前,學院的仿真實訓室完全可以滿足學生線下仿真實訓的要求,做到一人一機,讓每位學生都有充分的練習時間。以顆粒干燥崗位為例,學生在傳統(tǒng)實訓的顆粒干燥崗位上,等待濕顆粒干燥到含水量3%以下的這個過程,耗時非常久,學生的學習效率不高。而虛擬仿真技術在這一點上具有得天獨厚的優(yōu)勢,將顆粒干燥設備的運行過程以動畫形式展現(xiàn)出來,大大提升了學生對崗位操作流程及設備運行過程等的學習效率。

3.4 虛擬仿真技術能夠有效提升學生學習效果

以固體制劑生產(chǎn)流程的教學過程為例,在傳統(tǒng)實訓教學中,教師完全按照固體片劑生產(chǎn)流程(粉碎→過篩→混合→稱量→制粒→干燥→整粒→總混→壓片→包衣→質(zhì)檢→入庫)的前后順序進行教學。但在實訓考核時候,仍有學生無法完全正確地描述完整過程。在虛擬仿真技術的幫助下,學生能夠全面生動地了解車間的生產(chǎn)布局、產(chǎn)品的生產(chǎn)過程、產(chǎn)品的質(zhì)量檢測項目等,以及崗位生產(chǎn)職責及崗位標準操作規(guī)程。學生經(jīng)過虛擬仿真實訓學習并通過考核之后,再到GMP生產(chǎn)車間進行實操練習鞏固崗位認知,提升實操水平,從而有效提升學習效果。

4 虛擬仿真實訓教學資源建設存在問題

4.1 資源匹配度不夠

開發(fā)一款虛擬仿真實訓軟件前期投入非常大。針對學生特定的學習領域,為學生提供一個虛擬仿真的工作場景,模擬工作現(xiàn)場的真實生產(chǎn)過程,需要專業(yè)教師與行業(yè)企業(yè)專家在針對專業(yè)崗位核心職業(yè)能力進行仔細調(diào)研的基礎上,分析崗位真實工作任務及工作過程所需要的知識、能力和素質(zhì)要求,結合專業(yè)培養(yǎng)目標,進行整體統(tǒng)籌規(guī)劃,而往往市面上現(xiàn)有的虛擬仿真資源與專業(yè)課程匹配度不夠,與制藥類職業(yè)特性、真實情境、實際生產(chǎn)過程有一定差距,難以充分發(fā)揮虛擬仿真教學的優(yōu)勢[6]。

4.2 使用效果達不到預期

目前,現(xiàn)有的虛擬仿真資源在使用過程中存在重點偏移、多流程重復等問題。以藥品生產(chǎn)GMP虛擬實訓仿真系統(tǒng)為例,在該軟件操作過程中,學生操控操作工“李雷”進行具體崗位操作時,需要走到系統(tǒng)給定的光圈位置,才能夠觸發(fā)任務,這就導致學生在練習時重心會偏向于去記憶光圈位點,而模糊了生產(chǎn)流程與GMP意識等重點;在口服固體制劑制備相關崗位仿真實訓過程中,流程存在很大程度的相似性,基本流程都是“領取文件→生產(chǎn)前檢查→領取物料→生產(chǎn)加工→物料交接→清場→清場檢查→離開車間”,因此學生在做到后續(xù)的一些生產(chǎn)崗位時,會產(chǎn)生一定的疲勞感,興趣性會降低,學習效果也會比靠前的崗位學習效果略差。

4.3 評價結果不夠客觀

在近幾年使用各類仿真軟件進行仿真考核的過程中,筆者發(fā)現(xiàn)學生在反復多次練習之后,就像玩游戲一樣輕松記住每一個關卡,因此學生在仿真實訓過程中,即使沒有認真學習和吸收相應的崗位基礎知識、崗位操作規(guī)程、生產(chǎn)制備流程等,也能夠順利完成實訓考核,得到一個不錯的分數(shù)。可見目前仿真軟件在考核評價這一點上做得還不夠完善,考核評價方式比較單一,無法準確測試學生真實掌握情況。

5 構建虛擬仿真實訓教學創(chuàng)新模式

5.1 設計“底層基礎共享、中層模塊化、高層方向拓展”的專業(yè)群實踐教學模式

緊密圍繞制藥產(chǎn)業(yè)需求,產(chǎn)教融合,對接制藥產(chǎn)業(yè)新工藝、新劑型、新技術,分析藥品生產(chǎn)技術專業(yè)群就業(yè)崗位的典型工作任務和核心職業(yè)能力,校企共同通過“崗位→工作領域→工作任務→職業(yè)能力”分析,設置專業(yè)課程,開發(fā)融入“1+X”證書的課程標準,構建高水平專業(yè)教學標準與職業(yè)技能等級標準對接、職業(yè)教育與職業(yè)培訓融通的結構化課程體系;把虛擬仿真建設與課程建設緊密融合,對應專業(yè)群課程體系,形成底層基礎共享(平臺類課程)、中層模塊化(關鍵崗位的基本素質(zhì)、核心能力、職業(yè)能力等)、高層方向拓展(崗位遷移能力)的大平臺專業(yè)群實訓課程體系;針對公共性強的實訓課程以及學生需要重點掌握和難以掌握的實訓教學環(huán)節(jié),開發(fā)相應的虛擬仿真實訓模塊,通過單純虛擬仿真實訓或先虛擬仿真實訓再實操實訓的方式助力實訓教學全面性、安全性及質(zhì)量的提升,將虛擬仿真模型與實際設施設備彼此映射,做到仿真與實操相統(tǒng)一,以虛促實、虛實結合。如圖1所示。

圖1 藥品生產(chǎn)技術專業(yè)群實訓課程模式

5.2 搭建“五位一體”虛擬仿真實訓教學資源體系

依托藥品生產(chǎn)虛擬仿真實訓中心開發(fā)和建設實訓課程資源,融入“1+X”證書、國家職業(yè)資格證書標準,采用數(shù)字虛擬仿真、VR全景展現(xiàn)、人機交互等先進的教育信息化技術,以“藥品生產(chǎn)教學資源”為中心,構建“藥品生產(chǎn)仿真”“藥品檢驗仿真”“藥品包裝仿真”“藥品倉儲仿真”“藥學服務仿真”五個方面的虛擬仿真教學資源,包括基礎資源(活頁式實訓教材、實訓教學大綱、實訓案例庫等)以及虛擬仿真項目資源(虛擬仿真教學資源平臺、3D模型、交互設計等),形成“五位一體”的實驗教學體系,引入行業(yè)新技術、新工藝、新規(guī)范,與行業(yè)龍頭企業(yè)共建專業(yè)核心課程資源,探索線上線下相結合的混合教學模式,建設標準化實踐案例和課程資源庫。將虛擬仿真信息化技術融入專業(yè)課程的理論教學以及實訓教學,推動課程建設和課堂教學改革。該教學資源體系如圖2所示。

圖2 “五位一體”虛擬仿真實訓教學資源體系

5.3 組建“產(chǎn)教融合、共建共享”的“理-實-虛”一體化新平臺

利用互聯(lián)網(wǎng)技術、虛擬現(xiàn)實技術和多媒體技術,園校企(校企合作的參與方,包括學院、中國醫(yī)藥城園區(qū)管委會和園區(qū)內(nèi)醫(yī)藥企業(yè))[7]共同開發(fā)在線虛擬仿真實驗共享平臺,采取“理-實-虛”一體化的教學構架,實現(xiàn)“理論與實踐、虛擬與實操、線上與線下”三結合。圍繞藥品生產(chǎn)技術專業(yè)群的職業(yè)崗位,以職業(yè)能力培養(yǎng)為重點,聯(lián)合揚子江藥業(yè)集團等企業(yè),共同開發(fā)信息化教學資源庫,在現(xiàn)有的現(xiàn)代學徒制教學的“學生友好型”在線共享資源庫基礎上,進一步完善各種資源,完善能力模塊課程資源、培訓認證資源、虛擬資源、技術服務資源的相關內(nèi)容。將制藥行業(yè)企業(yè)新技術融入專業(yè)核心課程,實現(xiàn)資源的共建、共管、共享和共用。該一體化平臺如圖3 所示。

圖3 藥品生產(chǎn)技術專業(yè)群實訓資源一體化平臺

5.4 優(yōu)化“多元化”虛擬仿真實訓基地

從現(xiàn)有藥品生產(chǎn)技術專業(yè)群仿真實訓基地出發(fā),基于江蘇省智能制藥產(chǎn)教融合集成平臺建設需求,新建智能制藥沉浸式虛擬實訓中心需具有三重功能:一是“崗位與工廠”一體化,實現(xiàn)“微觀到宏觀,局部到系統(tǒng)”鍛煉,提升過程工程的實踐與創(chuàng)新能力;二是“虛擬與現(xiàn)實”一體化,實現(xiàn)“走得進,看得見,開得動”情景,提供可靠、安全、經(jīng)濟的實驗項目;三是“學校與企業(yè)”一體化,實現(xiàn)“處處、人人、時時”能學,建立教育教學與企業(yè)的無縫對接。該中心采用“多元開發(fā)+多元應用”創(chuàng)新,本著“理論驗證—技能培訓—綜合訓練”目的,遵照 “學校—企業(yè)—軟件企業(yè)”模式,共同開發(fā)、共同管理、共同享用[8]。該中心的建立將進一步提升藥品等專業(yè)的實踐教學水平,可為企業(yè)培養(yǎng)具有綜合能力的操作技術人員和操作管理人員,發(fā)揮面向社會的教學實踐平臺的作用,推進行業(yè)技術水平的進一步提升。

泰州職業(yè)技術學院藥品生產(chǎn)技術專業(yè)群實施虛擬仿真實訓教學新模式以來,有效解決了職業(yè)教育實訓環(huán)節(jié)面臨的“高投入、高損耗、高風險、難實施、難觀察、難再現(xiàn)”現(xiàn)象,補充了傳統(tǒng)實驗實訓課堂的不足,提高了學生掌握操作技能的效率,增強了其GMP意識和標準化意識,促進了教學內(nèi)容、教學手段和教學方法的現(xiàn)代化,引領了教師實訓教學的創(chuàng)新化發(fā)展,提高了學生整體綜合素養(yǎng)和操作技能水平。