淺談虛擬仿真實驗實訓(xùn)平臺在中職實訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

曹明宇 曲 藝 李明月 時藝銘

（吉林省醫(yī)藥中等職業(yè)學(xué)校 吉林·長春 130000）

0 引言

隨著社會對職業(yè)教育的逐步重視，學(xué)界對高職藥學(xué)實驗課程改革研究越來越多，但是對中職實驗課程改革研究相對卻較少。虛擬仿真教學(xué)由于其具有虛擬性、開放性等傳統(tǒng)教學(xué)沒有的特點，其實踐和研究已成為中職藥學(xué)實驗課程改革的主要方向。通過虛擬仿真實訓(xùn)平臺的建設(shè)，可以幫助中職學(xué)校藥學(xué)課程建立新的評價標(biāo)準(zhǔn)和新體系，同時有助于提升提高教師的實踐教學(xué)水平和豐富實踐教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生對實踐學(xué)習(xí)有更新穎的體會，激發(fā)學(xué)生的求知欲，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時，也拓展了教師教學(xué)平臺，對教學(xué)工作有積極的推動意義。

1 研究背景與問題的提出

虛擬仿真技術(shù)，最早起源于美國軍方的作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用。目前我國已經(jīng)有很多學(xué)校引進(jìn)了虛擬仿真技術(shù)，并且根據(jù)自己實際的教學(xué)需求對虛擬仿真實驗室進(jìn)行建設(shè)。

中職學(xué)校作為在21世紀(jì)逐步被重視起來的教育領(lǐng)域，目前也是促進(jìn)其發(fā)展的最好時機(jī)。對于中職學(xué)校來講，其與義務(wù)教育最大的區(qū)別就是它需要有理論教學(xué)與實踐教學(xué)的結(jié)合，然而許多學(xué)校卻沒有足夠的實力支持學(xué)生的實踐教育，因此，虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)運而生，并且被中職學(xué)校廣泛應(yīng)用。

1.1 中職學(xué)校實訓(xùn)教學(xué)現(xiàn)狀

實訓(xùn)課程結(jié)果的好壞，影響著學(xué)生整個職業(yè)素養(yǎng)的發(fā)展。因此，在中職學(xué)校的教學(xué)中，實訓(xùn)課程尤為重要。首先，實訓(xùn)教學(xué)可以有效地激發(fā)學(xué)生的主觀能動性以及自主性，其次還可以鍛煉學(xué)生的溝通、交際、動手、觀察思維能力等。再次，通過實訓(xùn)教學(xué)，學(xué)生可以盡早的步入工作角色，避免學(xué)生對于未來的工作過度幻想，可以讓他們做好充足的心理準(zhǔn)備，做好足夠的心理建設(shè)。最后，通過實訓(xùn)教學(xué)，可以讓學(xué)生在工作中保持著實事求是，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的態(tài)度。

但是縱觀近年來我國中等職業(yè)學(xué)校實訓(xùn)教學(xué)的實際狀況，其實并不是很樂觀。通過實地調(diào)查與文獻(xiàn)閱讀相關(guān)文獻(xiàn)的研究可以發(fā)現(xiàn)，目前我國中職學(xué)校實訓(xùn)教學(xué)中還存在著一些問題，比如在實訓(xùn)教學(xué)中，很多學(xué)校的理論教學(xué)和實踐教學(xué)不匹配，資金投入和設(shè)備投入不足，學(xué)校的建設(shè)還停留在多年前的規(guī)模，并沒有與時俱進(jìn)，沒有創(chuàng)造符合現(xiàn)代社會發(fā)展的實訓(xùn)基地，同時也缺乏經(jīng)驗豐富的實訓(xùn)教師，也沒有建立起一個能夠為學(xué)生全面提升綜合素質(zhì)的培養(yǎng)體系。

1.2 虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展與趨勢

1965年，計算機(jī)圖形學(xué)之父提出了虛擬仿真的理論。1989年美國拉尼爾正式提出的虛擬仿真的概念。從此美國對于該技術(shù)投入了大量的研究，分別將其使用在航空航天，軍事系統(tǒng)等多個領(lǐng)域。我國在20世紀(jì)90年代初開始研究虛擬仿真技術(shù)。最早的研究在北京航空航天大學(xué)進(jìn)行，結(jié)合了諸多名校，例如浙江大學(xué)，清華大學(xué)，北京大學(xué)等，共同對虛擬仿真進(jìn)行理論研究、技術(shù)創(chuàng)新以及系統(tǒng)開發(fā)。近50年來，虛擬仿真技術(shù)得到了全力的發(fā)展，時至今日已經(jīng)在很多領(lǐng)域上都大放異彩。

進(jìn)入21世紀(jì)之后，虛擬仿真技術(shù)開始逐步應(yīng)用在教育教學(xué)上。由于虛擬仿真技術(shù)可以模擬各種高危的環(huán)境，同時可以增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的現(xiàn)場感、即時感和沉浸感，也可以將實驗中可能出現(xiàn)的問題全部展現(xiàn)在學(xué)習(xí)者的面前，因此深受教育界的喜愛。通過虛擬仿真實訓(xùn)平臺的應(yīng)用，可以實現(xiàn)學(xué)生與學(xué)生之間的互動、教師與學(xué)生之間的互動、學(xué)生與物理環(huán)境之間的互動，通過虛擬現(xiàn)實模擬的方式，更加直觀、真實的進(jìn)行實訓(xùn)學(xué)習(xí)，對實訓(xùn)學(xué)習(xí)大有幫助。

2 發(fā)展虛擬仿真實驗實訓(xùn)平臺的意義

2.1 有利于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

與傳統(tǒng)平面教學(xué)不同，虛擬仿真系統(tǒng)是“立體”的，全面的。在情景創(chuàng)設(shè)、協(xié)作交流方面，虛擬仿真技術(shù)都在傳統(tǒng)教學(xué)基礎(chǔ)上有了全新的突破。在教學(xué)中，可以通過三維動畫模型，將課程更直觀和豐富地展示給在學(xué)生面前。此外，虛擬方針實訓(xùn)系統(tǒng)還具有很強(qiáng)的交互性，教學(xué)內(nèi)容積方式生動有趣，也可以實時反饋學(xué)生與教師的意見，通過信息技術(shù)，可以對教學(xué)中可能遇到的各種情境進(jìn)行現(xiàn)實模擬。通過系統(tǒng)可以觀察到不同的假設(shè)可能會遇到的所有的結(jié)果。這種教學(xué)方式可以有效激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，還能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。脫離了以往教學(xué)的單一形式，虛擬仿真實訓(xùn)平臺的應(yīng)用，為教學(xué)打開了新的出路，強(qiáng)化學(xué)生的心理素質(zhì)，幫助學(xué)生適應(yīng)工作，強(qiáng)化學(xué)生的心理素質(zhì)。

通過虛擬仿真實訓(xùn)平臺，學(xué)生可以全面的了解很多大型器械的使用和操作原理。在此之后，教師可以通過仿真技術(shù)設(shè)計一些學(xué)生在工作時可能會遇到的一些場景，讓學(xué)生自主思考，去找到解決問題的辦法。在藥學(xué)專業(yè)，學(xué)生可以在藥品的制作、生產(chǎn)、檢驗到銷售各個環(huán)節(jié)都進(jìn)行實訓(xùn)學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生可以進(jìn)行分組討論，將所能遇到的一切狀況記錄下來，有助于他們在日后工作中及時發(fā)現(xiàn)問題，及時解決，鍛煉學(xué)生的應(yīng)變能力，提升學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)。通過課堂上的師生討論，能夠引導(dǎo)學(xué)生自主思考，充分調(diào)動課堂氣氛。

2.2 有利于降低教學(xué)成本

隨著科技的不斷進(jìn)步，我國對教學(xué)要求的不斷提高，現(xiàn)在很多學(xué)校的建設(shè)進(jìn)度已經(jīng)趕不上社會的發(fā)展，并且由于科技的不斷創(chuàng)新，電子設(shè)備更新?lián)Q代的速度加快，這也就提升了學(xué)生學(xué)校對于教學(xué)基礎(chǔ)建設(shè)的成本?？茖W(xué)技術(shù)傳播所需要的硬件資源和師資配備條件不斷提升，這也對很多中職學(xué)校造成了巨大的壓力。尤其像一些大型器械，僅僅是購入這些器械，對一些中職學(xué)校就會造成很大的壓力，然而后續(xù)的更新、維護(hù)以及學(xué)生的使用都會對資金投入有著巨大的要求。這不僅會造成教學(xué)資源的浪費，也會因為教學(xué)資源無法跟上教學(xué)進(jìn)度，造成教學(xué)停滯不前的狀態(tài)。通過虛擬仿真實訓(xùn)技術(shù)的應(yīng)用，建立虛擬仿真實訓(xùn)平臺，其在根本上只需要將軟件進(jìn)行更新與升級，就可以滿足學(xué)校對于學(xué)生實訓(xùn)的條件，而無須對于一些硬件進(jìn)行持續(xù)性的，定期的升級與維護(hù)。此外，虛擬仿真系統(tǒng)最大的特點就是不需要將硬件資源進(jìn)行全部替換，在實訓(xùn)過程中，不需要消耗任何的材料，對于器械也沒有任何的損耗。同樣的實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容，可以讓不同的學(xué)生多次重復(fù)的去觀看、學(xué)習(xí)以及操作。虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)具有共享性，先進(jìn)性以及易擴(kuò)性。在教學(xué)過程中減少了人力，資金的投入，也可以使教學(xué)內(nèi)容與時俱進(jìn)。教學(xué)資源在虛擬的環(huán)境中可以得到不斷的更新，教學(xué)的技術(shù)可以跟得上社會的真實需求，這就使中職學(xué)校的實訓(xùn)內(nèi)容，可以隨時滿足企業(yè)的要求。

2.3 適用性廣

以往在傳統(tǒng)教學(xué)模式的實踐教學(xué)中，由于硬件跟不上教學(xué)的要求，因此具備適應(yīng)性差的劣勢。同樣的器械只能夠滿足一門科目的教學(xué)，并不適用于全校的所有學(xué)生。虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)卻不受任何課程與學(xué)科類別的限制。在虛擬仿真實訓(xùn)平臺上，所有的科目都可以進(jìn)行實訓(xùn)教學(xué)，其適用性非常的廣泛。通過虛擬仿真實訓(xùn)平臺，學(xué)生可以隨時隨地在任何地方，任何時間去對想要掌握的知識進(jìn)行學(xué)習(xí)，可以通過觀看視頻及模擬操作等對實踐的環(huán)節(jié)進(jìn)行細(xì)致的剖析與觀察。在教學(xué)功能上，同一個虛擬仿真真實訓(xùn)系統(tǒng)可以兼容一個學(xué)校所需要講授的所有學(xué)科的內(nèi)容。所有科目所需要進(jìn)行的實踐教學(xué)，都可以通過通用型應(yīng)用軟件來進(jìn)行教學(xué)。一款軟件可以進(jìn)行不同課程的教學(xué)，一門課程的實訓(xùn)教學(xué)也可以通過不同的軟件來進(jìn)行講解。通過虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的使用，學(xué)生可以獲得與真實操作一樣的結(jié)果，能夠讓學(xué)生對于時間、內(nèi)容有一個全方位的理解。

2.4 有效解決傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)的難題

傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)有一個弊端，就是其消費較高，虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)可以有效的解決這一問題。除此之外像一些高危的實踐活動，都可以通過虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)去進(jìn)行，從根本上避免了實踐會出現(xiàn)危險的可能。由于虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)可以真實的模擬實踐中可能會發(fā)生的每一個細(xì)節(jié)，學(xué)生可以放心大膽的去對實驗進(jìn)行操作，來觀察不同的操作會造成什么結(jié)果，以便日后在真正的工作中盡量去避免這種結(jié)果的發(fā)生。虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)不僅可以縮短時間，提升效果，又可以將原本不能直觀展示的結(jié)果完整的展示到學(xué)生的面前。例如，在藥品制劑制作過程中，由于操作失誤，可能會導(dǎo)致原本的藥品具備毒性，學(xué)生通過虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的操作，能夠精確地把握藥品的劑量，明白哪里出現(xiàn)偏差，會造成怎么樣的嚴(yán)重后果，這也就能夠為他們?nèi)蘸蟮墓ぷ髑眯丫?，避免自己犯錯。

3 發(fā)展虛擬仿真實訓(xùn)平臺建設(shè)中應(yīng)注意的問題

3.1 應(yīng)與經(jīng)濟(jì)建設(shè)相結(jié)合

由于虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)軟件主要由外國系統(tǒng)開發(fā)，這就意味著這些系統(tǒng)的能力，不一定能夠適應(yīng)國內(nèi)的教學(xué)狀況。同時，大多數(shù)系統(tǒng)都是需要收費的，這也提升了中職學(xué)校及高職學(xué)校的教學(xué)成本。想要從根本上解決這個問題，首先就是要大力發(fā)展我國的科技，發(fā)展一套屬于我國自己的虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)。在開發(fā)虛擬仿真公共服務(wù)平臺的過程中，不僅要符合中職學(xué)校的教學(xué)規(guī)律與教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，同時也要與區(qū)域經(jīng)濟(jì)相結(jié)合，和重大產(chǎn)業(yè)以及新興技術(shù)融合。在開發(fā)過程中，應(yīng)該從實際出發(fā)，全面的了解新興產(chǎn)業(yè)以及現(xiàn)代技術(shù)。將目光放的長遠(yuǎn)，關(guān)注高端制造業(yè)，力求將軟件開發(fā)成為一個具有相當(dāng)廣泛的覆蓋面以及技術(shù)非常先進(jìn)的虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)平臺。同時，也應(yīng)該依托中職學(xué)校的實訓(xùn)基地群，將實訓(xùn)服務(wù)向外輻射擴(kuò)大，直接對于區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展進(jìn)行正面的影響。

3.2 加強(qiáng)設(shè)備開發(fā)的力度

虛擬仿真名稱的由來，就是其能夠通過虛擬的場景，將現(xiàn)實社會的一切仿真的出現(xiàn)在人們的面前，讓體驗者身臨其境，這就需要視覺，聽覺，觸覺，嗅覺等感官的功能對虛擬仿真技術(shù)的支撐。這也就意味著需要應(yīng)用到更多的先進(jìn)技術(shù)來開發(fā)虛擬仿真技術(shù)，在后期的應(yīng)用上也需要配備相關(guān)的工具才能夠使實現(xiàn)效果達(dá)到完美。例如，3D掃描儀，高清顯示器，模擬頭盔等等。對于中職學(xué)校醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)的虛擬仿真實訓(xùn)平臺建設(shè)來講，如在中藥專業(yè)，學(xué)生需要學(xué)習(xí)到中藥材的種植，生長，采集，風(fēng)干，儲存等等一系列過程，然而，許多藥材的形成都是需要很長的時間，這就需要虛擬仿真實訓(xùn)平臺，在很短的時間內(nèi)，將植物漫長生長的過程壓縮起來，并且供學(xué)生細(xì)致的觀察。為了使學(xué)生的感觸更加逼真，因此在實踐操作的時候，就需要用到許多的交互設(shè)備，讓學(xué)生能夠感受到藥品在不同時間段的質(zhì)感的變化以及味道的變化，讓學(xué)生能夠全心全意的將精力投放在虛擬仿真實驗中，在提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時，也能夠提升學(xué)生的知識技能。

當(dāng)然，在虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)中，配套的軟件開發(fā)也是非常重要的。除了實訓(xùn)系統(tǒng)之外，還應(yīng)該開發(fā)虛擬仿真教學(xué)管理系統(tǒng)，這就可以使教師和學(xué)生跨越地域來進(jìn)行隨時隨地的交流。在平臺上登錄的時候，需要學(xué)校的教師和學(xué)生提供自己的賬號與密碼，這樣可以保護(hù)學(xué)生和教師的個人信息，同時也能夠確保知識共享的安全性。通過在實訓(xùn)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，師生雙方都可以完善翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)。對于相關(guān)的大型機(jī)器的使用，學(xué)生可以更加直觀的了解到每一個細(xì)節(jié)，教師也可以通過細(xì)節(jié)的放大，有針對性的對學(xué)生進(jìn)行講解。

3.3 加快虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化建

由于虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)方便快捷，能夠有效地幫助學(xué)校進(jìn)行實踐教學(xué)，因此近幾年發(fā)展迅速，然而，目前虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)的建設(shè)卻由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此發(fā)展得良莠不齊。而其導(dǎo)致最直接的結(jié)果就是沒有辦法去保證教學(xué)的質(zhì)量。因此，要制定一個切實可行的規(guī)范系統(tǒng)，例如建設(shè)項目質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)化，學(xué)生使用操作流程要有明確的指向。同時將虛擬仿真技術(shù)與其他先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合，有的放矢，針對不同的課程，設(shè)置有特色的虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)，選擇使用效率高的虛擬仿真實訓(xùn)工具，可以從根本上提升實訓(xùn)最終效果。

3.4 推廣虛實結(jié)合的實訓(xùn)教學(xué)理念

虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)可以更方便快捷的幫助學(xué)生去理解實訓(xùn)的內(nèi)容，但是卻不一定能夠真實的提升學(xué)生的動手實操能力。虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)，歸根結(jié)底只是模擬和仿真，在整個實訓(xùn)的過程，學(xué)生其實是缺少實物感的，因此虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)無論有多么高級，都無法代替真正的實訓(xùn)。在此基礎(chǔ)上，學(xué)校應(yīng)該依托于虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)，同時開展線下的真實教學(xué)，讓學(xué)生能夠認(rèn)識到雙方的特點，掌握不同的精髓。在不同的實訓(xùn)過程中了解自己需要從中學(xué)會到什么知識，二者優(yōu)勢互補(bǔ)，但又無法互相取代。在藥學(xué)的實訓(xùn)過程中，虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)可以幫助學(xué)生近距離的是觀看各種大型精密、昂貴儀器的操作過程，同時也可以通過軟件的操作去對該設(shè)備進(jìn)行操作，但是這些操作終歸只是通過軟件來進(jìn)行，而非自己親自動手，因此，在學(xué)生進(jìn)行真正的實踐操作的時候可能會摸不著頭腦，無從下手。所以，不能過度依賴虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)，而是應(yīng)該有側(cè)重地對于線上線下分別進(jìn)行不同的教學(xué)，虛實結(jié)合才能夠相得益彰。在進(jìn)行虛擬仿真實訓(xùn)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)匕才乓恍┱鎸嵡榫车牟僮?，能夠加?qiáng)學(xué)生的印象，提升學(xué)生的動手能力，讓學(xué)生在線上學(xué)習(xí)，在線下實操，再通過線上復(fù)習(xí)，鞏固知識，提升動手能力，達(dá)到事半功倍的效果。

3.5 注重虛擬仿真統(tǒng)設(shè)計和教學(xué)人才隊伍的建設(shè)

想要提升虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)，在根本上就應(yīng)該提升相關(guān)專業(yè)人員的素質(zhì)。造就一支人員精干專兼結(jié)合，結(jié)構(gòu)合理，素質(zhì)優(yōu)良的虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)建設(shè)和教師隊伍，在此基礎(chǔ)上，同時培養(yǎng)一批熟練崗位、技能技術(shù)優(yōu)秀、專業(yè)性強(qiáng)，懂得實訓(xùn)教學(xué)的實訓(xùn)教師是目前虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)所必需的配套人力隊伍。想要確保虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的科學(xué)性以及確保系統(tǒng)可以被得到合理的使用，這就需要在根本上提升教師的教學(xué)理念與教學(xué)方法，讓教師接受這種新興的教學(xué)方式，并全身心地去認(rèn)識和使用。同時也可以考慮與合作的企業(yè)進(jìn)行再次的深度合作，讓企業(yè)人員能夠明白怎樣去使用虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)，依托自己多年真正的實踐經(jīng)驗，來為學(xué)生更真切地講解儀器的操作，方便學(xué)生的學(xué)習(xí)。

4 結(jié)語

科學(xué)的進(jìn)步推動著社會的發(fā)展，科技改變著我們的生活，也在不在不斷融入到教育之中。在新時代，針對不同的教育方向產(chǎn)生了不同的教育方式，虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)與教學(xué)的融入，對于學(xué)生和教師都是一個非常好的發(fā)展。在可以解決很多傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)中的難題的同時，也可以為師生帶來不一樣的教學(xué)體驗。另外，虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)技術(shù)的開發(fā)，有利于革新中職學(xué)校的教育理念，能夠優(yōu)化人才結(jié)構(gòu)，加快素質(zhì)型人才的培養(yǎng)。作為最新的教育手段，虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的前景依舊非常光明，科技人員及教學(xué)人員應(yīng)加快步伐，快速推進(jìn)虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的發(fā)展，為我國中職學(xué)校實訓(xùn)工作打開嶄新的大門。