楚會(huì) 陳建 趙云輝 陳核章 劉雄
摘要:先進(jìn)的信息技術(shù),對(duì)高校的教育教學(xué)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響,特別是對(duì)于制藥工程專業(yè)這一對(duì)實(shí)踐性要求較高的學(xué)科而言,如何有效地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué),是高校教育教學(xué)中亟需解決的問(wèn)題。面對(duì)突發(fā)情況,虛擬仿真平臺(tái)的建設(shè)已成為時(shí)代之需和專業(yè)發(fā)展之需,能創(chuàng)新教學(xué)方式方法,拓展知識(shí)傳播路徑,提高教學(xué)質(zhì)量,同時(shí)也能有效降低實(shí)驗(yàn)成本,有效地解決好特殊背景下制藥工程專業(yè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的要求,不斷提升學(xué)生的專業(yè)能力和實(shí)踐能力。
關(guān)鍵詞:制藥工程;虛擬仿真平臺(tái);教學(xué)改革
引言
在當(dāng)今信息時(shí)代,教育教學(xué)正迎來(lái)前所未有的變革與挑戰(zhàn)。特別是在制藥工程專業(yè)領(lǐng)域,隨著醫(yī)藥行業(yè)的快速發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新的不斷涌現(xiàn),對(duì)高素質(zhì)制藥人才的需求日益增加。為了適應(yīng)這一趨勢(shì),建設(shè)符合現(xiàn)代教學(xué)需求的制藥工程虛擬仿真平臺(tái)勢(shì)在必行。本文將探討虛擬仿真技術(shù)在制藥工程教育中的應(yīng)用,以及其對(duì)教學(xué)質(zhì)量提升、學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面的積極影響。通過(guò)深入分析制藥工程虛擬仿真平臺(tái)的特點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)途徑以及在信息化教學(xué)下的輻射帶動(dòng)作用,旨在為高校制藥工程專業(yè)的教學(xué)改革提供有益思路和實(shí)踐指導(dǎo)。
一、現(xiàn)實(shí)背景:制藥工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)虛擬仿真平臺(tái)建設(shè)的生成邏輯
(一)是特殊情況下線上教學(xué)發(fā)展所需
線上教學(xué)的特點(diǎn)明顯,一方面可以不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制,另一方面大部分課程是錄制的視頻,不懂的地方可以多次回放,直到聽(tīng)懂為止。但是缺點(diǎn)也很突出,網(wǎng)絡(luò)授課是一種新的教學(xué)模式,對(duì)老師們來(lái)說(shuō),很難把控學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度,缺少相互交流。對(duì)學(xué)生們來(lái)說(shuō),大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性不強(qiáng),可能邊上網(wǎng)課邊干其他事情,學(xué)習(xí)效率也不高。因此信息技術(shù)背景下制藥工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)虛擬仿真平臺(tái)如何更加合理的建設(shè)以及其教育教學(xué)如何更好的去實(shí)踐,需有更深的思考[1]。
(二)是制藥工程專業(yè)學(xué)科發(fā)展所需
從制藥工程專業(yè)的角度來(lái)說(shuō),我國(guó)醫(yī)藥行業(yè)高速發(fā)展,并一直保持強(qiáng)勁的增長(zhǎng)趨勢(shì),成規(guī)模以上企業(yè)達(dá)8000家,但仍以仿制藥或原料藥為主,工藝水準(zhǔn)低,且規(guī)模較小,與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力不足,生產(chǎn)工藝相對(duì)落后,競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng),制藥企業(yè)難以適應(yīng)新工藝、新品種、新劑型的創(chuàng)新發(fā)展,其主要原因是制藥工程專業(yè)技術(shù)人才不足。因此實(shí)現(xiàn)新形勢(shì)下制藥工程專門人才的培養(yǎng),為國(guó)家、企業(yè)培養(yǎng)高質(zhì)量的制藥人才,是大多數(shù)高校制藥工程專業(yè)教學(xué)改革關(guān)注的重點(diǎn)[2]。因此,結(jié)合專業(yè)特色與學(xué)科優(yōu)勢(shì),及學(xué)生創(chuàng)新發(fā)展的需求,建設(shè)具有專業(yè)特色的制藥工程虛擬仿真平臺(tái),覆蓋虛擬仿真實(shí)訓(xùn)情景系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)資源共享,并貫穿應(yīng)用于制藥工程專業(yè)學(xué)生的理論學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)技能、競(jìng)賽活動(dòng)等培養(yǎng)過(guò)程中,能顯著提高學(xué)生對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題的解析能力與工程應(yīng)用實(shí)踐能力,滿足社會(huì)對(duì)制藥工程專業(yè)人才的需求,對(duì)促進(jìn)制藥工程專業(yè)的發(fā)展具有重大意義[3]。
(三)虛擬仿真技術(shù)是信息時(shí)代高等教育的有效手段
教育部高等教育司司長(zhǎng)吳巖就指出“虛擬仿真解決了世界性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)的難題,也解決中國(guó)大學(xué)生動(dòng)手能力不足這樣一個(gè)短板問(wèn)題”。教育部發(fā)布《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)》,將國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目納入一流本科課程建設(shè)。世界慕課大會(huì)在清華大學(xué)召開,旨在凝聚發(fā)展共識(shí)、匯聚創(chuàng)新力量、分享實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、展現(xiàn)技術(shù)前景,以推動(dòng)世界慕課與在線教育建設(shè)、發(fā)展和共享,探討了“虛擬仿真技術(shù)與教育”,分享了虛擬仿真的本質(zhì)和關(guān)鍵技術(shù),利用虛擬仿真技術(shù)和裝備進(jìn)行教學(xué)的方案和體驗(yàn)。因此,虛擬仿真適應(yīng)信息時(shí)代高等教育開發(fā)辦學(xué)、資源共享的要求,是信息化教學(xué)的一個(gè)有效手段,補(bǔ)充實(shí)體教學(xué)的不足,節(jié)約成本[4]。
二、實(shí)踐與創(chuàng)新:制藥工程專業(yè)虛擬仿真平臺(tái)的獨(dú)到優(yōu)勢(shì)
(一)虛擬仿真平臺(tái)的特征
利用現(xiàn)代化信息技術(shù)手段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以切實(shí)提高學(xué)生的創(chuàng)新和創(chuàng)造力,利用實(shí)驗(yàn)軟件,將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不易實(shí)現(xiàn)的過(guò)程通過(guò)虛擬仿真系統(tǒng)就能迎刃而解。虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)具有幾個(gè)特征:通過(guò)視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué),產(chǎn)生一種非常接近真實(shí)的感受,仿佛整個(gè)人就置身其中,所思所想可以通過(guò)傳感器傳遞給虛擬仿真系統(tǒng),系統(tǒng)接收信號(hào)又可以反饋過(guò)來(lái),就好比我們通過(guò)鼠標(biāo)、鍵盤控制各種實(shí)驗(yàn)裝置,系統(tǒng)就會(huì)作出相應(yīng)處理。虛擬仿真平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)需要三維建模軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件。仿真模型是利用計(jì)算機(jī)建立的關(guān)于研究對(duì)象的邏輯模型,是系統(tǒng)或者對(duì)象本質(zhì)的簡(jiǎn)化和抽象,是實(shí)現(xiàn)虛擬仿真的核心和基礎(chǔ),通過(guò)3D Max、SketchUp等軟件構(gòu)建三維立體模型,通過(guò)Unity構(gòu)建三維互動(dòng)場(chǎng)景。
虛擬仿真平臺(tái)建設(shè)的最終目的也是為了培養(yǎng)我們的青年學(xué)生,它涉及到青年學(xué)生以后的整個(gè)職業(yè)生涯,所以我們?cè)谔摂M仿真平臺(tái)建設(shè)過(guò)程中就要做好維護(hù)教育立場(chǎng)的問(wèn)題,以各種形式賦予虛擬仿真課題人才培養(yǎng)的使命。虛擬仿真平臺(tái)建設(shè)是一種非常復(fù)雜的工程,虛擬仿真平臺(tái)作為知識(shí)承受的載體,在平臺(tái)的建設(shè)過(guò)程把知識(shí)講透,讓它貼近實(shí)際、貼近生活,同時(shí)能夠在學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程形成知識(shí)的共鳴、價(jià)值的共鳴,使得學(xué)生在通過(guò)虛擬仿真平臺(tái)建構(gòu)起豐富的知識(shí)體系,構(gòu)建起正確的價(jià)值追求,也是對(duì)我們教育工作需要樹立起正確的人才培養(yǎng)觀,通過(guò)價(jià)值構(gòu)建、正確引領(lǐng),培養(yǎng)能夠民族復(fù)興大任的時(shí)代新人,真正做到以文化人,以文育人的具體要求。在虛擬仿真平臺(tái)的建設(shè)過(guò)程中,需要把提高人才培養(yǎng)質(zhì)量放在一個(gè)核心位置,因?yàn)樗幌窬€下教學(xué),可以去言傳身教,在虛擬仿真平臺(tái)的建設(shè)過(guò)程內(nèi)容都是非常具體的,應(yīng)該做到樹人為核心,通過(guò)平臺(tái)建設(shè)與學(xué)生聯(lián)系起來(lái),既要通過(guò)知識(shí)的傳輸實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo),又要在這樣的一個(gè)過(guò)程中,實(shí)現(xiàn)正確價(jià)值觀、品格、能力的構(gòu)建,所以虛擬仿真平臺(tái)涉及到一個(gè)德育要求的落實(shí)問(wèn)題,要真正做到塑造人、發(fā)展人和改變?nèi)恕L摂M仿真平臺(tái)的推進(jìn)過(guò)程中,需要做到知識(shí)與價(jià)值的傳授同向同行[5]。
(二)虛擬仿真平臺(tái)建設(shè)的實(shí)現(xiàn)途徑
國(guó)內(nèi)外利用虛擬仿真技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)手段包括:多媒體技術(shù)、可視化技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)等,國(guó)內(nèi)外眾多高校,都開始探索虛擬仿真教學(xué),并逐步推廣,如北京化工大學(xué)成立丙烯酸甲酯全流程生產(chǎn)仿真平臺(tái),該平臺(tái)針對(duì)化工類實(shí)習(xí)存在遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)、只能看不能操作的問(wèn)題,將真實(shí)設(shè)備、管道、儀表與仿真平臺(tái)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)物料動(dòng)態(tài)工況模擬;天津商業(yè)大學(xué)成立青霉素工業(yè)化生產(chǎn)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái),該平臺(tái)以GMP為主線,突出生產(chǎn)操作仿真模塊、設(shè)備仿真模塊、在線學(xué)習(xí)模塊,實(shí)現(xiàn)了青霉素工業(yè)化生產(chǎn)從工程設(shè)計(jì)到生產(chǎn)操作的全流程模擬;英國(guó)Open University是世界上第一所遠(yuǎn)程教育大學(xué),是在線高等教育領(lǐng)域的先鋒與領(lǐng)導(dǎo)者,其虛擬仿真平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室聞名全世界,開發(fā)的各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供遠(yuǎn)程在線虛擬實(shí)驗(yàn)室,人們通過(guò)遠(yuǎn)程就能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的各種功能,大大促進(jìn)教育資源共享和數(shù)字化[6]。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有多項(xiàng)特點(diǎn):首先,它能夠替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境,提供各種難以在實(shí)地教學(xué)中展開的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué),克服了場(chǎng)地和實(shí)驗(yàn)器材等限制。其次,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與信息技術(shù)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)深度融合,具備高仿真性、高效率和低成本的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì),代表了新技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用。再者,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)拓展了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度和廣度,實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程、步驟和可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤主要由教師預(yù)判,但面對(duì)多名學(xué)生時(shí)監(jiān)控困難。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)還需大量人力、物力和成本,且實(shí)驗(yàn)室規(guī)模限制了使用人數(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)降低了投資成本,提供了無(wú)限拓展的實(shí)驗(yàn)空間和時(shí)間,為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)了新的可能性。
虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的出現(xiàn)可以大幅度解決目前高校實(shí)驗(yàn)室不足、建設(shè)實(shí)驗(yàn)室成本高、實(shí)驗(yàn)室使用頻率高導(dǎo)致成本較高、某些實(shí)驗(yàn)具有危險(xiǎn)性、有安全隱患等問(wèn)題,它可以有效彌補(bǔ)甚至取代傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室,成為新型的實(shí)驗(yàn)室。
(三)信息技術(shù)常態(tài)化下,制藥工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)虛擬仿真平臺(tái)建設(shè)對(duì)教育教學(xué)的輻射帶動(dòng)
1.增強(qiáng)教學(xué)效果,實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)
將傳統(tǒng)的制藥工程實(shí)驗(yàn)在虛擬仿真系統(tǒng)中以生動(dòng)、逼真的三維形式表現(xiàn)出來(lái),規(guī)范學(xué)生的基本操作要點(diǎn),提高學(xué)生對(duì)基本操作的熟練程度,提高學(xué)生的基本操作技能,減少實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的誤差或錯(cuò)誤;虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)能夠和人才培養(yǎng)相聯(lián)系,在此環(huán)節(jié)尋找一些重要連接點(diǎn),但針對(duì)制藥工作專業(yè)實(shí)驗(yàn),知識(shí)體系的傳授一般以貫徹做法進(jìn)行,所以實(shí)際仿真系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程不會(huì)很順利,并且比較復(fù)雜,需要認(rèn)真構(gòu)思這個(gè)系統(tǒng),專業(yè)知識(shí)的傳授是非常專業(yè)的,價(jià)值體系的傳授要貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程,構(gòu)建虛擬仿真系統(tǒng)需要充分挖掘其存在的價(jià)值觀念。
2.研究教學(xué)方法,增強(qiáng)課堂的趣味性
使學(xué)習(xí)者在虛擬仿真系統(tǒng)中如身臨其境,增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和理論聯(lián)系實(shí)際的能力,將實(shí)驗(yàn)原理理解得更加透徹、具體,培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力,最大限度的激發(fā)學(xué)生的科研和創(chuàng)新能力;我們的日常教學(xué)是需要不斷研究的,用創(chuàng)新的方法解決舊模式下沒(méi)能解決教學(xué)問(wèn)題,當(dāng)今的教學(xué)研究是相對(duì)復(fù)雜的,需要從改進(jìn)中加強(qiáng),從創(chuàng)新中提高,針對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,達(dá)成制藥工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求,不斷優(yōu)化教學(xué)質(zhì)量,超越現(xiàn)有的教學(xué)水平,面對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境中學(xué)生課堂注意力不集中,使用手機(jī)電腦等情況,對(duì)整個(gè)教育目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是一種巨大的挑戰(zhàn),大學(xué)生是比較張揚(yáng)的,不像中小學(xué)那么容易受到約束,會(huì)做與教學(xué)無(wú)關(guān)的事情,學(xué)生會(huì)以不同的方式對(duì)待大學(xué)課堂,怎樣通過(guò)虛擬仿真教學(xué),增強(qiáng)與學(xué)生的互動(dòng),探討虛擬仿真教育教學(xué)方法創(chuàng)新,探尋虛擬仿真教育教學(xué)規(guī)律,思考虛擬仿真教育教學(xué)方法改進(jìn)提高。
3.進(jìn)階知識(shí)傳輸途徑,降低實(shí)驗(yàn)成本
對(duì)于實(shí)驗(yàn)室難以實(shí)現(xiàn),成本較高、危險(xiǎn)程度較高的實(shí)驗(yàn)或者無(wú)法觀察的細(xì)微實(shí)驗(yàn),都可借助虛擬仿真系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn);降低時(shí)間、空間和材料的限制,使用者可以利用所有的實(shí)驗(yàn)藥品和實(shí)驗(yàn)器材,隨時(shí)隨地走進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn),享受探索和創(chuàng)造的樂(lè)趣。時(shí)代在變,學(xué)生也在變,教育教學(xué)方法也是在不斷進(jìn)階過(guò)程,知識(shí)體系在不斷更新,在知識(shí)傳輸?shù)耐瑫r(shí),通過(guò)虛擬仿真課堂對(duì)學(xué)生起到思想價(jià)值引領(lǐng),由于每個(gè)人的思想價(jià)值觀念都是由無(wú)到有,從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過(guò)程,通過(guò)虛擬仿真課堂用藝術(shù)的方法去感化、去建構(gòu)學(xué)生的正確觀念,老師即人生導(dǎo)師,不僅傳授學(xué)生知識(shí),還需引領(lǐng)學(xué)生的創(chuàng)新思維,帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識(shí)外部世界,在這個(gè)過(guò)程中,讓學(xué)生形成正確的奮斗目標(biāo),把個(gè)人的發(fā)展和國(guó)家的發(fā)展聯(lián)系在一起。所以,在虛擬仿真課堂構(gòu)建過(guò)程中,需要一步一步提升學(xué)生對(duì)知識(shí)的追求境界,既能借用外部的力量推動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí),又能與學(xué)生的內(nèi)在需求一致,利用合理的系統(tǒng)構(gòu)建來(lái)實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的。
結(jié)語(yǔ)
在當(dāng)今信息技術(shù)時(shí)代,制藥工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)虛擬仿真平臺(tái)的建設(shè)運(yùn)用而生,它是一種新型的教學(xué)理念和教學(xué)設(shè)計(jì),讓學(xué)生積極參與線上課堂,增強(qiáng)學(xué)生在線上學(xué)習(xí)中的獲得感和參與感,虛擬仿真平臺(tái)的建設(shè)有助于完善制藥工程專業(yè)的課程教學(xué)體系,提高制藥工程專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐技能,提高制藥工程專業(yè)學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)技能方面知識(shí)的儲(chǔ)備,培養(yǎng)與企業(yè)實(shí)際需求相符合的制藥工程技術(shù)人才,擴(kuò)大本專業(yè)學(xué)生的就業(yè)范圍,增強(qiáng)就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí),虛擬仿真平臺(tái)的每個(gè)設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)相聯(lián)系起來(lái),在虛擬仿真平臺(tái)建設(shè)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)學(xué)生專業(yè)知識(shí)增長(zhǎng),操作技能提升,引領(lǐng)學(xué)生正確的價(jià)值取向,維護(hù)好教育的歷史使命和責(zé)任,培養(yǎng)能夠擔(dān)當(dāng)民族復(fù)興大任的時(shí)代新人。
本文系1.湖南科技大學(xué)2021年教學(xué)改革研究項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):G32112);2.2020年湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):HNJG-2020-0490);3.2018年湖南省普通高校教學(xué)改革研究項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):湘教通[2018]436號(hào)389)階段性研究成果。
參考文獻(xiàn):
[1]周華從,洪海龍,陳秋月等.高校工科專業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)課程虛擬仿真教學(xué)實(shí)踐——以制藥工程專業(yè)為例[J].創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實(shí)踐,2021,4(06):111-113+118.
[2]郭廷旺,楊琳.“制藥工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)”改革與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇,2020,(40): 132.
[3]劉雄,向夏蕓.基于仿制藥一致性評(píng)價(jià)的制藥工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)改革探討[J].教育教學(xué)論壇,2019,(40):104.
[4]俞冠伊.信息時(shí)代背景下的虛擬仿真技術(shù)在環(huán)境設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2021,17(01):97-98.
[5]趙紅,李忠,彭成松等.制藥工程專業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真平臺(tái)的特點(diǎn)及對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的優(yōu)勢(shì)[J].安徽醫(yī)藥,2021,25(02):422-424.
[6]李英芹,馬文婷.基于虛擬仿真的教學(xué)做合一的教學(xué)平臺(tái)在職業(yè)本科專業(yè)建設(shè)中的應(yīng)用[J].上海輕工業(yè),2024(01):135-137.
(作者單位:湖南科技大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院)
(責(zé)任編輯:豆瑞超)