VR技术在高职制药类专业实训中的应用初探

2020-03-24廖云严媛代晓丽

现代职业教育·高职高专 2020年26期

廖云严媛代晓丽

[摘要] VR技术是利用计算机生成多源信息融合的交互式三维动态视景和实体行为的系统仿真，能通过人体各感觉神经让感受者身临其境。由于VR技术的沉浸性、构想性、交互性特征，使各行各业受益匪浅，深入研究潜力巨大，因此将VR技术应用于高职制药类专业实训中，能够使实训课程实现低成本、高参与，安全有趣、丰富和可逆的开展。

[关键词] VR技术;实训教学;高职教育

[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2020）26-0114-03

实训是职业技能实际训练的简称，以项目实战为主，侧重于学习者动手操作能力。而高职制药类专业的教育目的不仅包括传授给学生必要的专业理论知识，同时还必须坚持市场导向原则，为社会提供对口的高职技术专业人才，要求学生在校学习知识和技能的时候，一方面要不断提升自己的专业能力与素质，另一方面还必须要依托实训课程来培养深厚的职业素养。所以，实训课程是高职院校教育中必不可少的一部分。但是传统实训教学依然存在许多问题：学习内容复杂、不易理解;教学使用设备昂贵且存在实训的不可逆性，导致不能重复操作;实践教学资源分散，共享使用率低;操作存在安全隐患;形式单一乏味;受时间和空间限制等。21世纪以来，科学技术的飞速发展也带动了实训课程的发展，VR技术全面应用到实训课程中，将有效提升学习兴趣，促进学习动力，提升自主学习能力，还可降低实训成本，使实训课程系统、全方位地开展。但是，目前VR技术在实训中应用还处于初级阶段，迫切需要研发一种基于VR技术的高职制药类专业实训课程体系。

一、VR技术简介及国内外发展概况

VR（Virtual Reality，虚拟现实）是指综合利用计算机图形系统和各种现实及控制等设备，在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术。该技术立足于信息技术、多媒体技术等现代化先进技术，借助传感器、人机界面来实现。它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的交互式三维动态视景和实体行为的系统仿真。通俗地解释，VR技术会模拟出逼真的三维虚拟世界，并通过视觉、听觉、触觉，甚至是嗅觉、味觉等，最大限度地接近现实环境，让使用者感受身临其境的效果，用户可以在虚拟环境中满足各种体验需求，同时还能有效地与环境中的系统进行通讯。VR技术将现代化职能技术、传感器技术以及计算机技术等有机融为一体，全面调动起用户全身感觉器官，真实地体验到各种场景的转换。

VR概念在20世纪60年代首次提出，起源于美國，但由于当时科学技术限制，仅停留在理论和概念上。随着21世纪科学技术的进步，特别是计算机硬件技术、信息技术的发展，虚拟现实也飞速发展。美国拥有主要的VR研究机构，并且把虚拟行星探索作为重点研究目标。欧洲国家对于VR技术的研究也起步较早，技术相对成熟，英国研究公司研究设计DVS系统，在各领域中研究使用VR技术处于领先地位，并实现VR技术应用的标准化和环境编辑语言的先进性。同时，对于技术处理、辅助设备的设计研究亦处于前沿，如2014年德国的宝马公司曾研究出眼镜可实现增强功能，一经推出就应用于汽车维修培训，眼镜通过增强功能以及和系统的处理可以按步骤向用户显示索要维修的车辆故障处的具体操作，操作具体到使用的工具和需要拆、拧的螺丝，用户只需要带上智能眼镜根据眼镜知识的步骤操作就可以解决包括发动机在内的汽车故障，更重要的是可以通过眼镜清晰、直观地学习装配步骤、结构和发动机运作原理等。

VR技术是人类与机器在互动形式与互动内容上的颠覆性革新，打开了人类认知的新的大门，因其特有的沉浸性、构想性、交互性特征，各行各业掀起研究热潮，教育、医学、军事、商业、影视等领域纷纷加入。但是，中国在VR技术研究远远落后于发达国家，研究的起步时间晚，经验积累缺乏，研究成果稀缺甚至受限于国外研究成果，并且VR技术在中国的研究与行业结合度有限，缺乏深入研究。中国国科委国防科工委部高瞻远瞩，认真分析优劣势，结合我国国情将VR技术研究列为国家科研工程的核心工程。

二、VR技术在实训课程中的应用

2016年G20峰会上明确提出：“要将互联网作为核心，全面开展一轮科技革命，加快对仿真技术、人工智能技术等的创新。”与此同时，政府也连续颁布了扶持VR产业的发展：VR技术被纳入“十三五”规划国家重点扶持的新兴产业体系中。2017年国务院印发《国家教育事业发展“十三五”规划》《教师教育振兴行动计划（2018—2019年）》和《2019年教育信息化和网络安全工作要点》中都强调要充分利用大数据、虚拟现实、人工智能等，全力推进教育与科技结合，实现教育与虚拟现实等科技的互促、进步。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》中明确指出，在加快教育信息化建设进程中要“加强优质教育资源开发与应用;加强网络教学资源体系建设;引进国际优质数字化教学资源”。由此表明，教学资源建设与整合在实践教学中起着举足轻重的作用，所以，在高职学院引进优质教学资源“VR技术实训”是教学的发展方向。中国药科大学曾研究出类似VR技术应用的GMP仿真实训系统，该系统采用图片和录像进行演示和介绍，只涉及制药设备的外观和原理，并且是以动画的形式呈现，中药制作过程中的前期处理以及中间最关键的制备内容、过程并未成为其侧重点。该系统虽然涉及VR技术的应用原理，但是技术形式单一，侧重点偏离高职院校实训课程的重点内容，并且没有进行仿真模拟，没有达到身临其境的效果。在机电类专业课程中可以采用VRPPT技术使传统教学中的二维PPT转化为3D教学，使二维物体可视化，便于学生对基本原理和概念的理解及掌握。广东食品药品职业学院研究出中药实训仿真系统软件，可以对中药的药材制备、生产过程进行仿真模拟，但是模拟过程中画面的流畅度和清晰度还存在技术缺陷。此后，该学院组织了一支专业团队，以“项目驱动—跨界协同”的方式，采用VR技术开发了“虚拟工厂”，实现了对工厂、车间的场景布局、机械设备的结构与工作原理、工人岗位操作与考核的仿真模拟，也实现了由传统的“讲授+真实实训”向“在线自主学习+虚拟实训+面授教学+真实实训”的混合实践教学模式的转变。因此，对于高职制药类专业研究、引进VR实训课程技术迫在眉睫，是中药学实训发展的研究风向标，也是中药实训课程实现操作逼真、界面流畅、制药生产流转工艺模拟的转折点。

三、VR技术在实训课程中的必要性

实训课程作为高职院校职业技能培训中必不可少的一部分，是在职业教育机构体制下，按照不同社会需求培养对口专业人才，对在校学生的实操能力和职业知识理论进行针对性训练的课程。21世纪以来，虚拟假人、仿真实训软件和过程模拟设备等新型实训教具的出现，在传统实训教学之外，为实训课程提供了新的选择和方法，也使实训教学手段越来越多样化。但一直以来，包括高职制药类专业在内的实训课程教学主要存在以下几个方面的问题。（1）高职实训课程教学的组织形式还停留在传统的大班教学中，由于传统实训车间高昂的建设费用和运行成本，使实践教学资源（工位数）普遍不足，无法开展大规模教学。（2）由于受各种因素制约，实践教学难点多且不易解决，部分设备结构及生产工艺流程复杂、生产周期长、真实条件下难以直接、深入观察，更难以系统、持续地开展实训，虽然VR技术已作为各职业院校实训课程的重要支持手段，但能够深度反映生产工艺流程的系统却很少。（3）因受场地、经费投入等因素限制，制药类专业的实践教学资源较为分散，不利于校内实训车间、校外实训基地等的教学，难以满足学生个性化学习的需要。（4）在运用多手段实训教学过程中，教学方法之间无法进行相互融合，容易造成学生在学习过程中掌握的知识点碎片化和单一化，且学习缺乏系统性，难以养成良好的实训习惯及素养。（5）受科技文化进步的影响，生长在高科技时代的学生不满足于传统的教学模式，倾向于新奇、科技的技术和产品，比如VR实训课程。（6）工厂设备、制药流程操控、药品生产等大多依靠高新技术，减少原药材损耗和降低人工成本，因此掌握高新技术的人才稀缺，而传统生产工艺人才大量过剩，导致高职制药类专业培养的技术人才与实际生产所需技术人才脱节，教育模式滞后，毕业学生就业率低。

因此，将VR技术运用于高职制药类专业实训中，有以下优点：（1）VR技术可将教学内容中固化、晦涩的制备流程可视化，采用图片、视频和仿真模拟技术极大限度地逼真呈现出制备流程，增强沉浸感和师生的交流互动。（2）使复杂难懂的知识简单化，针对空间想象力缺乏和反应速度较慢的学生，可以将复杂难懂的知识以多角度、多方向、多思维方式、多状态的形式呈现，甚至还可以放大和灵活应用部分实验过程细节，帮助学生打开思维和视野，知识点简单易懂。（3）实训内容可逆化。教学过程中经常涉及实际不可逆的实训操作，而实训需要重复操作，VR实训课程实现可逆化的操作，配合学生重复操作，熟练操作、加深印象、提升实际操作技能。（4）危险实训内容安全化。面对流程、功能都不熟悉的机器、化学仪器，因操作流程不熟悉或没有充分了解性质而存在安全隐患，可能会导致学生身体健康受到危害，严重的可能还会威胁到生命安全。充分运用VR技术实现逼真的模拟，既可以保证操作学习的体验感，同时还可以避免危险的发生，排除安全隐患。（5）促进学生内在学习动力，提升学习兴趣。通过新奇的科学技术，激发学生的好奇心和求知欲，增强学习动力和兴趣。（6）实现情景学习，加深知识点记忆。VR实训课程通过视觉、听觉、触觉，甚至是嗅觉、味觉等，调动全身的感觉器官，让使用者身临其境，精力高度集中，让知识点深深印在脑海中。（7）实训课程多样化，同时降低实训成本。VR技术会模拟出逼真的三维虚拟世界，突破传统的课堂教学模式，模拟出丰富多样的情景课堂，能够实现药材、流程、效果等多样化，而且相比较于传统情景塑造大大降低实训成本。（8）突破时空界限，创建基于真实的学习环境，使实训课程更加形象直观，不再仅限于讲解加图片和视频的模式。（9）优质教育资源共享。通过互联网技术把多台异地计算机连接在一起，创建一个虚拟的共享平台，多类型、多形式、多角度地分享、交流教学经验、心得和技巧，使优异的教學资源实现最大化的共享，最大限度地发挥作用。（10）高职制药类专业对在校学生的教育包括传授必要的专业理论，包括教育学生为人处世的道德，还包括实践能力的培养。通过VR技术所具有的诸多优势实现实训课程的场景仿真，开展学生的仿真实践和情景化教学，为社会培养对口的技术人才，从而解决学生毕业后的就业难题。

四、小结

VR技术研究方兴未艾，政府出台政策大力扶持并纳入“十三五”规划国家重点扶持的新兴产业体系中，积极鼓励各界人士加入VR技术的研究与运用。而在教育行业中，教学模式单一、昂贵的教学器材匮乏且利用率不高、学生人数多而不易开展实训课程、教学资金耗费巨大等诸多情况存在，对于VR技术运用到实际教学中的研究很匮乏，存在许多空白区域需要研究开发，尤其是相对于高职制药类专业药物课程的实训研究运用越发匮乏，迫切需要VR技术深入研究，与教育行业深度融合。由于VR技术独特的沉浸性、构想性、交互性，运用到教学中来可节省实训课程开展的巨额成本，能充分调动学生的视觉、听觉、触觉，甚至是嗅觉、味觉等，全身的感觉器官都活跃起来，使学生身临其境，充分提高学生学习能力和兴趣，增强课程安全性和多样性，为高职制药类实训仿真模拟提供无限的可能性，为高职制药类专业培养对口社会需求的高技术人才提供高科技平台、打下夯实的基础。同时，VR技术在高职制药类实训中，突破传统的实践教学，依托现代化计算机技术的平台实现虚实结合的实践教学环境，创新实训课程的教学模式。同时，基于VR实训的高职制药类专业的教学模式，以对口社会需求的专业人才培养为目标导向，基于混合学习理念，混合多元化计算机技术、多形式教学和学习方式，可以显著提高学生的职业技能水平。

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