虛擬仿真實訓基地支撐體系研究
——以食品藥品類專業為例

黃德軍，何文勝

（福建生物工程職業技術學院，福建 福州 350007）

0 引言

在國家產業升級和經濟結構調整不斷加快，各行各業對技能人才的需求越來越緊迫的環境下，國務院頒布了《國務院關于加快發展現代職業教育的決定》，進一步推動了職業教育教學改革。為了提高職業院校學生的動手操作能力與綜合實踐能力，各高等職業院校進行了大量符合專業特色的實驗實訓基地的建設。而傳統食品藥品類專業實訓基地存在的缺陷越來越明顯，難以滿足日益增長的實踐教學量與質需求，在管理上也缺少信息化的支撐。

2019年國務院印發的《國家職業教育改革實施方案》，在完善職業教育培訓體系、促進產教融合校企合作雙元育人等方面做出專門部署，為深化“三教”（教材、教法、教師）改革指明了發展方向。而加強職業教育學校內涵建設，推進“三教”改革則成為當前職業院校提升辦學質量和人才培養質量的重要切入點。其中教學方法是改革的路徑，教師和教材的改革最終要通過教學模式、教學方法與手段的變革去實現。要推進教法改革必須大力開發網絡課堂、虛擬仿真實訓基地等智慧學習環境。因此，探索在高職院校食品藥品類專業利用互聯網、物聯網、云計算等現代信息化架構為載體，構建資源豐富、內容易于更新、專業特色明顯、教學管理便捷、內外網環境共享的虛擬仿真實訓基地，不僅能提高學生的綜合實踐能力，培養高素質復合型的食品藥品生產與研究的技能型人才，也是推進學校內涵式發展和“三教改革”的重要抓手和突破口[1]。

1 食品藥品類專業實訓教學面臨的問題

福建生物工程職業技術學院作為福建省食品藥品行業人才培養基地，開設了“藥物制劑技術”“藥品質量檢測技術”“發酵工程技術”“生物制藥技術”“食品分析制樣技術”等相關專業課程。目前，學校食品藥品類專業雖然擁有配套實踐教學實驗室以及檢測與生產設備，但部分實驗實訓課程仍不能有效開展[2]，具體原因有以下4點。

1.1 實訓設備存在安全隱患

為了加強學生實際操作能力，食品與藥品的生產、分析檢測相關課程配套了大量的實驗實訓課，而食品藥品的生產所使用的實驗儀器設備一般都體積龐大，占據大量空間，而學校實驗實訓室面積有限，加上實訓教師和幾十位學生，場地更為狹小，一旦出現設備故障或者操作失誤，容易對人對物造成大面積危害。通過建設虛擬仿真實驗室，可以讓學生在仿真教學軟件上進行模擬操作，避免學生在還未熟練掌握安全生產流程時直接操作大型設備，從而提高了實驗實訓的安全性。

1.2 實驗藥劑存在安全隱患

食品藥品在生產或發酵的過程與分析檢測中使用的部分化學試劑有一定的污染性與危險性，若操作不當也容易出現風險。通過建設虛擬仿真實訓基地，讓學生在未熟練掌握化學試劑使用規范前避免直接接觸操作，在積累實際操作經驗的同時又提高了實驗實訓的安全性。

1.3 實訓儀器設備數量與完備度不足

近年來，隨著職業教育的蓬勃發展，食品與藥品專業招生人數的不斷增加，原有儀器設備數量已經不能滿足學生實訓的需要。而學校由于場地、資金、安全性等限制無法將整套設備完整搬進實驗室，只能進行部分課程的基礎實驗教學，大量生產實踐只通過演示實驗或視頻教學的方式進行，這樣是無法培養學生的綜合實踐能力的。虛擬仿真實訓基地能提供完整且多樣的生產模擬環境，學生在不同場景中操作練習，在未來走上工作崗位后可以快速上手，成為符合食品制藥產業要求的實用技能型人才。

1.4 實訓成本高和資金相對短缺

食品藥品專業實訓中所用設備較為昂貴，實訓過程所需原材料種類多、數量大，其中化學試劑更為昂貴。原材料不能長期存放，需要經常重復采購，容易造成材料浪費及環境污染，因此開設傳統實訓投入成本高。建設虛擬仿真實訓基地，長期來看將大大節省設備與材料的成本，不失為學校實訓資金短缺問題的一種解決方案。

2 食品藥品類專業虛擬仿真實訓基地建設的意義

2.1 符合國家政策的規劃和區域經濟發展的目標

隨著國家對食品藥品生產行業扶持力度的不斷加大，食品藥品生產企業如雨后春筍般出現。食品藥品行業發展壯大的同時，國家各部門也出臺了一系列的政策來規范食品藥品產品的質量管理，指導生產安全體系的建設，加強污染排放的監管，保障人民的安全。因此，未來全國將需要大量具備食品藥品生產技術以及檢測技術的高素質技能型人才。為了提高學生的職業技能，學校建立相關專業虛擬仿真實訓基地，更易于完成專業實訓教學任務，并與未來企業需求無縫對接[3-5]。

2.2 滿足專業發展的需要和優化校內實訓條件

福建生物工程職業技術學院一直以來將生物產品質量與污染物安全排放工作貫穿于各專業教學始終，開設了食品藥品相關專業課程。目前，學院食品藥品類專業雖然擁有較先進的實踐實訓教學環境和硬件條件，但部分綜合性實驗實訓課程仍不能有效開展。通過建設虛擬仿真實訓基地，可以有效避開部分危險實訓操作中的安全隱患，可以解決實訓場地、實訓設備不足的問題，讓學生充分參與實踐實訓操作[6]。從長期來看，虛擬仿真實訓基地的建設為學校節省實訓成本，豐富了教學資源，給學生自主學習、充分學習的機會，帶動了學生的學習積極性，也為未來學校科學有效管理打下基礎。

2.3 提高專業教師教學和科研水平，增強服務社會的能力

虛擬仿真實訓基地的建設不僅滿足了日常教學和專業發展的需要，進一步深化了教學過程與生產過程的對接，實現學歷證書與職業資格證書對接，還可對現有工藝進行研究與完善，促進“產、學、研”協同發展。相關工藝改進成果可以申報專利，相關產品可以投放市場，在產生經濟價值的同時，提升科研人員的科研水平。同時為區域經濟的提升做好有力保障，對周邊職業院校學生的實習、實訓及社會人員培訓提供優質的可共享資源，并且為與食品藥品相關企業進行深度合作提供良好的基礎條件。

3 建設方案

3.1 構建虛擬實訓基地建設所需的硬件服務器體系

虛擬仿真實訓硬件體系拓撲如圖1所示。在現有的實驗設施和設備的基礎上，設計并補充建設支持食品藥品專業開展的虛擬仿真實踐內容的服務器等硬件支持體系。比如：建設虛擬仿真實訓室、購置虛擬仿真應用服務器群、組建高速教學用網絡環境、配備桌面終端、VR實景眼鏡與操控設備。在實訓教室環境上建設終端虛擬實訓室、VR虛擬實訓室、AR增強實景虛擬實訓室，并通過有限網絡與無線網絡建設為校內實訓室提供網絡支持。

圖1 虛擬仿真實訓硬件體系拓撲

2020年的疫情黑天鵝，阻隔了天南地北的學生返校，遠程教學成了主要教學手段。虛擬實訓基地的搭建為遠程實訓課程教學提供了基礎，因此硬件服務體系也需要考慮校外遠程訪問，通過建設混合云提供校內校外各種實訓環境支持。

3.2 培養虛擬仿真教學軟件開發和設計人才

通過平面虛擬仿真、VR虛擬仿真、AR增強實景虛擬仿真實訓軟件，能夠大大增強實訓實踐的現場體驗感，通過虛擬仿真軟件可以大幅提高學生的參與度與積極性，因此學校與食品藥品相關專業教師就需要充分參與教學軟件的開發過程，共同構建虛擬仿真實訓教學內涵體系，開發或定制購買虛擬仿真教學軟件，比如：藥品生產（GMP）仿真實訓（包括片劑生產、膠囊劑生產、丸劑生產、輸液劑、粉針劑、凍干制劑生產設備等）、人體解剖仿真實訓、藥物成分檢測仿真實訓、食品理化檢測仿真實訓、食品微生物檢測仿真實訓、精密儀器分析與維護仿真實訓等。

與虛擬仿真軟件相呼應，實踐教學管理的過程也存在著信息化不足、手工記錄統計的情況。因此實踐實訓教學管理相關的軟件平臺也是實訓信息化體系建設的一個重要環節，應開發或定制購買實踐教學管理軟件，實現從實訓企業的遴選、推薦、實訓教師、實訓課程、實訓成績與評價整體流程管理。

3.3 構建共享開放的虛擬仿真實訓資源庫教學體系

在鼓勵教師參與制作虛擬仿真課程建設的基礎上，豐富虛擬仿真實訓教學資源，采用教學資源庫的形式提供更為開放的網絡學習平臺。采用共享開放式虛擬仿真實訓資源平臺，學生可以在實訓室中接受老師統一指導進行虛擬仿真操作，也可以通過網絡環境自主進行遠程實訓操作，可大大緩解教學資源不足的困擾，打破食品藥品專業實訓教學時間與空間的限制。

以資源庫為基礎進行教學改革，建立線上線下結合的教學模式，可完善學生自主學習環境，建立網絡學習社群，增加教師與學生、學生與學生之間的網絡學習互動，逐漸培養學生自主網上學習的習慣。實現課前預習、課中學習、課后復習、線上考試的教學一體化閉環，學生可以“隨時、隨地、隨心”訪問全面開放的虛擬實訓室，可以有更多自主學習的空間，最大限度地利用有限的教學資源，提升學習效果。

通過信息化手段建設的虛擬仿真資源庫教學體系也將是信息化管理與評價的基礎，虛擬仿真實訓室的利用率、網上課程學習率、學生社群活躍度、教師答疑等數據都能為教學改革與教學評價提供數據支撐，提高教學管理的效率與質量。

4 結語

本文通過對虛擬仿真技術在食品藥品專業實踐教學中的重要性進行分析，有利于豐富教學資源，解決食品藥品實訓設備昂貴、數量不足、危險系數高等問題，討論了如何通過信息化手段轉變教學模式，激發學生學習自主性，提升學習效果。在實際教學過程中，應充分發揮虛擬仿真技術在實踐教學的作用，通過虛擬仿真教學資源平臺建設，帶動教學模式改革，提升學生自主學習意識，提高實踐操作能力與創新意識，從而培養出適應社會工作崗位需求的高素質技能型人才。