伍佳 朱山立

摘 要：針對目前職業(yè)教育學(xué)生實訓(xùn)時間短、實訓(xùn)條件有限等客觀問題及企業(yè)不滿足培養(yǎng)人才的質(zhì)量等主觀問題，本文在對虛擬工廠實訓(xùn)內(nèi)涵及類型深入分析的基礎(chǔ)上，探討了基于虛擬工廠技術(shù)的職業(yè)教育教學(xué)模式的構(gòu)建。通過充分利用現(xiàn)代虛擬技術(shù)，將職業(yè)教育的專業(yè)理論知識、虛擬模擬實訓(xùn)、企業(yè)崗位實踐相互融合，使學(xué)生能及時將理論知識應(yīng)用于實踐，有效提高職業(yè)教育人才培養(yǎng)質(zhì)量，增強學(xué)校與企業(yè)雙方利益。

關(guān)鍵詞：虛擬工廠，職業(yè)教育，產(chǎn)教融合，教學(xué)模式

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.02.040

Analysis of Vocational Education Teaching Mode Based on Virtual Factory Technology

WU Jia ZHU Shan-li

（College of Education， Hunan Agricultural University）

Abstract： In view of the objective problems such as short training time， limited training conditions and subjective problems such as enterprises do not meet the quality of training talents， based on the in-depth analysis of the connotation and types of virtual factory training， this paper discusses the construction of the vocational education teaching model based on virtual factory technology. By making full use of modern virtual technology， the professional theoretical knowledge， virtual simulation training and enterprise post practice of vocational education are integrated， so that students can timely apply theoretical knowledge in practice， effectively improve the quality of vocational education talent training， and enhance the interests of both schools and enterprises.

Keywords： virtual factory， vocational education， industry-education integration， teaching mode

我國職業(yè)教育的培養(yǎng)目標(biāo)就是培養(yǎng)生產(chǎn)服務(wù)第一線工作的高素質(zhì)勞動者和實用人才，這類人才的主要作用就是將技術(shù)技能和管理規(guī)范轉(zhuǎn)換成現(xiàn)實的生產(chǎn)和服務(wù)，面對日新月異的時代產(chǎn)業(yè)技術(shù)變革，技術(shù)知識的“專精特新”充分體現(xiàn)在企業(yè)行業(yè)工作崗位對人才的需求上，典型職業(yè)教育教學(xué)模式中，最突出的挑戰(zhàn)就是校企互動不足，而如何彌補不足，強化校企互動，首當(dāng)其沖的就是提高職業(yè)教育人才培養(yǎng)質(zhì)量，滿足企業(yè)行業(yè)對人才技術(shù)技能的需求。職業(yè)院校調(diào)整教育教學(xué)模式，改進人才培養(yǎng)方法，充分利用現(xiàn)代化技術(shù)手段，搭建起學(xué)校教育與企業(yè)實踐溝通的橋梁。職業(yè)教育虛擬工廠實訓(xùn)教學(xué)模式，正式進入我們的視野。

1 職業(yè)教育現(xiàn)狀分析與發(fā)展需要

1.1 職業(yè)教育現(xiàn)狀分析

職業(yè)教育是我國國民教育體系中的重要組成部分，回顧我國職業(yè)教育體系發(fā)展進程，建國至今，在國家政策的大力支持下，職業(yè)教育事業(yè)日趨完善。從1986年至2021年期間，我國先后召開了八次全國職業(yè)教育工作會議，從1985年《中共中央關(guān)于教育體制改革的決定》開始到2019年《國家職業(yè)教育改革實施方案》，職業(yè)教育的類型地位得到了確立，指明了職業(yè)教育對促進社會經(jīng)濟發(fā)展、提升人才培養(yǎng)質(zhì)量、強化國家技術(shù)技能水平的重要戰(zhàn)略意義。職業(yè)教育是培養(yǎng)技術(shù)技能人才、促進就業(yè)創(chuàng)業(yè)、推動中國制造和服務(wù)水平的重要基礎(chǔ)。為了指引新時期職業(yè)教育更好地發(fā)展，2014年，教育部、國家發(fā)展改革委等部門聯(lián)合印發(fā)《現(xiàn)代職業(yè)教育體系建設(shè)規(guī)劃（2014-2020年）》，要求完善職業(yè)人才銜接培養(yǎng)體系，加速職業(yè)教育數(shù)字化、信息化，建設(shè)開放型職業(yè)教育體系。2020年，教育部等九部門印發(fā)的《職業(yè)教育提質(zhì)培優(yōu)行動計劃（2020—2023年）》，聚焦提升質(zhì)量，深化產(chǎn)教融合和高素質(zhì)人才培養(yǎng)模式改革。這一系列重磅政策的出臺，把職業(yè)教育擺在我國教育體系中更突出的位置，立足于頂層設(shè)計，借助數(shù)字化、信息化思維和方法，推動職業(yè)教育朝產(chǎn)教融合方向前進。

1.2 職業(yè)教育發(fā)展需要

職業(yè)教育承擔(dān)著為社會培養(yǎng)技術(shù)人才的使命，在職業(yè)教育幾十年的發(fā)展進程中，“實踐教學(xué)”一直是職業(yè)教育領(lǐng)域所密切關(guān)注的焦點。實踐教學(xué)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新精神，使學(xué)生獲得感性知識，掌握技術(shù)技能，從而轉(zhuǎn)變成具有高技能和高素養(yǎng)的勞動者。職業(yè)院校在教學(xué)過程中需要創(chuàng)設(shè)有利的實踐教學(xué)條件，產(chǎn)與教得到有效融合，確保學(xué)生的專業(yè)技能實訓(xùn)得到有效開展。但在實際教學(xué)改革探索過程中，仍存有問題，如企業(yè)綜合性實踐時間短、實訓(xùn)設(shè)備老套陳舊、實訓(xùn)過程具有危險性等，制約著職業(yè)教育實踐教學(xué)的困難。所以，需要尋找到一種新的教學(xué)模式來解決職業(yè)教育中實踐教學(xué)的突出的矛盾，信息技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用為職業(yè)教育教學(xué)模式改革提供了一條新的路徑。2022年6月，教育部職業(yè)教育與成人教育司司長陳子季在中國教育報發(fā)布《依托數(shù)字化重塑職業(yè)教育新生態(tài)》一文，提出職業(yè)教育是在數(shù)字化時代受到?jīng)_擊最大、收益最明顯的教育，應(yīng)以數(shù)字化轉(zhuǎn)型的新成效重塑職業(yè)教育的新生態(tài)。而職業(yè)教育虛擬工廠技術(shù)是不斷發(fā)展的數(shù)字化信息技術(shù)與職業(yè)教育相融合的產(chǎn)物，職業(yè)教育虛擬仿真實訓(xùn)正是數(shù)字化在職業(yè)教育領(lǐng)域最好的踐行。

2 虛擬工廠實訓(xùn)模式內(nèi)涵分析

職業(yè)教育適應(yīng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型與升級，需依據(jù)國家經(jīng)濟建設(shè)和社會產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的發(fā)展而做出教學(xué)調(diào)整，即人才培養(yǎng)要與產(chǎn)業(yè)需求相適應(yīng)。數(shù)字化技術(shù)不斷滲入到職業(yè)教育領(lǐng)域，職業(yè)教育可以充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，推動職業(yè)教育的發(fā)展。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，構(gòu)建虛擬工廠實訓(xùn)中心，將企業(yè)生產(chǎn)要求復(fù)刻到職業(yè)教育人才培養(yǎng)過程之中，打破時間和空間的限制，實現(xiàn)人才與產(chǎn)業(yè)之間的深度互動。

2.1 虛擬工廠實訓(xùn)模式簡述

虛擬工廠從廣義上理解，即采用計算機虛擬仿真技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，參照現(xiàn)實工廠的運行狀況，在虛擬空間內(nèi)實現(xiàn)生產(chǎn)過程的全部行為[1]。而從狹義上理解虛擬工廠，可認(rèn)為其利用虛擬工廠運作軟件對學(xué)習(xí)者進行仿真模擬實訓(xùn)，讓學(xué)習(xí)者能夠熟悉與掌握在虛擬工廠中的運作流程，并對其進行動手實踐[2]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和教育技術(shù)的應(yīng)用，使得資源整合變得簡單與方便，虛擬工廠實訓(xùn)教學(xué)模式就是把企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境和生產(chǎn)要求通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)整合成一個跨時空的仿真虛擬環(huán)境，并融入到職業(yè)教育課程體系中來，形成學(xué)生專業(yè)課程與企業(yè)崗位實踐的聯(lián)通橋梁，學(xué)生在虛擬工廠中進行的生產(chǎn)活動以企業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對其進行訓(xùn)練與培養(yǎng)，學(xué)生在學(xué)習(xí)中進行訓(xùn)練，在操練中進行學(xué)習(xí)，使得職業(yè)教育人才培養(yǎng)技能目標(biāo)與企業(yè)需求相匹配。虛擬工廠實訓(xùn)結(jié)合了職業(yè)教育教學(xué)特色和專業(yè)實訓(xùn)的教學(xué)目的和要求，在學(xué)校教育和企業(yè)實踐中形成連接的橋梁，該實訓(xùn)模式的特點在于“工廠”是虛擬的，但“崗位角色”是真實的，學(xué)生的“沉浸式操作”是真實的。

2.2 虛擬工廠技術(shù)在職業(yè)教育中的應(yīng)用類型

虛擬現(xiàn)實技術(shù)和設(shè)備經(jīng)過幾十年的發(fā)展和積累，已經(jīng)從娛樂消費逐漸擴展到教育教學(xué)領(lǐng)域，虛擬工廠技術(shù)也有被應(yīng)用到實訓(xùn)教學(xué)上。根據(jù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)交互程度的高低，可劃分為四種典型類型：桌面型、沉浸式、增強現(xiàn)實型、分布式。虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為教學(xué)輔助工具時，通常采用低級的桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)和沉浸式虛擬現(xiàn)實技術(shù)。

桌面型虛擬現(xiàn)實技術(shù)，基于個人計算機平臺或中低端圖形工作站及立體顯示器，將計算機屏幕作為使用者觀察虛擬世界的窗口，將鼠標(biāo)等計算機輸入設(shè)備作為使用者與虛擬世界的交互工具。桌面型虛擬工廠建設(shè)案例如：四川大學(xué)國家生物學(xué)人才培養(yǎng)基地，啟動了生物科學(xué)與技術(shù)虛擬仿真實驗教學(xué)中心。在該實訓(xùn)平臺教學(xué)模式中，學(xué)生利用手機電腦等設(shè)備，使用個人賬號進入到虛擬工廠實訓(xùn)平臺，進行為期2周的自主學(xué)習(xí)。其教學(xué)資源分為基礎(chǔ)實驗技能學(xué)習(xí)模塊、綜合實驗技能學(xué)習(xí)模塊和虛擬工廠實訓(xùn)模塊。其教學(xué)評價權(quán)重將課前預(yù)習(xí)占比20%、虛擬工廠實訓(xùn)平臺占比40%、企業(yè)綜合實訓(xùn)占比40%[3]。

沉浸式虛擬技術(shù)，需利用傳感工具，封閉使用者的視覺、聽覺等部分感知系統(tǒng)，并提供一個新的、虛擬的感覺空間，令使用者產(chǎn)生身臨其境的感覺。沉浸式虛擬工廠建設(shè)案例如：寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院利用寧夏現(xiàn)代煤化工職業(yè)技能實訓(xùn)中心進行學(xué)崗直通現(xiàn)代化工實訓(xùn)教學(xué)。該教學(xué)模式實施條件由仿真實訓(xùn)室及在線虛擬仿真實訓(xùn)中心支持進行，半實物仿真工廠模擬合作企業(yè)按照實際生產(chǎn)裝置8：1或10：1比列縮小，具備定制開發(fā)智慧型工廠裝置和通訊互動的新型實物微縮工廠裝置，其實訓(xùn)中心3D仿真項目包括原理實驗實訓(xùn)、認(rèn)識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)等3D虛擬現(xiàn)實仿真生產(chǎn)實習(xí)。該校利用實訓(xùn)中心，作為專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)的環(huán)節(jié)開始，提供為期2周的實訓(xùn)，依次進行實訓(xùn)動員、安全教育、認(rèn)識實習(xí)仿真、模擬生產(chǎn)設(shè)備拆裝實訓(xùn)、半實物全流程仿真合成實訓(xùn)、進廠參觀。其教學(xué)效果評價主要由教師、學(xué)生、企業(yè)進行實時、連續(xù)的評價[4]。

2.3 虛擬工廠實訓(xùn)在職業(yè)教育中應(yīng)用的優(yōu)勢

虛擬現(xiàn)實技術(shù)為職業(yè)教育增加了一種嶄新的教學(xué)模式，虛擬工廠實訓(xùn)教學(xué)模式在教學(xué)形式、教學(xué)方法和教學(xué)效果等方面都可為職業(yè)教育帶來不同程度上的影響。有效使用虛擬工廠實訓(xùn)教學(xué)，在職業(yè)教育中主要有以下幾方面優(yōu)勢：

2.3.1 解決學(xué)生企業(yè)實訓(xùn)周期短的需求

職業(yè)教育課程安排往往是“先理論后實踐”，需要根據(jù)固定的教學(xué)計劃來進行，學(xué)生企業(yè)實踐往往只會安排在畢業(yè)前夕，而企業(yè)由于生產(chǎn)要求和經(jīng)營狀況等不確定因素，很難為培養(yǎng)學(xué)生提供長時間的深入學(xué)習(xí)空間，導(dǎo)致學(xué)生深入企業(yè)實踐時間短，實踐深度不夠。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，為學(xué)生營造與企業(yè)實踐盡可能相似的實訓(xùn)條件，學(xué)生可以隨時隨地展開虛擬實訓(xùn)，及時地將學(xué)校理論教學(xué)在虛擬環(huán)境中進行實踐并檢驗。虛擬工廠實訓(xùn)可以在校內(nèi)為學(xué)生提供更多深入了解企業(yè)實踐的機會，滿足學(xué)生邊學(xué)邊練的需求，解決學(xué)生企業(yè)實訓(xùn)周期短的問題。

2.3.2 解決實訓(xùn)“高精密”“高耗材”“高毒性”等條件限制

例如：職業(yè)教育藥品與醫(yī)療機械類高難度的精密儀器條件限制、生物與化工類的高毒性生產(chǎn)實踐、裝備制造類的高耗材專業(yè)實踐、電子信息類的大型綜合應(yīng)用實踐等職業(yè)教育專業(yè)產(chǎn)教融合中，學(xué)生實訓(xùn)的機會是有限的?！疤摂M工廠”實訓(xùn)所展示的形象逼真的實驗場景和互動情景，在降低實驗成本的同時，還保證了實驗的安全性及可靠性，并且能及時激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，磨練學(xué)生的動手技能，促進理論學(xué)習(xí)與實踐操作結(jié)合，為學(xué)生在企業(yè)實踐打下堅實的基礎(chǔ)。

2.3.3 全面鍛煉學(xué)生的綜合能力

技能知識的掌握需要反復(fù)操練，循序漸進地強化技能知識熟練度，虛擬工廠模擬的企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，可以使學(xué)生多次重復(fù)的進行訓(xùn)練，并且可以仿真模擬不同的生產(chǎn)情景，營造非經(jīng)典案例或突發(fā)事故。滿足學(xué)生單項訓(xùn)練的同時，允許學(xué)生反復(fù)訓(xùn)練，并能對整個生產(chǎn)流程或特殊情況有一定的了解和磨練，強化學(xué)生技能熟練度和突發(fā)事故處理能力，將抽象理論轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實生產(chǎn)。

3 職業(yè)教育虛擬工廠實訓(xùn)教學(xué)模式構(gòu)建策略

貼合職業(yè)教育與虛擬實訓(xùn)深度融合的虛擬工廠實訓(xùn)教學(xué)模式應(yīng)運而生，構(gòu)建虛擬工廠實訓(xùn)教學(xué)模式的關(guān)鍵，就是打破學(xué)習(xí)與工作二元割裂狀況。

3.1 構(gòu)建原則

3.1.1 對應(yīng)性

虛擬工廠的資源構(gòu)建，需要學(xué)校與企業(yè)、行業(yè)聯(lián)合開發(fā)，依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，搭建出符合行業(yè)規(guī)范要求的教學(xué)環(huán)境，并根據(jù)企業(yè)用人的需求和標(biāo)準(zhǔn)，校企雙方共同制定教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)方案。以“虛擬工廠”為學(xué)校與企業(yè)之間的溝通橋梁，破解教育鏈與產(chǎn)業(yè)鏈脫節(jié)的問題。

3.1.2 層級性

虛擬工廠的運作方式，需要針對不同行業(yè)和領(lǐng)域的生產(chǎn)特點，依據(jù)實訓(xùn)目標(biāo)，在崗位層級中設(shè)置不同難度的級別，根據(jù)學(xué)習(xí)者已有經(jīng)驗，為學(xué)習(xí)者匹配相適應(yīng)的崗位，學(xué)習(xí)者在虛擬工廠中可通過學(xué)習(xí)和完成任務(wù)來達(dá)到“升職”目的，在提升學(xué)習(xí)競爭性的同時，使學(xué)習(xí)者明確自己技能層次。

3.1.3 沉浸性

職業(yè)教育中不同的專業(yè)針對的領(lǐng)域有所不同，在設(shè)備類型、生產(chǎn)崗位、工作流程和原料來源等方面也各不相同，但其設(shè)計內(nèi)容存在著一定的規(guī)律和特征。故以教學(xué)為目標(biāo)的一般性虛擬工廠設(shè)計中，其設(shè)計內(nèi)容應(yīng)滿足學(xué)習(xí)者沉浸體驗主要來源的兩個方面，分別是生理體驗和心理體驗。生理體驗需要通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)對用戶的感官進行刺激，虛擬場景的呈現(xiàn)、觸發(fā)控制與交互反饋等；心理體驗是學(xué)生在虛擬實訓(xùn)中專注于實訓(xùn)過程，完全融合實訓(xùn)過程中所產(chǎn)生的心理狀態(tài)。因此，虛擬工廠設(shè)計中，要根據(jù)人類的認(rèn)知規(guī)律和生理特點，結(jié)合虛擬工廠的設(shè)計內(nèi)容與仿真技術(shù)，有效地應(yīng)用沉浸理論，以達(dá)到使用戶角色盡快進入并維護沉浸狀態(tài)的目標(biāo)。

3.2 總體架構(gòu)

虛擬工廠實訓(xùn)教學(xué)模式是現(xiàn)代教育理論與信息技術(shù)變革而形成的一種教學(xué)模式。從實際出發(fā)促進職業(yè)教育產(chǎn)教深度融合，以培養(yǎng)各行各業(yè)一線技術(shù)性人才為目的，該教學(xué)模式由專業(yè)課程體系、虛擬模擬實訓(xùn)課程體系、企業(yè)崗位實踐體系構(gòu)成。專業(yè)課程體系以學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識和基本處理方法的理論教學(xué)為主，通過引入國家、行業(yè)等統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，制定人才培養(yǎng)課程標(biāo)準(zhǔn)。虛擬模擬實訓(xùn)課程體系是促進專業(yè)課程與崗位實踐有效融合的關(guān)鍵，構(gòu)建這一體系的關(guān)鍵是建立與產(chǎn)業(yè)運作相對應(yīng)的虛擬實訓(xùn)平臺，通過營造與一線崗位相一致的模擬實踐教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生在校也能進行生產(chǎn)訓(xùn)練和崗位實踐。企業(yè)崗位實踐體系是對學(xué)生專業(yè)能力的綜合檢驗，是職業(yè)教育中最不可或缺的環(huán)節(jié)，是評價與鑒定學(xué)習(xí)效果的主要依據(jù)。

3.3 實施流程

虛擬工廠實訓(xùn)教學(xué)模式在實施流程中，以我國學(xué)者茅以升先生提出的“習(xí)而學(xué)”教育程序為基礎(chǔ)，堅持做到“學(xué)校與工廠配合，基本與工具配合，理論與實習(xí)配合，理論與工具配合”[5]。專業(yè)課程、虛擬模擬實訓(xùn)、企業(yè)崗位實踐相互融合、相互促進，教育中的學(xué)習(xí)水平與生產(chǎn)中的業(yè)務(wù)水平相適應(yīng)，培養(yǎng)出來的人才，更能適應(yīng)工作崗位的要求。

按照“由淺入深、由基礎(chǔ)到綜合”的原則實施教學(xué)流程，把整個學(xué)校職業(yè)教育分為三個階段，即學(xué)生每階段學(xué)習(xí)的東西都是成套的，均可以在虛擬平臺上得到檢驗，學(xué)生每完成一個階段都能獲得某種工作經(jīng)驗。

階段一：確定專業(yè)學(xué)習(xí)目標(biāo)，選定工作角色，學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)知識的同時，邊學(xué)邊做。在課堂學(xué)習(xí)到的知識，可以及時擔(dān)任虛擬工廠系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的崗位，通過團隊合作的形式完成工作任務(wù)，獲取人際交互信息和積累工作經(jīng)驗。

階段二：學(xué)生通過在虛擬工廠中積累工作經(jīng)驗，達(dá)到獨立工作標(biāo)準(zhǔn)，進行獨立工作或進入到管理崗位，模擬實踐生產(chǎn)全過程，熟悉產(chǎn)品生產(chǎn)全過程或企業(yè)管理機制，養(yǎng)成安全生產(chǎn)規(guī)范的習(xí)慣，樹立起自學(xué)的質(zhì)量意識。

階段三：從學(xué)校理論學(xué)習(xí)和虛擬實訓(xùn)，轉(zhuǎn)入到企業(yè)實踐，培養(yǎng)達(dá)到企業(yè)要求的用人標(biāo)準(zhǔn)，大幅度提升職業(yè)教育人才培養(yǎng)的質(zhì)量在社會上的認(rèn)可。

4 結(jié) 論

虛擬工廠實訓(xùn)教學(xué)模式是基于現(xiàn)代信息技術(shù)的虛擬實訓(xùn)技術(shù)，學(xué)校將實際的企業(yè)環(huán)境通過虛擬技術(shù)引入教學(xué)環(huán)境之中。理論知識按照“由淺入深、由基礎(chǔ)到綜合”的原則進行設(shè)計；實訓(xùn)層級按照“單一生產(chǎn)到綜合項目”循序漸進的升遷原則。教學(xué)過程中，理論學(xué)習(xí)與實訓(xùn)同步進行，虛擬工廠實訓(xùn)教學(xué)模式的應(yīng)用使學(xué)生在學(xué)校中就掌握產(chǎn)業(yè)的工作狀態(tài)，解決學(xué)生企業(yè)實訓(xùn)周期短的需求，增加了實習(xí)安全性，降低了生產(chǎn)實習(xí)成本，改善了生產(chǎn)實訓(xùn)的教學(xué)效果，讓學(xué)生在進入企業(yè)工作崗位時能快速的轉(zhuǎn)換角色，迅速地適應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)工作。

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作者簡介

伍佳，碩士研究生，研究方向為職業(yè)教育。

朱山立，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向為教育信息化、職業(yè)技術(shù)教育。

（責(zé)任編輯：張瑞洋）