基于虚拟现实技术的实训在线考核系统设计与实现——以药物制剂综合技能训练课程为例

夏晓静 胡 英

浙江医药高等专科学校 浙江宁波 315100

实践教学是高等职业教育实现培养高端技能型专门人才的重要手段。综合实训课程打破了传统学科体系，以模块为框架，基于工作过程，突出技能训练，重视知识和能力拓展，培养学生的实践操作能力和创新能力。考核是课程教学体系中不可分割的重要组成部分，其特有的评定、检测、诊断、反馈和激励功能，是其他教学环节所不能替代的[1]。但实训课程在考核时考虑到设备损耗、人力投入和时间成本，往往以组为单位，针对工作流程中一个特定岗位的操作进行评价。这样的考核方式无法真实反映每位学生对生产过程各个岗位的知识和技能的掌握程度，具有较大的局限性。笔者利用虚拟现实技术和互联网技术进行药物制剂综合技能训练实训课程的在线考核系统设计，全方位评价学生的实训效果。

1 设计开发背景

随着计算机技术的发展，在线考核系统不断涌现。国内大型考试，如计算机等级考试；国外著名考试，如托福、GRE，均采用网上考试方式。远程教育的迅速发展也对在线考试系统的开发起到了促进作用。在线考核系统的优点在于可有效避免传统集中考试的弊端，给考生和阅卷教师提供便利，节约大量人力、物力和财力。使用在线考核系统考查学生，对考生而言，可充分实现考试公平性；对阅卷教师而言，可节约大量的评卷时间。但已有的在线考试系统出现的题型多为选择题、判断题等，有的增加了简答题，但都不能充分满足注重操作的实训(验)课程在线考核的需求。

教育部《关于推进高等职业教育改革创新 引领职业教育科学发展的若干意见》(教职成[2011]12号)文件中指出：“推进现代化教学手段和方法改革，开发虚拟流程、虚拟工艺、虚拟生产线等，提升实践教学和技能训练的效果。”虚拟现实技术(VR)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机技术，其用于教学可成功演示教学内容，达到直观、具体的效果，并且由于其可以进行人机交互，使学生置身于一个身临其境的综合学习环境中[2]，从而提高教学对象的直观度，改善教学效果，提高教学质量[3]。虚拟现实技术应用于实验实训教学可解决实操实训中危险大、费用高、小概率事件难以再现、个性化训导等问题[4]。

因此，我们采用虚拟现实技术进行模拟操作，然后通过制定评分规则，设计成操作题，将操作题嵌入基于互联网技术的在线考核系统，构建“实践性、综合性、公平性、共享性”相结合的实训在线考核系统。

2 考核平台的构建

药物制剂综合技能训练课程是我校省重点专业和特色专业—药物制剂技术专业实践教学体系的重要组成部分，是培养从事药物制剂生产和质量控制等岗位人才的课程。该课程的培养目标是使学生“具备典型制剂生产所必备的制剂设备、制剂生产、制剂质检、工艺验证、GMP等方面综合知识和技能”。课程开发建立在相关的专业核心课程基础上，是对学生前期专业知识和技能的拓展和升华，而且更加重视实践操作和创新，强调实践过程的完整性和工作过程化。通过该课程学习，学生可以了解就业岗位工作性质和基本要求，达到岗前教育的目的。在设计考核系统题库时，我们根据药品生产企业的典型岗位，按项目化的方式分解。实训考核评价体系根据项目化课程进行改进，最终的成绩由形成性考核、技能考核、终期考核组成。形成性考核即过程考核，关注实训过程中的态度、实训项目实施情况、实训报告完成情况等。技能考核是工作结果考核，根据完成情况进行评价。因此，在构建实训在线考核体系平台时，充分考虑以上因素，确立了如图1所示的功能模块。

图1 实训在线考核系统平台

2.1 课程模块主要功能

课程模块主要是对实训课程的简介，包括课程内容结构、考核系统的使用说明，并进行用户名、密码、验证码等的身份认证，登录系统。

2.2 学生模块主要功能

个人信息是进行个人资料的修改，如密码、界面、头像、联系方式等的修改。实训信息由两部分组成：实训通知是接收所在班级的实训课程的相关信息，如实训时间、考核时间；教师评价是接收教师根据学生学习过程而进行的个别辅导。在线练习是选择合适的项目进行各种题型的练习，并可查阅之前已完成的项目、个数、具体情况，获得在线的形成性考核成绩。实训报告的主要作用是在线递交每个项目的实训报告，获得教师对每个项目的反馈情况和在线技能考核成绩。在线考核是在规定时间内进行在线考核，获得期终考核成绩。成绩查询是学生查询自己的各项成绩和总评成绩，并可查看排名前五位的同学的成绩。

2.3 教师模块主要功能

练习管理是按班级对学生练习过程的监控，查看学生在线时长、完成项目个数、完成情况，并进行个体化辅导。报告管理是批阅学生递交的实训报告，进行反馈，评价完成情况，给出学生在线的技能考核成绩。阅卷管理是查看机器阅卷的期终考核成绩，进行考核试卷的阅卷，如有必要可采用人工阅卷。成绩管理是查阅各班学生各项成绩，输入学生在真实场景中实际操作的成绩，得出总评成绩。

2.4 管理员模块主要功能

用户管理用于导入学生班级名单，教师用户名和密码修改等。题库管理是按题型、项目、知识点、难易程度等进行题目导入，也可进行题目的批量导入。考核管理是进行考核时间的设定，按题型、分值、难易度、知识点分布自动组卷。公告管理用于发布实训时间、考核时间等公告。

3 试题设计

3.1 操作题设计

此系统试题设计中需解决的最关键问题是基于虚拟现实技术的操作题。虚拟实训应与现实保持一致性、高度交互性和信息反馈。在已有的虚拟实训车间，仅提供正确的操作动作和流程，而学生实际考核时并不能完全按照正确操作来进行，因而需充分考虑操作过程中事件的发展方向，并制定详细的评分细则，用以对学生的掌握程度进行客观和公正的评分。

每个实训项目由1～3个操作题目组成。每个操作题目由12～32的动作构成，根据动作数目不同，各题目的分值也不同。在虚拟实训环境中，完全按正确的顺序操作，该小题可得满分。但学生操作时可能不是从正确位置开始，或在操作过程中跳过某些步骤而继续进行，从而产生异常结果。在试题设计时要将动作进行分类，预测事件发展走向。以操作题“领料”为例，学生的操作可分为四种(如图2所示)。

图2 操作题设计过程举例

(1)开始动作

开始运作是整个项目一开始可点击的动作，通常一个项目中只有2～5个动作可作为开始动作。如果学生点击的运作不属于开始动作，操作无法开始；如果点击的开始动作不是标准答案，计分只能从点击位置开始计分。如“领料”项目中有两个开始动作，可以先打开紫外灯，也可先打开传递窗门。

(2)跳过动作

在项目操作过程中，一般按顺序依次进行，如不做某项动作，仍可继续进行的称为跳过动作。跳过动作不得分。但有些动作跳过后到某个阶段会产生严重后果，如操作题“制水”中未检查所有阀门打开即开启制水设备，会导致水管爆裂，则该题记为零分。

(3)必需动作

不做此项动作，操作无法进行的称为必需动作。如“领料”中第三个动作，如未取出物料，不能进行之后的“放入接料桶”“贴标签”等动作，故为必需动作。

(4)返回动作

一般而言，动作跳过后不可返回，但有些动作跳过后可在一定范围内返回进行补救，这样的动作即为返回动作，返回动作不得分，但因补救及时不会造成不良后果，后面的动作仍可得分。

同一动作可能既是开始动作又是跳过动作，可能既是跳过动作又是返回动作。在试题设计时严格按真实场景中事件发生情况进行分析，从而使虚拟现实操作结果符合事实逻辑。

3.2 其他题型设计

除操作题外，在考核系统中的题型还包括单项选择题、多项选择题、判断题、配伍题、比较题。题目或选项中可放入图片、声音、视频等多媒体资料。每题涵盖问题、选项、正确答案及答案解释，并标记所属知识点、项目名称、难易度。试题考查学生对项目实施所需知识点的掌握及操作中异常情况的判断等。

4 平台开发

B/S(浏览器/服务器)结构是Web兴起后的一种网络结构模式。Web浏览器，如Internet Explorer是客户端最主要的应用软件。采用B/S结构使客户端统一，系统功能集成于服务器上。其最大的优点是可在任何可以上网的计算机上进行操作，系统扩展时只需服务器升级和修改源程序，客户端不用下载软件即可升级，降低了客户端的成本，简化了安装、维护和使用。但该系统对服务器有一定的要求。

建立在线考核系统后，学生可经由校内局域网任一客户端通过Web浏览器向Web服务器提出请求，通过验证后Web服务器把主页传送给客户端，客户机接收并显示考核内容。Web服务器接收学生通过客户端提交的答案，再向数据库服务器提出数据处理申请，数据库服务器对数据库进行查询、修改、更新，将运行结果交给Web服务器，再由Web服务器将评分结果返回客户端。

本系统是一个基于MVC模式的SSH+Ajax框架设计的JavaEE平台的Web应用，系统设计以Strust2，Spring3，Hibernate3以及用来增加系统灵活开发和增加客户体验的Ajax框架的多层整合架构体系。具体系统架构如图3所示。

图3 系统整体架构图

5 结束语

作为浙江省优势专业建设中的建设重点和特色，基于虚拟现实技术和互联网技术构建的药物制剂综合技能训练实训在线考核系统，具有以下特点：(1)采用虚拟现实技术进行实训在线考核，摆脱了场地、时间限制，实训设备更新速度快，经费少。利用在线考核系统中的练习模式，学生可以反复操练，强调实践性。(2)考核系统中的与知识点相关的题目，使实训考核不仅针对学生的实操过程进行评价，还体现了对学生的思维过程进行考核，避免了学生学习实训时只掌握按开关的操作，而是对动手和动脑进行综合考核。(3)计算机自动组卷、评测结果，能大大提高测评能力，同时可减少人力投入，提高工作效率，充分体现公平性。(4)适用于国内医药类院校的药物制剂技术及相关专业的实践教学及考核，可进行资源共享。可以弥补一些院校无校内实训基地或基地内设备较为陈旧、缺乏经费更新等不足，只需利用机房和校园网即可实施实训教学及考核。

随着高职教育课程改革的大力推进以及国家对实践课程的重视，实践课程的考核体系也相应提高了要求。本文将虚拟现实技术与互联网技术的在线考核系统进行整合，对实训在线考核系统的设计提供了新的思路。

[1] 金根中,吴雄彪,成军.基于实训过程的考核模式研究与实践[J].职业教育研究,2009(1):105-106.

[2] 陈浩磊,邹湘军,陈燕.虚拟现实技术的最新发展与展望[J].中国科技论文在线,2011(1):1-5.

[3] 仝兆景,张科,杨艺.运用VRML提高模像直观的教学创新与研究[J].中国现代教育装备,2011(5):38-40.

[4] 张建武,孔红菊.虚拟现实技术在实践实训教学中的应用[J].电化教育研究,2010(4):109-112.