虚拟仿真实训教学创新模式研究——以药品生产技术专业群为例

刘竺云,沙赟颖,王立中,陆剑锋,张茂风

1.泰州职业技术学院, 江苏 泰州 225300;2.江苏省智能制药产教融合集成平台, 江苏 泰州 225300

为贯彻落实《国家创新驱动发展战略纲要》《国家职业教育改革实施方案》《职业教育提质培优行动计划(2020-2023年)》等文件精神[1-3],泰州职业技术学院以江苏省中国特色高水平高职学校建设为契机,积极探索虚拟仿真技术在职业教育教学改革与发展中的新思路、新模式、新机制,建设智能制药虚拟仿真实训中心,助力职业教育数字化升级,增强专业人才培养质量。

1 药物制剂生产“1+X”证书制度

《国家职业教育改革实施方案》(国发[2019]4号)提出,在职业院校启动“学历证书+若干职业技能等级证书”制度试点(以下称“1+X”证书制度试点)工作,进一步发挥学历证书作用,夯实学生可持续发展基础,鼓励职业院校学生在获得学历证书的同时,积极取得多类职业技能等级证书,拓展就业创业本领,缓解结构性就业矛盾。各类职业技能等级证书具有同等效力,是职业技能水平的凭证,能够反映职业活动和个人职业生涯发展所需要的综合能力。

为贯彻落实《国家职业教育改革实施方案》《教育部办公厅等三部门关于推进“1+X”证书制度试点工作的指导意见》等政策文件要求,推进药品类首个“1+X”药物制剂生产职业技能等级证书试点工作有序开展,重庆医药高等专科学校与江苏恒瑞医药股份有限公司强强联合,申报并获批了教育部药物制剂生产职业技能等级证书。2021年11月,泰州职业技术学院成功入选全国第一批药物制剂生产“1+X”职业技能等级证书考核站点。

在未来医药行业中,医药类人才需求将显著增大,质量管理类人才将更受重视,生产类人员需求量保持平衡但对技能和素质的要求越来越高。“1+X”证书必将是未来评判职业技能人才的重要标准。“1+X”药物制剂生产职业技能等级证书从药品生产“人—机—料—法—环”全过程规范化培养学生的药品生产管理技能,必将为社会培养出专业技术更高、操作技能更强的药学人才[4]。

“1+X”证书制度的试行,对高职学生的职业技能培养提出了更高的要求,尤其是对于药品生产技术等实践性比较强的专业,高等职业教育的培养目标是培养高素质的技能型人才,主要突出知识点的实际应用能力,因此专业课程实验实训教学质量在很大程度上决定了人才培养的质量。

2 目前实训教学中存在的问题

2.1 实训室建设和使用成本太高

药品生产技术专业群“无菌制剂技术”“非无菌制剂技术”“药品检验技术”等主干课程所涉及的主要仪器设备一般规模都比较大、价格比较昂贵,学院预算有限,部分设备无法购入,所购入的设备台套数也不能完全满足学生实训课程的需要。例如:固体生产车间需要配备粉碎机、振荡筛、混合机、制粒机、整粒机、压片机、包衣机、胶囊充填机等;液体生产车间需要配备配液罐、灌封机、灯检机、冷冻干燥机等;公用工程车间需要配备制药用水制备系统、空气净化系统等。实训室前期建设需要投入的资金较大,并且实训开始后设备所需的投料量也较多,设备运行成本及后期维护成本也比较高。

2.2 实训过程存在安全隐患

在传统实训课堂授课过程中,尽管教师多次讲述并反复强调设备的标准操作流程以及风险点,但很多学生从心理上并未加以重视,若学生在尚未熟悉的情况下直接进入生产车间,动手操作实训室的大中型设备(如粉碎设备、制粒设备等)就会存在较大的风险;此外,制药过程可能存在污染(如粉尘飞扬等),如果学生没有很好的安全意识,不能做好自我防护,会存在一定的风险。因此,只有在学生熟悉设备、了解设备运行机制、清楚风险控制点等基础情况的前提下,才能有效避免实训过程中存在的安全隐患。

2.3 实训教学效果不佳

对于一些比较复杂的大型设备,仅靠理论讲述和教师展示,学生无法很好地理解和掌握,且不少学生对中大型设备存在畏惧,刚接触的时候不敢动手操作,需要经过多次实操才能达到比较高的熟练度;且学生人数众多,需要分多个批次教学,实训期设备运行中等待的时间较长,学生实际上手操作时间较短,无法做到随时练习,学习效率不高。

3 虚拟仿真实训教学的优势

虚拟仿真大大增强教学的交互性、体验性和趣味性。利用虚拟仿真等现代信息技术,建设虚拟仿真实验教学平台,开发虚拟现实学习资源,优化学习体验。创设沉浸式学习场景,将抽象的内容用可视化多维虚拟技术展现,虚拟实训过程更加接近现实场景,使得学习过程更加形象、直观[5]。即使在疫情防控期间也能实现居家不停学,线上线下结合开展形式多样的学习活动,能够提高课堂时效性及教学效果。

3.1 虚拟仿真技术能够有效提升学生学习趣味性

按照传统实训方法,教师首先发布生产指令和生产相关文件,讲解生产过程及相关注意事项,学生按照生产岗位标准操作规程以及所使用的生产设备标准操作规程完成相应岗位生产操作,整个过程主要依靠教师的讲授,比较枯燥,学生兴趣不高。而虚拟仿真技术能为学生创设一个三维虚拟生产环境,能将生产过程生动、形象地展现在学生面前,寓教于乐,趣味性十足,让学生能够以游戏的心态充分参与进来,以学习为乐。

3.2 虚拟仿真技术能够有效提升学生学习主动性

虚拟仿真技术通过设置一环又一环的生产任务,每完成一个任务系统都会有相应的完成情况提示,以激发学生的挑战意识,使其积极主动地去利用虚拟仿真实训手段辅助学习,从以往传统的以教师讲授为主转变为教师利用虚拟仿真技术为学生提供仿真教育场景,使学生沉浸其中,积极挑战,有效地提升了学习主动性。

3.3 虚拟仿真技术能够有效提升学生学习效率

虚拟仿真技术打破了时间和地域的限制,只需要一台装载了虚拟仿真软件的电脑,就可以随时随地进行仿真实训练习。目前,学院的仿真实训室完全可以满足学生线下仿真实训的要求,做到一人一机,让每位学生都有充分的练习时间。以颗粒干燥岗位为例,学生在传统实训的颗粒干燥岗位上,等待湿颗粒干燥到含水量3%以下的这个过程,耗时非常久,学生的学习效率不高。而虚拟仿真技术在这一点上具有得天独厚的优势,将颗粒干燥设备的运行过程以动画形式展现出来,大大提升了学生对岗位操作流程及设备运行过程等的学习效率。

3.4 虚拟仿真技术能够有效提升学生学习效果

以固体制剂生产流程的教学过程为例,在传统实训教学中,教师完全按照固体片剂生产流程(粉碎→过筛→混合→称量→制粒→干燥→整粒→总混→压片→包衣→质检→入库)的前后顺序进行教学。但在实训考核时候,仍有学生无法完全正确地描述完整过程。在虚拟仿真技术的帮助下,学生能够全面生动地了解车间的生产布局、产品的生产过程、产品的质量检测项目等,以及岗位生产职责及岗位标准操作规程。学生经过虚拟仿真实训学习并通过考核之后,再到GMP生产车间进行实操练习巩固岗位认知,提升实操水平,从而有效提升学习效果。

4 虚拟仿真实训教学资源建设存在问题

4.1 资源匹配度不够

开发一款虚拟仿真实训软件前期投入非常大。针对学生特定的学习领域,为学生提供一个虚拟仿真的工作场景,模拟工作现场的真实生产过程,需要专业教师与行业企业专家在针对专业岗位核心职业能力进行仔细调研的基础上,分析岗位真实工作任务及工作过程所需要的知识、能力和素质要求,结合专业培养目标,进行整体统筹规划,而往往市面上现有的虚拟仿真资源与专业课程匹配度不够,与制药类职业特性、真实情境、实际生产过程有一定差距,难以充分发挥虚拟仿真教学的优势[6]。

4.2 使用效果达不到预期

目前,现有的虚拟仿真资源在使用过程中存在重点偏移、多流程重复等问题。以药品生产GMP虚拟实训仿真系统为例,在该软件操作过程中,学生操控操作工“李雷”进行具体岗位操作时,需要走到系统给定的光圈位置,才能够触发任务,这就导致学生在练习时重心会偏向于去记忆光圈位点,而模糊了生产流程与GMP意识等重点;在口服固体制剂制备相关岗位仿真实训过程中,流程存在很大程度的相似性,基本流程都是“领取文件→生产前检查→领取物料→生产加工→物料交接→清场→清场检查→离开车间”,因此学生在做到后续的一些生产岗位时,会产生一定的疲劳感,兴趣性会降低,学习效果也会比靠前的岗位学习效果略差。

4.3 评价结果不够客观

在近几年使用各类仿真软件进行仿真考核的过程中,笔者发现学生在反复多次练习之后,就像玩游戏一样轻松记住每一个关卡,因此学生在仿真实训过程中,即使没有认真学习和吸收相应的岗位基础知识、岗位操作规程、生产制备流程等,也能够顺利完成实训考核,得到一个不错的分数。可见目前仿真软件在考核评价这一点上做得还不够完善,考核评价方式比较单一,无法准确测试学生真实掌握情况。

5 构建虚拟仿真实训教学创新模式

5.1 设计“底层基础共享、中层模块化、高层方向拓展”的专业群实践教学模式

紧密围绕制药产业需求,产教融合,对接制药产业新工艺、新剂型、新技术,分析药品生产技术专业群就业岗位的典型工作任务和核心职业能力,校企共同通过“岗位→工作领域→工作任务→职业能力”分析,设置专业课程,开发融入“1+X”证书的课程标准,构建高水平专业教学标准与职业技能等级标准对接、职业教育与职业培训融通的结构化课程体系;把虚拟仿真建设与课程建设紧密融合,对应专业群课程体系,形成底层基础共享(平台类课程)、中层模块化(关键岗位的基本素质、核心能力、职业能力等)、高层方向拓展(岗位迁移能力)的大平台专业群实训课程体系;针对公共性强的实训课程以及学生需要重点掌握和难以掌握的实训教学环节,开发相应的虚拟仿真实训模块,通过单纯虚拟仿真实训或先虚拟仿真实训再实操实训的方式助力实训教学全面性、安全性及质量的提升,将虚拟仿真模型与实际设施设备彼此映射,做到仿真与实操相统一,以虚促实、虚实结合。如图1所示。

图1 药品生产技术专业群实训课程模式

5.2 搭建“五位一体”虚拟仿真实训教学资源体系

依托药品生产虚拟仿真实训中心开发和建设实训课程资源,融入“1+X”证书、国家职业资格证书标准,采用数字虚拟仿真、VR全景展现、人机交互等先进的教育信息化技术,以“药品生产教学资源”为中心,构建“药品生产仿真”“药品检验仿真”“药品包装仿真”“药品仓储仿真”“药学服务仿真”五个方面的虚拟仿真教学资源,包括基础资源(活页式实训教材、实训教学大纲、实训案例库等)以及虚拟仿真项目资源(虚拟仿真教学资源平台、3D模型、交互设计等),形成“五位一体”的实验教学体系,引入行业新技术、新工艺、新规范,与行业龙头企业共建专业核心课程资源,探索线上线下相结合的混合教学模式,建设标准化实践案例和课程资源库。将虚拟仿真信息化技术融入专业课程的理论教学以及实训教学,推动课程建设和课堂教学改革。该教学资源体系如图2所示。

图2 “五位一体”虚拟仿真实训教学资源体系

5.3 组建“产教融合、共建共享”的“理-实-虚”一体化新平台

利用互联网技术、虚拟现实技术和多媒体技术,园校企(校企合作的参与方,包括学院、中国医药城园区管委会和园区内医药企业)[7]共同开发在线虚拟仿真实验共享平台,采取“理-实-虚”一体化的教学构架,实现“理论与实践、虚拟与实操、线上与线下”三结合。围绕药品生产技术专业群的职业岗位,以职业能力培养为重点,联合扬子江药业集团等企业,共同开发信息化教学资源库,在现有的现代学徒制教学的“学生友好型”在线共享资源库基础上,进一步完善各种资源,完善能力模块课程资源、培训认证资源、虚拟资源、技术服务资源的相关内容。将制药行业企业新技术融入专业核心课程,实现资源的共建、共管、共享和共用。该一体化平台如图3 所示。

图3 药品生产技术专业群实训资源一体化平台

5.4 优化“多元化”虚拟仿真实训基地

从现有药品生产技术专业群仿真实训基地出发,基于江苏省智能制药产教融合集成平台建设需求,新建智能制药沉浸式虚拟实训中心需具有三重功能:一是“岗位与工厂”一体化,实现“微观到宏观,局部到系统”锻炼,提升过程工程的实践与创新能力;二是“虚拟与现实”一体化,实现“走得进,看得见,开得动”情景,提供可靠、安全、经济的实验项目;三是“学校与企业”一体化,实现“处处、人人、时时”能学,建立教育教学与企业的无缝对接。该中心采用“多元开发+多元应用”创新,本着“理论验证—技能培训—综合训练”目的,遵照 “学校—企业—软件企业”模式,共同开发、共同管理、共同享用[8]。该中心的建立将进一步提升药品等专业的实践教学水平,可为企业培养具有综合能力的操作技术人员和操作管理人员,发挥面向社会的教学实践平台的作用,推进行业技术水平的进一步提升。

泰州职业技术学院药品生产技术专业群实施虚拟仿真实训教学新模式以来,有效解决了职业教育实训环节面临的“高投入、高损耗、高风险、难实施、难观察、难再现”现象,补充了传统实验实训课堂的不足,提高了学生掌握操作技能的效率,增强了其GMP意识和标准化意识,促进了教学内容、教学手段和教学方法的现代化,引领了教师实训教学的创新化发展,提高了学生整体综合素养和操作技能水平。