VR技術(shù)在高職制藥類專業(yè)實訓(xùn)中的應(yīng)用初探

廖云 嚴媛 代曉麗

[摘? ? ? ? ? ?要]? VR技術(shù)是利用計算機生成多源信息融合的交互式三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真，能通過人體各感覺神經(jīng)讓感受者身臨其境。由于VR技術(shù)的沉浸性、構(gòu)想性、交互性特征，使各行各業(yè)受益匪淺，深入研究潛力巨大，因此將VR技術(shù)應(yīng)用于高職制藥類專業(yè)實訓(xùn)中，能夠使實訓(xùn)課程實現(xiàn)低成本、高參與，安全有趣、豐富和可逆的開展。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? VR技術(shù);實訓(xùn)教學(xué);高職教育

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2020）26-0114-03

實訓(xùn)是職業(yè)技能實際訓(xùn)練的簡稱，以項目實戰(zhàn)為主，側(cè)重于學(xué)習者動手操作能力。而高職制藥類專業(yè)的教育目的不僅包括傳授給學(xué)生必要的專業(yè)理論知識，同時還必須堅持市場導(dǎo)向原則，為社會提供對口的高職技術(shù)專業(yè)人才，要求學(xué)生在校學(xué)習知識和技能的時候，一方面要不斷提升自己的專業(yè)能力與素質(zhì)，另一方面還必須要依托實訓(xùn)課程來培養(yǎng)深厚的職業(yè)素養(yǎng)。所以，實訓(xùn)課程是高職院校教育中必不可少的一部分。但是傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)依然存在許多問題：學(xué)習內(nèi)容復(fù)雜、不易理解;教學(xué)使用設(shè)備昂貴且存在實訓(xùn)的不可逆性，導(dǎo)致不能重復(fù)操作;實踐教學(xué)資源分散，共享使用率低;操作存在安全隱患;形式單一乏味;受時間和空間限制等。21世紀以來，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展也帶動了實訓(xùn)課程的發(fā)展，VR技術(shù)全面應(yīng)用到實訓(xùn)課程中，將有效提升學(xué)習興趣，促進學(xué)習動力，提升自主學(xué)習能力，還可降低實訓(xùn)成本，使實訓(xùn)課程系統(tǒng)、全方位地開展。但是，目前VR技術(shù)在實訓(xùn)中應(yīng)用還處于初級階段，迫切需要研發(fā)一種基于VR技術(shù)的高職制藥類專業(yè)實訓(xùn)課程體系。

一、VR技術(shù)簡介及國內(nèi)外發(fā)展概況

VR（Virtual Reality，虛擬現(xiàn)實）是指綜合利用計算機圖形系統(tǒng)和各種現(xiàn)實及控制等設(shè)備，在計算機上生成的、可交互的三維環(huán)境中提供沉浸感覺的技術(shù)。該技術(shù)立足于信息技術(shù)、多媒體技術(shù)等現(xiàn)代化先進技術(shù)，借助傳感器、人機界面來實現(xiàn)。它利用計算機生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的交互式三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真。通俗地解釋，VR技術(shù)會模擬出逼真的三維虛擬世界，并通過視覺、聽覺、觸覺，甚至是嗅覺、味覺等，最大限度地接近現(xiàn)實環(huán)境，讓使用者感受身臨其境的效果，用戶可以在虛擬環(huán)境中滿足各種體驗需求，同時還能有效地與環(huán)境中的系統(tǒng)進行通訊。VR技術(shù)將現(xiàn)代化職能技術(shù)、傳感器技術(shù)以及計算機技術(shù)等有機融為一體，全面調(diào)動起用戶全身感覺器官，真實地體驗到各種場景的轉(zhuǎn)換。

VR概念在20世紀60年代首次提出，起源于美國，但由于當時科學(xué)技術(shù)限制，僅停留在理論和概念上。隨著21世紀科學(xué)技術(shù)的進步，特別是計算機硬件技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實也飛速發(fā)展。美國擁有主要的VR研究機構(gòu)，并且把虛擬行星探索作為重點研究目標。歐洲國家對于VR技術(shù)的研究也起步較早，技術(shù)相對成熟，英國研究公司研究設(shè)計DVS系統(tǒng)，在各領(lǐng)域中研究使用VR技術(shù)處于領(lǐng)先地位，并實現(xiàn)VR技術(shù)應(yīng)用的標準化和環(huán)境編輯語言的先進性。同時，對于技術(shù)處理、輔助設(shè)備的設(shè)計研究亦處于前沿，如2014年德國的寶馬公司曾研究出眼鏡可實現(xiàn)增強功能，一經(jīng)推出就應(yīng)用于汽車維修培訓(xùn)，眼鏡通過增強功能以及和系統(tǒng)的處理可以按步驟向用戶顯示索要維修的車輛故障處的具體操作，操作具體到使用的工具和需要拆、擰的螺絲，用戶只需要帶上智能眼鏡根據(jù)眼鏡知識的步驟操作就可以解決包括發(fā)動機在內(nèi)的汽車故障，更重要的是可以通過眼鏡清晰、直觀地學(xué)習裝配步驟、結(jié)構(gòu)和發(fā)動機運作原理等。

VR技術(shù)是人類與機器在互動形式與互動內(nèi)容上的顛覆性革新，打開了人類認知的新的大門，因其特有的沉浸性、構(gòu)想性、交互性特征，各行各業(yè)掀起研究熱潮，教育、醫(yī)學(xué)、軍事、商業(yè)、影視等領(lǐng)域紛紛加入。但是，中國在VR技術(shù)研究遠遠落后于發(fā)達國家，研究的起步時間晚，經(jīng)驗積累缺乏，研究成果稀缺甚至受限于國外研究成果，并且VR技術(shù)在中國的研究與行業(yè)結(jié)合度有限，缺乏深入研究。中國國科委國防科工委部高瞻遠矚，認真分析優(yōu)劣勢，結(jié)合我國國情將VR技術(shù)研究列為國家科研工程的核心工程。

二、VR技術(shù)在實訓(xùn)課程中的應(yīng)用

2016年G20峰會上明確提出：“要將互聯(lián)網(wǎng)作為核心，全面開展一輪科技革命，加快對仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)等的創(chuàng)新?！迸c此同時，政府也連續(xù)頒布了扶持VR產(chǎn)業(yè)的發(fā)展：VR技術(shù)被納入“十三五”規(guī)劃國家重點扶持的新興產(chǎn)業(yè)體系中。2017年國務(wù)院印發(fā)《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》《教師教育振興行動計劃（2018—2019年）》和《2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點》中都強調(diào)要充分利用大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實、人工智能等，全力推進教育與科技結(jié)合，實現(xiàn)教育與虛擬現(xiàn)實等科技的互促、進步。《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》中明確指出，在加快教育信息化建設(shè)進程中要“加強優(yōu)質(zhì)教育資源開發(fā)與應(yīng)用;加強網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源體系建設(shè);引進國際優(yōu)質(zhì)數(shù)字化教學(xué)資源”。由此表明，教學(xué)資源建設(shè)與整合在實踐教學(xué)中起著舉足輕重的作用，所以，在高職學(xué)院引進優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源“VR技術(shù)實訓(xùn)”是教學(xué)的發(fā)展方向。中國藥科大學(xué)曾研究出類似VR技術(shù)應(yīng)用的GMP仿真實訓(xùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用圖片和錄像進行演示和介紹，只涉及制藥設(shè)備的外觀和原理，并且是以動畫的形式呈現(xiàn)，中藥制作過程中的前期處理以及中間最關(guān)鍵的制備內(nèi)容、過程并未成為其側(cè)重點。該系統(tǒng)雖然涉及VR技術(shù)的應(yīng)用原理，但是技術(shù)形式單一，側(cè)重點偏離高職院校實訓(xùn)課程的重點內(nèi)容，并且沒有進行仿真模擬，沒有達到身臨其境的效果。在機電類專業(yè)課程中可以采用VRPPT技術(shù)使傳統(tǒng)教學(xué)中的二維PPT轉(zhuǎn)化為3D教學(xué)，使二維物體可視化，便于學(xué)生對基本原理和概念的理解及掌握。廣東食品藥品職業(yè)學(xué)院研究出中藥實訓(xùn)仿真系統(tǒng)軟件，可以對中藥的藥材制備、生產(chǎn)過程進行仿真模擬，但是模擬過程中畫面的流暢度和清晰度還存在技術(shù)缺陷。此后，該學(xué)院組織了一支專業(yè)團隊，以“項目驅(qū)動—跨界協(xié)同”的方式，采用VR技術(shù)開發(fā)了“虛擬工廠”，實現(xiàn)了對工廠、車間的場景布局、機械設(shè)備的結(jié)構(gòu)與工作原理、工人崗位操作與考核的仿真模擬，也實現(xiàn)了由傳統(tǒng)的“講授+真實實訓(xùn)”向“在線自主學(xué)習+虛擬實訓(xùn)+面授教學(xué)+真實實訓(xùn)”的混合實踐教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變。因此，對于高職制藥類專業(yè)研究、引進VR實訓(xùn)課程技術(shù)迫在眉睫，是中藥學(xué)實訓(xùn)發(fā)展的研究風向標，也是中藥實訓(xùn)課程實現(xiàn)操作逼真、界面流暢、制藥生產(chǎn)流轉(zhuǎn)工藝模擬的轉(zhuǎn)折點。

三、VR技術(shù)在實訓(xùn)課程中的必要性

實訓(xùn)課程作為高職院校職業(yè)技能培訓(xùn)中必不可少的一部分，是在職業(yè)教育機構(gòu)體制下，按照不同社會需求培養(yǎng)對口專業(yè)人才，對在校學(xué)生的實操能力和職業(yè)知識理論進行針對性訓(xùn)練的課程。21世紀以來，虛擬假人、仿真實訓(xùn)軟件和過程模擬設(shè)備等新型實訓(xùn)教具的出現(xiàn)，在傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)之外，為實訓(xùn)課程提供了新的選擇和方法，也使實訓(xùn)教學(xué)手段越來越多樣化。但一直以來，包括高職制藥類專業(yè)在內(nèi)的實訓(xùn)課程教學(xué)主要存在以下幾個方面的問題。（1）高職實訓(xùn)課程教學(xué)的組織形式還停留在傳統(tǒng)的大班教學(xué)中，由于傳統(tǒng)實訓(xùn)車間高昂的建設(shè)費用和運行成本，使實踐教學(xué)資源（工位數(shù)）普遍不足，無法開展大規(guī)模教學(xué)。（2）由于受各種因素制約，實踐教學(xué)難點多且不易解決，部分設(shè)備結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜、生產(chǎn)周期長、真實條件下難以直接、深入觀察，更難以系統(tǒng)、持續(xù)地開展實訓(xùn)，雖然VR技術(shù)已作為各職業(yè)院校實訓(xùn)課程的重要支持手段，但能夠深度反映生產(chǎn)工藝流程的系統(tǒng)卻很少。（3）因受場地、經(jīng)費投入等因素限制，制藥類專業(yè)的實踐教學(xué)資源較為分散，不利于校內(nèi)實訓(xùn)車間、校外實訓(xùn)基地等的教學(xué)，難以滿足學(xué)生個性化學(xué)習的需要。（4）在運用多手段實訓(xùn)教學(xué)過程中，教學(xué)方法之間無法進行相互融合，容易造成學(xué)生在學(xué)習過程中掌握的知識點碎片化和單一化，且學(xué)習缺乏系統(tǒng)性，難以養(yǎng)成良好的實訓(xùn)習慣及素養(yǎng)。（5）受科技文化進步的影響，生長在高科技時代的學(xué)生不滿足于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，傾向于新奇、科技的技術(shù)和產(chǎn)品，比如VR實訓(xùn)課程。（6）工廠設(shè)備、制藥流程操控、藥品生產(chǎn)等大多依靠高新技術(shù)，減少原藥材損耗和降低人工成本，因此掌握高新技術(shù)的人才稀缺，而傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝人才大量過剩，導(dǎo)致高職制藥類專業(yè)培養(yǎng)的技術(shù)人才與實際生產(chǎn)所需技術(shù)人才脫節(jié)，教育模式滯后，畢業(yè)學(xué)生就業(yè)率低。

因此，將VR技術(shù)運用于高職制藥類專業(yè)實訓(xùn)中，有以下優(yōu)點：（1）VR技術(shù)可將教學(xué)內(nèi)容中固化、晦澀的制備流程可視化，采用圖片、視頻和仿真模擬技術(shù)極大限度地逼真呈現(xiàn)出制備流程，增強沉浸感和師生的交流互動。（2）使復(fù)雜難懂的知識簡單化，針對空間想象力缺乏和反應(yīng)速度較慢的學(xué)生，可以將復(fù)雜難懂的知識以多角度、多方向、多思維方式、多狀態(tài)的形式呈現(xiàn)，甚至還可以放大和靈活應(yīng)用部分實驗過程細節(jié)，幫助學(xué)生打開思維和視野，知識點簡單易懂。（3）實訓(xùn)內(nèi)容可逆化。教學(xué)過程中經(jīng)常涉及實際不可逆的實訓(xùn)操作，而實訓(xùn)需要重復(fù)操作，VR實訓(xùn)課程實現(xiàn)可逆化的操作，配合學(xué)生重復(fù)操作，熟練操作、加深印象、提升實際操作技能。（4）危險實訓(xùn)內(nèi)容安全化。面對流程、功能都不熟悉的機器、化學(xué)儀器，因操作流程不熟悉或沒有充分了解性質(zhì)而存在安全隱患，可能會導(dǎo)致學(xué)生身體健康受到危害，嚴重的可能還會威脅到生命安全。充分運用VR技術(shù)實現(xiàn)逼真的模擬，既可以保證操作學(xué)習的體驗感，同時還可以避免危險的發(fā)生，排除安全隱患。（5）促進學(xué)生內(nèi)在學(xué)習動力，提升學(xué)習興趣。通過新奇的科學(xué)技術(shù)，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，增強學(xué)習動力和興趣。（6）實現(xiàn)情景學(xué)習，加深知識點記憶。VR實訓(xùn)課程通過視覺、聽覺、觸覺，甚至是嗅覺、味覺等，調(diào)動全身的感覺器官，讓使用者身臨其境，精力高度集中，讓知識點深深印在腦海中。（7）實訓(xùn)課程多樣化，同時降低實訓(xùn)成本。VR技術(shù)會模擬出逼真的三維虛擬世界，突破傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，模擬出豐富多樣的情景課堂，能夠?qū)崿F(xiàn)藥材、流程、效果等多樣化，而且相比較于傳統(tǒng)情景塑造大大降低實訓(xùn)成本。（8）突破時空界限，創(chuàng)建基于真實的學(xué)習環(huán)境，使實訓(xùn)課程更加形象直觀，不再僅限于講解加圖片和視頻的模式。（9）優(yōu)質(zhì)教育資源共享。通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)把多臺異地計算機連接在一起，創(chuàng)建一個虛擬的共享平臺，多類型、多形式、多角度地分享、交流教學(xué)經(jīng)驗、心得和技巧，使優(yōu)異的教學(xué)資源實現(xiàn)最大化的共享，最大限度地發(fā)揮作用。（10）高職制藥類專業(yè)對在校學(xué)生的教育包括傳授必要的專業(yè)理論，包括教育學(xué)生為人處世的道德，還包括實踐能力的培養(yǎng)。通過VR技術(shù)所具有的諸多優(yōu)勢實現(xiàn)實訓(xùn)課程的場景仿真，開展學(xué)生的仿真實踐和情景化教學(xué)，為社會培養(yǎng)對口的技術(shù)人才，從而解決學(xué)生畢業(yè)后的就業(yè)難題。

四、小結(jié)

VR技術(shù)研究方興未艾，政府出臺政策大力扶持并納入“十三五”規(guī)劃國家重點扶持的新興產(chǎn)業(yè)體系中，積極鼓勵各界人士加入VR技術(shù)的研究與運用。而在教育行業(yè)中，教學(xué)模式單一、昂貴的教學(xué)器材匱乏且利用率不高、學(xué)生人數(shù)多而不易開展實訓(xùn)課程、教學(xué)資金耗費巨大等諸多情況存在，對于VR技術(shù)運用到實際教學(xué)中的研究很匱乏，存在許多空白區(qū)域需要研究開發(fā)，尤其是相對于高職制藥類專業(yè)藥物課程的實訓(xùn)研究運用越發(fā)匱乏，迫切需要VR技術(shù)深入研究，與教育行業(yè)深度融合。由于VR技術(shù)獨特的沉浸性、構(gòu)想性、交互性，運用到教學(xué)中來可節(jié)省實訓(xùn)課程開展的巨額成本，能充分調(diào)動學(xué)生的視覺、聽覺、觸覺，甚至是嗅覺、味覺等，全身的感覺器官都活躍起來，使學(xué)生身臨其境，充分提高學(xué)生學(xué)習能力和興趣，增強課程安全性和多樣性，為高職制藥類實訓(xùn)仿真模擬提供無限的可能性，為高職制藥類專業(yè)培養(yǎng)對口社會需求的高技術(shù)人才提供高科技平臺、打下夯實的基礎(chǔ)。同時，VR技術(shù)在高職制藥類實訓(xùn)中，突破傳統(tǒng)的實踐教學(xué)，依托現(xiàn)代化計算機技術(shù)的平臺實現(xiàn)虛實結(jié)合的實踐教學(xué)環(huán)境，創(chuàng)新實訓(xùn)課程的教學(xué)模式。同時，基于VR實訓(xùn)的高職制藥類專業(yè)的教學(xué)模式，以對口社會需求的專業(yè)人才培養(yǎng)為目標導(dǎo)向，基于混合學(xué)習理念，混合多元化計算機技術(shù)、多形式教學(xué)和學(xué)習方式，可以顯著提高學(xué)生的職業(yè)技能水平。

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編輯 張 俐