健康制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)與實(shí)踐研究摘要：本文闡述了作者所在學(xué)校的健康制造虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多元化信息技術(shù)，構(gòu)建了虛實(shí)結(jié)合的實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境，通過自主開發(fā)和技術(shù)引進(jìn)相結(jié)合建設(shè)了豐富的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源，深入探索了“以培養(yǎng)食品藥品類職業(yè)技能人才為目標(biāo)，支持實(shí)訓(xùn)教學(xué)、創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)和探索教育規(guī)律為主線”的VR技術(shù)應(yīng)用模式，為食品藥品類學(xué)校實(shí)訓(xùn)教學(xué)和企業(yè)職業(yè)技能培訓(xùn)提供了良好支持，促進(jìn)了學(xué)習(xí)者職業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)的發(fā)展。中圖分類號：G712文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A論文編號：1674-2117（2019）05-0110-03實(shí)訓(xùn)教學(xué)中存在的問題1.總體設(shè)計(jì)思路建立包含學(xué)校管理者、研發(fā)人員、學(xué)科教師、企業(yè)專家、學(xué)生等不同領(lǐng)域的跨界團(tuán)隊(duì)，將“以學(xué)生為中心、虛實(shí)融合、協(xié)同創(chuàng)新”作為建設(shè)理念，在經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)、混合學(xué)習(xí)、游戲?qū)W習(xí)、交互學(xué)習(xí)、創(chuàng)客教育等理論指導(dǎo)下，圍繞GMP生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范，通過自主開發(fā)和技術(shù)引進(jìn)相結(jié)合，利用VR技術(shù)，針對真實(shí)工廠環(huán)境、建筑、設(shè)備、機(jī)器、原料、產(chǎn)品、生產(chǎn)線等基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行3D仿真模擬，構(gòu)建具有仿真模擬、交互的虛擬工廠和車間，供學(xué)生開展基于真實(shí)工作過程的仿真模擬學(xué)習(xí)，同時(shí)建設(shè)桌面式VR實(shí)訓(xùn)機(jī)房和沉浸式VR實(shí)訓(xùn)室，并通過云計(jì)算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多元信息化技術(shù)將虛擬實(shí)訓(xùn)環(huán)境和真實(shí)的實(shí)訓(xùn)環(huán)境連接在一起，構(gòu)建虛實(shí)融合的實(shí)訓(xùn)環(huán)境，為學(xué)校實(shí)訓(xùn)教學(xué)、企業(yè)職業(yè)培訓(xùn)提供服務(wù)，從而改進(jìn)教學(xué)，提升學(xué)生職業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)。2.主要建設(shè)內(nèi)容在調(diào)研了健康制造類企業(yè)人才需求、崗位需求、職業(yè)資格需求基礎(chǔ)上，我們根據(jù)學(xué)校相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，依托虛擬仿真實(shí)訓(xùn)中心和虛擬仿真研發(fā)工作室，建設(shè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境和資源，推動(dòng)實(shí)踐教學(xué)改革創(chuàng)新，具體建設(shè)內(nèi)容如右圖所示。（1）構(gòu)建虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)境為了優(yōu)化實(shí)訓(xùn)教學(xué)硬件環(huán)境，建成了13個(gè)桌面式VR實(shí)訓(xùn)機(jī)房、2個(gè)沉浸式VR實(shí)訓(xùn)教學(xué)體驗(yàn)區(qū)，為開展虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)提供教學(xué)場地和設(shè)備，并統(tǒng)一管理；為了整合各類虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源并實(shí)現(xiàn)分布式管理，建設(shè)了云計(jì)算平臺和VR教學(xué)資源管理平臺。此外，為了培養(yǎng)和發(fā)展團(tuán)隊(duì)VR實(shí)訓(xùn)資源的自主開發(fā)能力，構(gòu)建了虛擬仿真研發(fā)工作室，為學(xué)校VR實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源的自主開發(fā)、技術(shù)引進(jìn)、指導(dǎo)學(xué)生開展基于STEAM的VR開發(fā)項(xiàng)目、為企業(yè)提供VR技術(shù)服務(wù)等提供了支持。（2）建設(shè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源采用自主開發(fā)和技術(shù)引進(jìn)相結(jié)合的方式開展虛擬仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源的建設(shè)。在自主開發(fā)方面，將真實(shí)條件下難以供學(xué)生深度觀察和參與操作的健康制造類工作任務(wù)分解為崗位任務(wù)。利用3DMax技術(shù)對工廠建筑、車間布局、機(jī)器、設(shè)備、生產(chǎn)線等進(jìn)行仿真建模，利用Unity3D和Quest3D等技術(shù)將這些3D模型轉(zhuǎn)換為具有高度交互性的學(xué)習(xí)情境，具備虛擬漫游、360度全景查看、虛擬仿真崗位操作、虛擬技能考核等學(xué)習(xí)功能，促進(jìn)了學(xué)生直觀深度地觀察、體驗(yàn)、反復(fù)操作和完成過程性評價(jià)，從而無縫銜接真實(shí)情境下的工作任務(wù)。（3）推動(dòng)實(shí)踐教學(xué)改革創(chuàng)新我們采用基于設(shè)計(jì)的研究，完成需求分析、方案設(shè)計(jì)、VR環(huán)境建設(shè)、資源開發(fā)、應(yīng)用推廣等過程，探索VR技術(shù)應(yīng)用模式：一是基于混合學(xué)習(xí)理念，混合多元化信息技術(shù)、多種教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式，在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中將“虛擬工廠”等虛擬仿真教學(xué)資源作為教師教學(xué)演示工具和學(xué)習(xí)者認(rèn)知工具，支持教學(xué)演示、探究學(xué)習(xí)和過程性評價(jià)，實(shí)現(xiàn)了“講授+真實(shí)實(shí)訓(xùn)”的傳統(tǒng)教學(xué)模式向“在線自主學(xué)習(xí)+虛擬實(shí)訓(xùn)+面授教學(xué)+真實(shí)實(shí)訓(xùn)”的混合教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變；二是以3D建模技術(shù)和VR交互技術(shù)作為教學(xué)內(nèi)容，開設(shè)VR技術(shù)相關(guān)課程，并通過開展虛擬仿真實(shí)踐項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生的開發(fā)能力、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力；三是將VR技術(shù)作為切入點(diǎn)，開展教育應(yīng)用，探索VR環(huán)境下的教與學(xué)規(guī)律。實(shí)踐創(chuàng)新案例隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，作為傳統(tǒng)行業(yè)的中藥飲片、中成藥產(chǎn)業(yè)也由過去小規(guī)模手工生產(chǎn)快速向工業(yè)化過渡。目前，中藥制藥類專業(yè)主要通過物理工廠（或車間）的方式開展實(shí)訓(xùn)教學(xué)，存在一定的局限性。例如，提取分離崗位實(shí)訓(xùn)要求掌握超臨界萃取、多功能提取、膜分離等崗位的標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程，需要學(xué)生理解和掌握相關(guān)設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理及工藝流程，傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)條件下學(xué)生只能通過照片、視頻和持續(xù)2.5天的15～20人一組的現(xiàn)場實(shí)訓(xùn)完成教學(xué)內(nèi)容，無法直接觀察設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和體驗(yàn)完整的工藝流程。特別是超臨界萃取裝置設(shè)備結(jié)構(gòu)和工藝流程復(fù)雜，具有一定危險(xiǎn)性，且真實(shí)設(shè)備擺放布局反映不出實(shí)際的工藝流程，學(xué)生難以直觀理解。因此，我們利用3DMax建模技術(shù)和Quest3D交互技術(shù)將超臨界萃取設(shè)備按照實(shí)際的工藝流程重新建模布局，學(xué)生通過虛擬操作即可快速理解設(shè)備原理和工藝流程，每位學(xué)生都可以深度體驗(yàn)和參與崗位實(shí)訓(xùn)，且能夠反復(fù)訓(xùn)練，不用擔(dān)心因操作帶來的風(fēng)險(xiǎn)和成本，解決了過去超臨界萃取實(shí)訓(xùn)教學(xué)中存在的難以觀察設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和反應(yīng)，難以深入理解工藝流程以及難以反復(fù)訓(xùn)練操作等問題。[1]趙一鳴，郝建江，王海燕，等.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教育應(yīng)用研究演進(jìn)的可視化分析[J].電化教育研究，2016，37（12）：26-33.[2]項(xiàng)朝陽，段丹萍.提取濃縮虛擬車間的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2014（5）：195-201.[3]項(xiàng)朝陽，段丹萍，賀昉，等.沉浸理論在桌面式虛擬工廠設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2016（14）：92-96.[4]項(xiàng)朝陽，段丹萍，賀昉，等.VR技術(shù)在食品藥品類高職實(shí)踐教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用[J].中國教育信息化，2018（