虚拟仿真实训基地支撑体系研究——以食品药品类专业为例

黄德军，何文胜

（福建生物工程职业技术学院，福建 福州 350007）

0 引言

在国家产业升级和经济结构调整不断加快，各行各业对技能人才的需求越来越紧迫的环境下，国务院颁布了《国务院关于加快发展现代职业教育的决定》，进一步推动了职业教育教学改革。为了提高职业院校学生的动手操作能力与综合实践能力，各高等职业院校进行了大量符合专业特色的实验实训基地的建设。而传统食品药品类专业实训基地存在的缺陷越来越明显，难以满足日益增长的实践教学量与质需求，在管理上也缺少信息化的支撑。

2019年国务院印发的《国家职业教育改革实施方案》，在完善职业教育培训体系、促进产教融合校企合作双元育人等方面做出专门部署，为深化“三教”（教材、教法、教师）改革指明了发展方向。而加强职业教育学校内涵建设，推进“三教”改革则成为当前职业院校提升办学质量和人才培养质量的重要切入点。其中教学方法是改革的路径，教师和教材的改革最终要通过教学模式、教学方法与手段的变革去实现。要推进教法改革必须大力开发网络课堂、虚拟仿真实训基地等智慧学习环境。因此，探索在高职院校食品药品类专业利用互联网、物联网、云计算等现代信息化架构为载体，构建资源丰富、内容易于更新、专业特色明显、教学管理便捷、内外网环境共享的虚拟仿真实训基地，不仅能提高学生的综合实践能力，培养高素质复合型的食品药品生产与研究的技能型人才，也是推进学校内涵式发展和“三教改革”的重要抓手和突破口[1]。

1 食品药品类专业实训教学面临的问题

福建生物工程职业技术学院作为福建省食品药品行业人才培养基地，开设了“药物制剂技术”“药品质量检测技术”“发酵工程技术”“生物制药技术”“食品分析制样技术”等相关专业课程。目前，学校食品药品类专业虽然拥有配套实践教学实验室以及检测与生产设备，但部分实验实训课程仍不能有效开展[2]，具体原因有以下4点。

1.1 实训设备存在安全隐患

为了加强学生实际操作能力，食品与药品的生产、分析检测相关课程配套了大量的实验实训课，而食品药品的生产所使用的实验仪器设备一般都体积庞大，占据大量空间，而学校实验实训室面积有限，加上实训教师和几十位学生，场地更为狭小，一旦出现设备故障或者操作失误，容易对人对物造成大面积危害。通过建设虚拟仿真实验室，可以让学生在仿真教学软件上进行模拟操作，避免学生在还未熟练掌握安全生产流程时直接操作大型设备，从而提高了实验实训的安全性。

1.2 实验药剂存在安全隐患

食品药品在生产或发酵的过程与分析检测中使用的部分化学试剂有一定的污染性与危险性，若操作不当也容易出现风险。通过建设虚拟仿真实训基地，让学生在未熟练掌握化学试剂使用规范前避免直接接触操作，在积累实际操作经验的同时又提高了实验实训的安全性。

1.3 实训仪器设备数量与完备度不足

近年来，随着职业教育的蓬勃发展，食品与药品专业招生人数的不断增加，原有仪器设备数量已经不能满足学生实训的需要。而学校由于场地、资金、安全性等限制无法将整套设备完整搬进实验室，只能进行部分课程的基础实验教学，大量生产实践只通过演示实验或视频教学的方式进行，这样是无法培养学生的综合实践能力的。虚拟仿真实训基地能提供完整且多样的生产模拟环境，学生在不同场景中操作练习，在未来走上工作岗位后可以快速上手，成为符合食品制药产业要求的实用技能型人才。

1.4 实训成本高和资金相对短缺

食品药品专业实训中所用设备较为昂贵，实训过程所需原材料种类多、数量大，其中化学试剂更为昂贵。原材料不能长期存放，需要经常重复采购，容易造成材料浪费及环境污染，因此开设传统实训投入成本高。建设虚拟仿真实训基地，长期来看将大大节省设备与材料的成本，不失为学校实训资金短缺问题的一种解决方案。

2 食品药品类专业虚拟仿真实训基地建设的意义

2.1 符合国家政策的规划和区域经济发展的目标

随着国家对食品药品生产行业扶持力度的不断加大，食品药品生产企业如雨后春笋般出现。食品药品行业发展壮大的同时，国家各部门也出台了一系列的政策来规范食品药品产品的质量管理，指导生产安全体系的建设，加强污染排放的监管，保障人民的安全。因此，未来全国将需要大量具备食品药品生产技术以及检测技术的高素质技能型人才。为了提高学生的职业技能，学校建立相关专业虚拟仿真实训基地，更易于完成专业实训教学任务，并与未来企业需求无缝对接[3-5]。

2.2 满足专业发展的需要和优化校内实训条件

福建生物工程职业技术学院一直以来将生物产品质量与污染物安全排放工作贯穿于各专业教学始终，开设了食品药品相关专业课程。目前，学院食品药品类专业虽然拥有较先进的实践实训教学环境和硬件条件，但部分综合性实验实训课程仍不能有效开展。通过建设虚拟仿真实训基地，可以有效避开部分危险实训操作中的安全隐患，可以解决实训场地、实训设备不足的问题，让学生充分参与实践实训操作[6]。从长期来看，虚拟仿真实训基地的建设为学校节省实训成本，丰富了教学资源，给学生自主学习、充分学习的机会，带动了学生的学习积极性，也为未来学校科学有效管理打下基础。

2.3 提高专业教师教学和科研水平，增强服务社会的能力

虚拟仿真实训基地的建设不仅满足了日常教学和专业发展的需要，进一步深化了教学过程与生产过程的对接，实现学历证书与职业资格证书对接，还可对现有工艺进行研究与完善，促进“产、学、研”协同发展。相关工艺改进成果可以申报专利，相关产品可以投放市场，在产生经济价值的同时，提升科研人员的科研水平。同时为区域经济的提升做好有力保障，对周边职业院校学生的实习、实训及社会人员培训提供优质的可共享资源，并且为与食品药品相关企业进行深度合作提供良好的基础条件。

3 建设方案

3.1 构建虚拟实训基地建设所需的硬件服务器体系

虚拟仿真实训硬件体系拓扑如图1所示。在现有的实验设施和设备的基础上，设计并补充建设支持食品药品专业开展的虚拟仿真实践内容的服务器等硬件支持体系。比如：建设虚拟仿真实训室、购置虚拟仿真应用服务器群、组建高速教学用网络环境、配备桌面终端、VR实景眼镜与操控设备。在实训教室环境上建设终端虚拟实训室、VR虚拟实训室、AR增强实景虚拟实训室，并通过有限网络与无线网络建设为校内实训室提供网络支持。

图1 虚拟仿真实训硬件体系拓扑

2020年的疫情黑天鹅，阻隔了天南地北的学生返校，远程教学成了主要教学手段。虚拟实训基地的搭建为远程实训课程教学提供了基础，因此硬件服务体系也需要考虑校外远程访问，通过建设混合云提供校内校外各种实训环境支持。

3.2 培养虚拟仿真教学软件开发和设计人才

通过平面虚拟仿真、VR虚拟仿真、AR增强实景虚拟仿真实训软件，能够大大增强实训实践的现场体验感，通过虚拟仿真软件可以大幅提高学生的参与度与积极性，因此学校与食品药品相关专业教师就需要充分参与教学软件的开发过程，共同构建虚拟仿真实训教学内涵体系，开发或定制购买虚拟仿真教学软件，比如：药品生产（GMP）仿真实训（包括片剂生产、胶囊剂生产、丸剂生产、输液剂、粉针剂、冻干制剂生产设备等）、人体解剖仿真实训、药物成分检测仿真实训、食品理化检测仿真实训、食品微生物检测仿真实训、精密仪器分析与维护仿真实训等。

与虚拟仿真软件相呼应，实践教学管理的过程也存在着信息化不足、手工记录统计的情况。因此实践实训教学管理相关的软件平台也是实训信息化体系建设的一个重要环节，应开发或定制购买实践教学管理软件，实现从实训企业的遴选、推荐、实训教师、实训课程、实训成绩与评价整体流程管理。

3.3 构建共享开放的虚拟仿真实训资源库教学体系

在鼓励教师参与制作虚拟仿真课程建设的基础上，丰富虚拟仿真实训教学资源，采用教学资源库的形式提供更为开放的网络学习平台。采用共享开放式虚拟仿真实训资源平台，学生可以在实训室中接受老师统一指导进行虚拟仿真操作，也可以通过网络环境自主进行远程实训操作，可大大缓解教学资源不足的困扰，打破食品药品专业实训教学时间与空间的限制。

以资源库为基础进行教学改革，建立线上线下结合的教学模式，可完善学生自主学习环境，建立网络学习社群，增加教师与学生、学生与学生之间的网络学习互动，逐渐培养学生自主网上学习的习惯。实现课前预习、课中学习、课后复习、线上考试的教学一体化闭环，学生可以“随时、随地、随心”访问全面开放的虚拟实训室，可以有更多自主学习的空间，最大限度地利用有限的教学资源，提升学习效果。

通过信息化手段建设的虚拟仿真资源库教学体系也将是信息化管理与评价的基础，虚拟仿真实训室的利用率、网上课程学习率、学生社群活跃度、教师答疑等数据都能为教学改革与教学评价提供数据支撑，提高教学管理的效率与质量。

4 结语

本文通过对虚拟仿真技术在食品药品专业实践教学中的重要性进行分析，有利于丰富教学资源，解决食品药品实训设备昂贵、数量不足、危险系数高等问题，讨论了如何通过信息化手段转变教学模式，激发学生学习自主性，提升学习效果。在实际教学过程中，应充分发挥虚拟仿真技术在实践教学的作用，通过虚拟仿真教学资源平台建设，带动教学模式改革，提升学生自主学习意识，提高实践操作能力与创新意识，从而培养出适应社会工作岗位需求的高素质技能型人才。