基于虛擬環(huán)境的藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建

李佳常+繆明星+丁啟龍++龔國(guó)清

虛擬實(shí)驗(yàn)作為一種新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，其對(duì)促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展有著重要的意義。結(jié)合實(shí)際工作，討論了虛擬環(huán)境在藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建中的重要性、特點(diǎn)以及應(yīng)用。

虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)必要性特點(diǎn)應(yīng)用藥學(xué)專業(yè)是實(shí)踐性很強(qiáng)、對(duì)動(dòng)手能力要求很高的綜合應(yīng)用科學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在藥學(xué)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)中占有重要的地位。然而，某些實(shí)驗(yàn)我們無(wú)法真實(shí)地在實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生開展，一定程度上影響了創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。因此，迫切需要開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相互補(bǔ)充，相得益彰。

藥理學(xué)發(fā)展虛擬仿真教學(xué)，應(yīng)該堅(jiān)持“能實(shí)勿虛”的大方向，堅(jiān)持“虛為實(shí)用，虛實(shí)互補(bǔ)”的原則，結(jié)合學(xué)科發(fā)展的前沿方向，不斷加大藥理學(xué)仿真教學(xué)資源的制作投入，滿足廣大藥學(xué)教育工作者和學(xué)生的緊迫需求，推動(dòng)藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和培養(yǎng)創(chuàng)新型人才模式。近年，我校藥學(xué)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心與軟件公司合作開發(fā)了藥理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

一、開展藥理學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性

目前，藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的弊端：藥學(xué)微觀領(lǐng)域的教學(xué)實(shí)驗(yàn)無(wú)法開展；某些實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目受硬件和場(chǎng)地限制；某些實(shí)驗(yàn)受實(shí)驗(yàn)成本高昂且受動(dòng)物倫理的限制；某些實(shí)驗(yàn)受時(shí)空限制。

隨著數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展而來(lái)的虛擬仿真教學(xué)，是一種新穎的教學(xué)嘗試。學(xué)生通過(guò)仿真教學(xué)，學(xué)生不僅能夠形象地理解了實(shí)驗(yàn)的基本原理，而且能夠通過(guò)仿真操作對(duì)實(shí)驗(yàn)多過(guò)程有直觀的感性經(jīng)驗(yàn)。

在開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中做到需要做到虛實(shí)結(jié)合，為培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)實(shí)踐能力和自主創(chuàng)新能力提供了有力保障。堅(jiān)持以實(shí)體實(shí)驗(yàn)為主，虛擬實(shí)驗(yàn)為輔，圍繞實(shí)體藥物研究、開發(fā)和應(yīng)用的實(shí)踐過(guò)程，注重實(shí)體實(shí)驗(yàn)知識(shí)的傳授和實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，構(gòu)建基于虛擬環(huán)境的藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，是藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)改革必然的趨勢(shì)。

二、藥理學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)

我校藥學(xué)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心將仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)理念引入藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中。教學(xué)過(guò)程中以虛擬實(shí)驗(yàn)案例教學(xué)為目標(biāo)，堅(jiān)持以實(shí)體實(shí)驗(yàn)為主，虛擬實(shí)驗(yàn)為輔的原則，結(jié)合藥學(xué)專業(yè)特點(diǎn)，不斷豐富虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是以學(xué)生為主體的教學(xué)模式，即教學(xué)理念、教學(xué)方法等方面都以學(xué)生為主體進(jìn)行。學(xué)生可以在虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)平臺(tái)上進(jìn)行自由學(xué)習(xí)、交流、討論，且整個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過(guò)程是循環(huán)可逆的，如果未能達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)的，學(xué)生可以重新學(xué)習(xí)，直到理解實(shí)驗(yàn)原理、方法為止。這種教學(xué)方法將充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，變傳統(tǒng)模式中知識(shí)的被動(dòng)接受者為主動(dòng)探索者。教學(xué)媒體由原來(lái)作為教師講解的演示工具轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的認(rèn)知工具的知識(shí)結(jié)構(gòu)，從而大大提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，也要根據(jù)藥學(xué)專業(yè)的教學(xué)要求，認(rèn)真的設(shè)計(jì)制作教學(xué)媒體，使之與教學(xué)內(nèi)容構(gòu)成一個(gè)完整的整體。

1.主體性

主體性是虛擬教學(xué)的核心，教學(xué)的成功與否取決于學(xué)生主體參與教學(xué)活動(dòng)情況，引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)的參與到知識(shí)的探究過(guò)程中去，這樣設(shè)計(jì)既培養(yǎng)了學(xué)生綜合分析的思維能力，學(xué)生的主體地位也得到了充分體現(xiàn)。

2.獨(dú)立性

獨(dú)立性是指每一節(jié)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課，都要能夠讓一個(gè)學(xué)生獨(dú)立地完成一個(gè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)的藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)往往是幾人一組，同組學(xué)生分工合作完成實(shí)驗(yàn)，這樣一個(gè)學(xué)生往往只能操作整個(gè)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)或者幾個(gè)步驟，無(wú)法對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程有全面的認(rèn)識(shí)，而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)則能夠很好地解決這個(gè)問(wèn)題。

3.直觀性

直觀性是指虛擬仿真實(shí)驗(yàn)下，對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)的一種形象模擬。為了能達(dá)到實(shí)體實(shí)驗(yàn)所達(dá)到的教學(xué)效果，虛擬實(shí)驗(yàn)室的界面設(shè)計(jì)要著重強(qiáng)調(diào)與實(shí)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行高度相似，做到讓學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作中有真實(shí)感，讓從未做過(guò)實(shí)驗(yàn)的學(xué)生通過(guò)仿真軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、整體設(shè)計(jì)、儀器的結(jié)構(gòu)等方面能建立起直觀的認(rèn)識(shí)。創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，變抽象為具體，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效率。

4.交互性

交互性是指虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)該給出交互信息，對(duì)學(xué)生的操作做出實(shí)時(shí)的反饋，糾正錯(cuò)誤，取長(zhǎng)補(bǔ)短。還應(yīng)該采取一些網(wǎng)上交流和答疑等交互手段，學(xué)生可以在網(wǎng)上交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)方法以及發(fā)布實(shí)驗(yàn)方案等，也可以在固定時(shí)間與授課教師或?qū)＜疫M(jìn)行咨詢及答疑.

5.先進(jìn)性

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)由于其虛擬的特性，所以對(duì)客觀條件要求比較少。有一些前沿性的藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)，由于其實(shí)驗(yàn)耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)、實(shí)驗(yàn)運(yùn)行成本過(guò)高、對(duì)儀器要求過(guò)多等原因，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ酵鶡o(wú)法開展，而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)則能以實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的先進(jìn)性來(lái)確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的科學(xué)性與前沿性。

三、藥理學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

虛擬實(shí)驗(yàn)是指借助于多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)在計(jì)算機(jī)上營(yíng)造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)各操作環(huán)節(jié)的相關(guān)軟硬件操作環(huán)境，實(shí)驗(yàn)者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所取得的實(shí)驗(yàn)效果等價(jià)于甚至優(yōu)于在真實(shí)環(huán)境中所取得的效果。基于虛擬環(huán)境藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)程序，可以用創(chuàng)設(shè)情境、確定主題、過(guò)程模擬、學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)的步驟展開創(chuàng)設(shè)情境引出課題。

以傳出神經(jīng)藥物對(duì)麻醉犬體征的影響為例，該實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)生學(xué)習(xí)急性麻醉大動(dòng)物血壓、腸蠕動(dòng)和腺體分泌實(shí)驗(yàn)裝置和方法，觀察傳出神經(jīng)系統(tǒng)藥物對(duì)上述生理現(xiàn)象的影響，加深對(duì)這類藥物相互作用關(guān)系的理解。動(dòng)物傳出神經(jīng)系統(tǒng)藥物作用復(fù)雜，一直是理論課教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。血壓、腺體分泌實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)傳出神經(jīng)藥物極其敏感的方法，一般多采用犬急性試驗(yàn)。用犬做實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)較多，如血壓恒定，較大鼠、家兔等小動(dòng)物更接近人體，對(duì)藥物反應(yīng)靈敏，并與人基本一致，便于手術(shù)操作，心搏動(dòng)力量強(qiáng)，能描繪出較好的血壓曲線，適用于分析藥物對(duì)循環(huán)系統(tǒng)的作用機(jī)制，用作藥物篩選試驗(yàn)可反復(fù)應(yīng)用。但其缺點(diǎn)是成本較高，每條實(shí)驗(yàn)犬的價(jià)格為3000元左右，即使每8名學(xué)生用一條狗觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，一個(gè)班32名學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成本也將高達(dá)1.2萬(wàn)元，不適用于本科生日常教學(xué)實(shí)驗(yàn)。本軟件的開發(fā)解決了上述問(wèn)題，每位同學(xué)都可以自由地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和次數(shù)的限制，較好地解決了教學(xué)中的難點(diǎn)問(wèn)題。

四、展望

我校藥學(xué)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心建立了以教學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)為中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理信息網(wǎng)站平臺(tái)，系統(tǒng)集管理和輔助教學(xué)于一體，實(shí)行個(gè)性化管理，適應(yīng)多層管理，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析功能。

藥理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有自主性和開放性的鮮明特點(diǎn)，學(xué)生可以通過(guò)校園網(wǎng)訪問(wèn)，在下載安裝客戶端軟件后，可通過(guò)認(rèn)證后登錄學(xué)習(xí)，拓展了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間，取得了良好的教學(xué)效果。

隨著藥學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)資源的增加和服務(wù)器帶寬承載量等硬件條件的改善，可以考慮面向社會(huì)開放虛擬實(shí)驗(yàn)資源，形成藥學(xué)行業(yè)內(nèi)具有影響力的虛擬實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)中心，增強(qiáng)社會(huì)輻射示范效應(yīng)。

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