技工院校虚拟现实技术的应用及前景研究

周志涵

关键词：虚拟现实技术；技工院校；医药类专业；数字赋能

湖南技工教育“十四五”规划指出技工教育的全面数字化已成必然趋势，工信部《关于加快推进虚拟现实产业发展的指导意见》提到“推进虚拟现实技术在职业教育等领域的应用，构建虚拟教室、实验室等教学环境，打造虚拟实训基地，促进虚拟现实教育资源开发”。《湖南省高水平高职学校和专业群及优质中职学校和专业（群）建设计划实施方案》提出要完善智慧教学设施。因此建设一批智慧教室、直播教室、智慧实训（实验）室等虚拟现实技术应用场地，是职业院校学生技能培养的必然之举。

1 数字赋能教学助力技工院校提质强校

1.1 内在需求，虚拟现实技术的应用能固本强基

技工教育主要按照课堂理论教学，实验室实训开展教学，部分学校建立了一体化课堂、理实一体化教室，但部分专业的传统实训模式碍于时空限制、仪器设备投入不够，无法达成人才培养目标。因此，利用有限的资金、场地，最大化地规划和建设适合当前校情的实验实训室，是提升学校竞争力和内涵提升的关键，建设能填补、辅助、扩展传统实训教学的虚拟现实实训室是技工院校特色强基路上的一道必答题。

1.2 现存痛点，医药类专业融合虚拟现实技术是必经之路

医药行业实验室设备存在生产设备专属性强、设备更新快、临床常用剂型多、生产工艺流程技术要求高等特点，校内实践教学基地运行产生的产品无法产生直接经济效益，使校内实践教学基地运行成本高居不下，在校内实践教学基地的建设中很难为学生提供真实的生产环境去达成培养目标。同时受限于药品生产准入制度与管理法规，校内实训基地无法根据生产法规更新的要求，导致教学与实际生产脱节。

2 虚拟现实技术在人才培养中的实践

2.1 医药类技工院校的课程特点

医药类课程设置按照公共课模块、专业基础模块、专业核心模块、实训模块、选修课模块设置，实验、实训课时占比超过50%。

2.2 虚拟现实与传统教学的实施

2.2.1 研究对象的确定

选取中药、药物制剂、药品营销3个专业，每个专业2个行政班级（按40人/班作为有效参与人数），一个班级开展虚拟现实技术教学，另一班级为传统教学班，进行对比研究。

2.2.2 课程和典型技能点的选取

依据人才培养方案、课程标准及专业技能抽查标准，从以下模块中选取典型项目进行实施：①基础模块，选取中药、药物制剂、药品营销3个专业均开设的课程《人体解剖生理学》。②专业核心板块，选取中药专业《中药学》。③实训模块：选取《药品生产质量管理规范》（GMP） 模拟实训。课程的实施的技能点如下（表1） 。

2.2.3 教学实施

以《人体解剖生理学》心肺听诊、中药专业课程《中药学》人参、药物制剂专业《GMP模拟实训》压片技术这3个典型技能点为例， 安排好虚拟现实教学活动、实训内容解析，总结平台的特点（表2） 。

2.2.4 学习效果比较

设计10分制电子问卷，从学习主动性、感兴趣程度、课程教学满意度、虚拟交互性、操作成绩、理论考试成绩6项指标开展调查。对实施虚拟现实技术教学的学生、传统教学班级的学生开展教学效果调查，采用数据分析软件SPSS25.0对二者教学效果开展配对t检验，其中，A表示解剖生理学课程，B表示中药学课程，C表示药物制剂课程，1为虚拟现实技术教学组，2为传统教学组，比较两个教学组之间的教学效果（表3） 。

数据显示应用虚拟现实技术的教学班级学生的主动性、感兴趣程度、满意度和交互性认可度、操作成绩均优于传统实训教学，理论考试成绩略高但未呈现显著性差异。

2.3 讨论

2.3.1 激发学习兴趣 创造良好学习氛围

虚拟现实技术教学借助虚拟现实系统中的硬件设备，激发参与者的直观感觉，如心肺听诊技能，将各种病理杂音汇集到虚拟人体模型，节约了教师搜集病例和学生体验不同的病理杂音所需花费时间和精力；再如人参生长过程通过虚拟现实技术带领学生感受破土而出的惊喜，从幼苗到采摘再到入药，体验到时空转换，通过设计打破了技术与体验之间的壁垒[1]，交互式设计带领学生在沉浸式状态下学习，极大地激发了学习兴趣[2]，数据显示学生对虚拟现实技术教学的主动性、感兴趣程度均显著高于传统教学（P=0.000**） 。

2.3.2 提升课程满意度 有效夯实操作技能

虚拟现实技术，如3D数字技术直接呈现人体构造区别于传统教学需借助人体标本开展教学；如GMP 生产过程，在虚拟工作环境中通过生产环节的设置，按照真实工作任务一步步闯关到最后完成压片，并且可以通过网络终端在课中和课后反复练习和巩固，夯实了学生的操作技能。学生通过虚拟技术，利用自身感官和交互设备，能够积极地投入学习，寓教于乐，加深了对知识的理解，提高了学习效率[3]，较好地提升了学生对课程的满意度，数据表明学生对虚拟现实技术教学的交互性、满意度均顯著高于传统教学。

虚拟现实技术让学生对技能的操作能力得到提升。但因为素材的欠缺，仅在课程的重要技能模块使用虚拟现实教学，并未贯穿每门课程的全部实训。而且技工学校的学生文化基础薄弱、理论知识有效内化度低，通过对学生的期末理论成绩对比分析可知，虚拟现实技术班级较传统教学班级学生的理论成绩略有提高，但在三门课程中未呈现显著性（P=0.762，P=0.522，P=0.909） ，因此在虚拟现实教学中设置系统化的基于过程的考评方法，加强教学的整体监管，完善评估回馈模式[4]。

3 建议及展望

虚拟平台建设超越时空、节约了建设成本、拓展了教学场景，同时虚拟现实技术应用也要根据学校的实际情况进行恰当的选择，并对师资有更高的要求。

3.1 节约了建设成本

医药类虚拟现实技术教学平台的使用，充分发挥了虚拟的空间想象力及创新力，将真实生产流程、真实工作场景实时互动的方式呈现，通过数据库和网络通信等信息技术构建虚拟实训工作环境，如在GMP 实训课程中的应用，打破了实践教学的空间、时间、成本等限制[5]，并能够随着虚拟系统的升级，满足国家最新版本的GMP（如中国药典每5年更新一次，其生产条件符合最新版本的更新迭代）要求，从而有效避免实体GMP模拟车间实训场地的落后、淘汰、无法实时更新的问题，为学校节约大量的资金和场地建设成本。虚拟现实技术的应用，大幅降低了教学材料的购买、设备的购入及维护费用，在保证或提高了教学质量的同时降低了教学成本。

3.2 拓展教学场景

如离线练习、安全事故模拟等，借助虚拟现实技术可轻松呈现，学生通过虚拟技术平台反复参与回到教学或实训课程，增加了学生利用碎片化时间学习的机会。另外通过虚拟现实技术设置的相关安全操作要求，化学物的易燃、易爆、易制毒等试剂可以有效规避使用危险，同时通过虚拟环境创设安全事故，通过虚拟现实技术让学生“身临其境”，能让学生规范操作，杜绝安全事故，提高安全意识。拓展了教学场景。

3.3 根据学校实际情况建设

虚拟现实技术用于医药专业课程教学的第1阶段以计算机房加软件安装模式为代表的如心肺模拟系统，其优点是价格低、看之有物。呈现的场景主要是计算机房样式；第2阶段以VR技术为代表的如压片技术，其特点是价格适中，为大多数学校的选择，呈现场景中主要是少量电脑、若干大型显示器、VR眼镜及空地；第3阶段以VR、AR、全息投影互动为代表的如人参仿真教学，最为先进，其特點是价格较高，呈现的场景主要是投影装置，全息互动触动终端和大面积空地。就设备数量上1阶段的最多，3阶段最少，经费投入则正好相反，学校可根据实际情况选择。此外，虚拟现实技术在理论和实训中的大量应用，对教师职业能力提出了新的要求，在具备专业知识的基础上需要掌握虚拟现实使用技术和计算机技能。

4 结束语

技工院校在数字化建设的浪潮中，审时度势将虚拟现实技术应用到教学上。既要在合理硬件建设上下功夫，又要能充分利用虚拟现实技术增强、填补、辅助、扩展实训和理论教学。同时还要兼顾适应学生需求，并能让学生感兴趣，进行自主探究学习，培养出具备一定的创新能力，具备良好岗位技能操作能力的新时代技能人才。