余小光 殷潔 唐淑貞

（湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，湖南株洲 412000）

被稱為“美麗經(jīng)濟(jì)”的化妝品行業(yè)，既是一種文化也是一種產(chǎn)業(yè)[1-3]，隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，綜合國力、人民生活水平發(fā)生了翻天覆地的變化，人們對(duì)于“美”的追求日趨強(qiáng)烈，促使化妝品行業(yè)得到了飛速發(fā)展。我國已成為全球最大的化妝品新興市場和第二大化妝品消費(fèi)國[4]，伴隨著美麗健康產(chǎn)業(yè)集群的不斷涌現(xiàn)，化妝品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迫切的需要大量適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)發(fā)展，特別是能夠解決實(shí)際工程問題的創(chuàng)新型、復(fù)合型的高素質(zhì)的技術(shù)技能型人才[5-7]。

虛擬仿真技術(shù)，是推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目、拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容廣度和深度、延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間和空間、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和水平的重要舉措[8]?；瘖y品生產(chǎn)仿真實(shí)訓(xùn)資源是我校化妝品技術(shù)專業(yè)國家級(jí)教學(xué)資源庫重點(diǎn)建設(shè)內(nèi)容之一，建設(shè)“以學(xué)生為中心，以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向[9]”，基于生產(chǎn)環(huán)境+工作過程的“典型工藝模塊”仿真資源，是破解化妝品專業(yè)實(shí)訓(xùn)教學(xué)難以反復(fù)訓(xùn)練的棘手難題重要抓手。

1 虛擬仿真項(xiàng)目建設(shè)的必要性

目前，國內(nèi)已有12 所本科院校和30 所高職院校開設(shè)化妝品技術(shù)專業(yè)或方向[10]，人才培養(yǎng)規(guī)模初步形成，在傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，針對(duì)化妝品生產(chǎn)的實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)方法多采用理論授課、現(xiàn)場觀摩等方式，實(shí)際教學(xué)現(xiàn)狀并不理想。首先，化妝品的生產(chǎn)不同于傳統(tǒng)意義上化工產(chǎn)品的生產(chǎn)，為防止化妝品微生物污染、防止異物的混入，必須遵循化妝品良好生產(chǎn)規(guī)范GMPC（Good Manufacturing Practice for Cosmetic）[11]，在化妝品生產(chǎn)實(shí)踐中，生產(chǎn)企業(yè)無法提供現(xiàn)場實(shí)操的機(jī)會(huì)，學(xué)生實(shí)踐教學(xué)多流于“走馬觀花式”的觀望模式，實(shí)習(xí)效果難以評(píng)估；其次，“化妝品級(jí)”實(shí)訓(xùn)耗材的成本高，制備過程容錯(cuò)率低，實(shí)訓(xùn)設(shè)備價(jià)格昂貴，化妝品配方和技術(shù)更新快，實(shí)踐教學(xué)過程存在諸多問題，教學(xué)目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)；再次，新冠肺炎疫情的常態(tài)化發(fā)展，現(xiàn)場實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)面臨極大的挑戰(zhàn)。因此迫切需要尋求一種新的實(shí)踐教學(xué)模式，解決傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中的瓶頸，避免教學(xué)資源的浪費(fèi)。

2 虛擬仿真項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用“先理論講解，再虛擬仿真，最后實(shí)踐生產(chǎn)”的實(shí)驗(yàn)方法，按照學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)知規(guī)律，由簡單到復(fù)雜、由理論到實(shí)踐的過程，循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)和掌握典型化妝品生產(chǎn)的全部生產(chǎn)工藝流程：首先專業(yè)教師理論講解典型化妝品生產(chǎn)工藝流程，接著在化妝品虛擬中心在線仿真學(xué)習(xí)該過程，最后組織學(xué)生到工業(yè)園區(qū)校企共同建設(shè)的產(chǎn)業(yè)學(xué)院，進(jìn)行企業(yè)現(xiàn)場實(shí)踐操作工藝流程。

2.1 知識(shí)傳授—生產(chǎn)工藝流程

本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以補(bǔ)水保濕面膜的生產(chǎn)為主線，將化妝品生產(chǎn)過程中的GMPC 安全措施和衛(wèi)生規(guī)范、生產(chǎn)各環(huán)節(jié)等實(shí)際操作再現(xiàn)，綜合運(yùn)用了化妝品安全生產(chǎn)規(guī)范、化工單元操作、化妝品制備工藝、化妝品設(shè)備及儀表等學(xué)科知識(shí)。要求學(xué)生：掌握化妝品GMPC 安全措施和衛(wèi)生規(guī)范，強(qiáng)化良好操作規(guī)范；掌握化妝品乳化工藝及操作，理解溫度、攪拌速度、加料順序等操作條件對(duì)乳化過程的影響；掌握化妝品生產(chǎn)過程中票據(jù)交接的依據(jù)，理解多角色變換的生產(chǎn)流程。

2.2 能力培養(yǎng)—仿真訓(xùn)練

化妝品生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)仿真項(xiàng)目涵蓋了面膜生產(chǎn)工藝中全部流程，高度還原了面膜生產(chǎn)的真實(shí)過程，3D 仿真建模系統(tǒng)逼真的模擬工藝設(shè)備、乳化操作、半成品檢測、灌裝、產(chǎn)品后處理等，學(xué)生通過多角色交互式進(jìn)入不同生產(chǎn)車間，選擇相應(yīng)的角色開始操作，完成：乳化、質(zhì)檢、灌裝、靜置等崗位操作，如圖1 所示。學(xué)生在一人多崗、多人多崗的交互演練學(xué)習(xí)中，根據(jù)個(gè)性化需求，在3D 沉浸式教學(xué)情境中，練習(xí)工藝操作與參數(shù)控制、模擬企業(yè)真實(shí)生產(chǎn)。有效滿足學(xué)生深度學(xué)習(xí)，切實(shí)提高了學(xué)生的能力。

圖1 面膜生產(chǎn)工藝流程界面

2.3 價(jià)值塑造—實(shí)踐操作

經(jīng)過理論學(xué)習(xí)、仿真訓(xùn)練后，再進(jìn)行工廠實(shí)踐操作，如圖2所示。校企合作共建的化妝品產(chǎn)業(yè)學(xué)院，是學(xué)校高職“雙一流”建設(shè)的重要成果之一，在產(chǎn)業(yè)學(xué)院，學(xué)生以學(xué)徒的身份，開展為期2 周～4 周的實(shí)踐操作訓(xùn)練，學(xué)習(xí)化妝品GMPC 安全措施和衛(wèi)生規(guī)范，化妝品乳化操作和職業(yè)規(guī)范等，理解和遵守在工廠實(shí)踐中的職業(yè)道德和規(guī)范，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，精益求精的職業(yè)素養(yǎng)。

圖2 化妝品工廠實(shí)踐操作訓(xùn)練

3 虛擬仿真項(xiàng)目內(nèi)容

本項(xiàng)目以一款經(jīng)典面膜產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝為基礎(chǔ)，其配方如表1 所示，以實(shí)際生產(chǎn)流程為主線，以崗位任務(wù)劃分模塊，真實(shí)還原崗位標(biāo)準(zhǔn)場景、工作流程，再現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)操作細(xì)節(jié)。按照生產(chǎn)準(zhǔn)備、仿真實(shí)訓(xùn)操作、職業(yè)崗位訓(xùn)練的邏輯關(guān)系展開，如圖3 所示。

表1 仿真實(shí)訓(xùn)面膜配方表

圖3 典型化妝品工藝生產(chǎn)實(shí)習(xí)仿真系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3.1 仿真生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)具體操作

（1）配方稱料

根據(jù)系統(tǒng)中下發(fā)的當(dāng)日生產(chǎn)任務(wù)，核對(duì)稱料任務(wù)的配料單號(hào)和《配方稱料單》的工單號(hào)是否一致（如圖4 所示）。按照原料名稱取出相應(yīng)的原料，使用掃碼槍掃碼，將原料信息錄入系統(tǒng)，按照增量法，稱取原料，完成原料的準(zhǔn)確稱量，保存打印原料標(biāo)簽，核對(duì)已打印的原料標(biāo)簽并粘貼至稱量完成的原料桶上。所有原料重復(fù)以上步驟直至完成所有稱料工作。

圖4 配方稱料操作界面導(dǎo)圖

（2）乳化生產(chǎn)

①預(yù)混合

在預(yù)混合階段，完成B 到F 相的原料的混合，攪拌分散均勻，技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)是目測均勻無團(tuán)聚，各相原料完成預(yù)混合，保溫密封備用。

②正式生產(chǎn)

將A 相中的丁二醇加入主鍋，開啟攪拌，加入黃原膠，丙烯酸羥乙酯，攪拌10 min，目測分散均勻，無團(tuán)聚。將去離子水加入主鍋（預(yù)留水3 kg～6 kg），主鍋開啟攪拌5 min，均質(zhì)5 min，至溶液均勻無團(tuán)聚。依次加入預(yù)混合好的B、C、D 相原料，每加一項(xiàng)原料，都要完成常規(guī)攪拌2 min，隨后進(jìn)行均質(zhì)攪拌5 min，確保乳化鍋內(nèi)物料乳化完全。降溫?cái)嚢瑁檎婵?，加入熱敏性的E、F 相，取料報(bào)檢。系統(tǒng)操作界面如圖5 所示。

圖5 乳化制造操作及控制界面

（3）半成品檢驗(yàn)[12-13]

按照 GB/T 13531.1-2008《化妝品通用檢驗(yàn)方法pH值的測定》完成 pH 值檢測、按照GB/T 13531.4-2013《化妝品通用檢驗(yàn)方法相對(duì)密度的測定》完成相對(duì)密度檢測；按照GB/T 7918.2-1987《化妝品微生物標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法細(xì)菌總數(shù)測定》，完成微生物指標(biāo)理化檢驗(yàn)。測試pH 值6.7～7.0 為最佳；黏度測試（25℃），選擇2 號(hào)轉(zhuǎn)子，20 rpm，800 mpa.a～2000 mpa.a；耐熱，（40±1）℃保持24 h，耐寒（-5～-15）℃保持24 h，恢復(fù)室溫后與試驗(yàn)前無明顯性狀差異。微生物指標(biāo)檢驗(yàn)，菌落總數(shù)≤10 cfu/g，霉菌酵母菌總數(shù)檢測≤10 cfu/g，即為合格。

（4）靜置儲(chǔ)存

將乳化完成的半成品送至靜置儲(chǔ)罐中，靜置5 天，通過點(diǎn)擊控制屏，完成儲(chǔ)罐與乳化鍋之間的物料輸送和完成管道的CIP 清洗。

（5）面膜灌裝

在灌裝車間，打開儲(chǔ)罐觀察料體顏色、氣味、狀態(tài)是否與標(biāo)樣一致。確認(rèn)噴碼信息，避免批號(hào)及限用日期錯(cuò)誤。進(jìn)行首件樣品確認(rèn)檢查并填寫收件樣品確認(rèn)標(biāo)簽。

（6）包裝入庫

將灌裝完成的面膜進(jìn)行包裝，將重量不合格的剔除，合格產(chǎn)品裝箱入庫。查看動(dòng)態(tài)秤的的質(zhì)量控制（如圖6 所示），重量不合格的產(chǎn)品將被推出傳送帶，合格的產(chǎn)品進(jìn)行后續(xù)面膜裝箱貼標(biāo)完成包裝。

圖6 動(dòng)態(tài)秤質(zhì)量控制界面（合格產(chǎn)品）

4 項(xiàng)目特色

4.1 形成理論-仿真-實(shí)踐 “三位一體”的實(shí)踐教學(xué)體系

按照從簡單到復(fù)雜，從理論到實(shí)踐的事物認(rèn)識(shí)規(guī)律，構(gòu)建了理論-仿真-實(shí)踐“三位一體”遞進(jìn)式的實(shí)踐教學(xué)體系，在仿真操作系統(tǒng)中，高度真實(shí)還原的3D 渲染效果，增強(qiáng)了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的代入感和體驗(yàn)感，調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)探索求真的精神。

4.2 多模式融合化的教學(xué)方法

（1）虛實(shí)結(jié)合，相輔相成

在理論學(xué)習(xí)結(jié)束后，面膜典型工藝的模擬仿真是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的主體內(nèi)容，學(xué)生在虛擬仿真考核合格后，才能進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)踐操作，這種先實(shí)后虛再實(shí)的教學(xué)思路和方法，既有理論的鋪墊，又有現(xiàn)場實(shí)踐的真實(shí)操作，使得學(xué)生能夠深入學(xué)習(xí)和掌握化妝品生產(chǎn)工藝的流程。

（2）線上線下有機(jī)結(jié)合，課內(nèi)課外混合教學(xué)

線下教學(xué)突出價(jià)值引領(lǐng)，注重工藝?yán)碚撾y點(diǎn)問題的研討，學(xué)生小組討論、實(shí)時(shí)互動(dòng)，提高分析和解決問題的能力；線上教學(xué)借助易思在線，學(xué)生在線學(xué)習(xí)仿真軟件，不再單一地通過課內(nèi)學(xué)習(xí)，而是在課外根據(jù)自身學(xué)習(xí)需要自定步調(diào)，自主學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，通過在線分享學(xué)習(xí)成果，并與同伴和教師在線交流，以合作的方式探究深層次問題。

5 結(jié)束語

為滿足高校化妝品專業(yè)人才培養(yǎng)的需求，通過復(fù)刻企業(yè)實(shí)際場景，提前體驗(yàn)工作環(huán)境，高度還原工作過程場景，建設(shè)了基于多角色交互的化妝品生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)仿真項(xiàng)目。通過仿真模擬實(shí)際生產(chǎn)過程，以虛代實(shí)增進(jìn)學(xué)生認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生崗位職業(yè)技能，提升職業(yè)素養(yǎng)，提高了學(xué)生的知識(shí)綜合運(yùn)用能力和實(shí)踐動(dòng)手能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生在校學(xué)習(xí)的知識(shí)技能和崗位需求“零距離”對(duì)接。