生物制藥技術虛擬仿真實驗實訓平臺的建設與思考

◎朱思慧 黃芳一 李威 蔡珺

生物制藥技術虛擬仿真實驗實訓平臺的建設與思考

◎朱思慧 黃芳一 李威 蔡珺

虛擬仿真實驗教學是高等教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內容，是學科專業(yè)與信息技術深度融合產(chǎn)物。對提高學生創(chuàng)新精神和實踐能力具有重要的意義。本文結合應用型高等學校人才培養(yǎng)的定位與要求，探討了生物制藥相關專業(yè)虛擬仿真實驗實訓平臺的建設方案，為此類專業(yè)學生無法深度進入相關企業(yè)進行生產(chǎn)實習和工程類專業(yè)訓練提供的虛實結合的解決方案。

教育部、國家發(fā)展改革委、財政部《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》中明確指出要將現(xiàn)代信息技術全面融入教學改革，推動信息化教學、虛擬現(xiàn)實技術等廣泛應用。武漢生物工程學院現(xiàn)有生物工程、生物技術、制藥工程、中藥學、藥學、藥品生物技術、藥品生產(chǎn)技術等生物制藥類專業(yè)，這些專業(yè)學生的課程設計、課程實訓、生產(chǎn)實習、畢業(yè)實習等實踐教學環(huán)節(jié)均需要進入實際的生產(chǎn)環(huán)節(jié)開展，但目前企業(yè)自動化程度高，關鍵崗位操作復雜，責任重大，給學生實習實訓帶來了一定的阻力；另一方面校內實驗中無法和生產(chǎn)設備匹配，導致人才培養(yǎng)與企業(yè)在實踐環(huán)節(jié)中有一定程度的脫節(jié)。

生物制藥技術虛擬仿真實驗實訓平臺的建設思路

為解決目前實踐教學所遇到的瓶頸，開發(fā)新的實驗實訓平臺勢在必行，生物制藥技術虛擬仿真實驗實訓平臺是一種將理論與實踐相結合的新教學平臺，更是未來智能化教育的基礎。為學生提供了充分動手的機會。強大的交互性能，使得學生們可以自己動手設置各種實驗參數(shù)，并及時地得到結果，這在真實世界中往往是無法實現(xiàn)的。平臺具有開拓學生的想象空間、增強學生的自信心和成就感、增強學生的安全意識等優(yōu)勢。平臺在培養(yǎng)大學生的實踐分析能力、工藝研究方法、創(chuàng)新思維和考察新事物等方面有著其他教學方法所不能替代的獨到作用。通過計算機仿真，在虛擬世界中由于錯誤的操作而產(chǎn)生的安全事故，可以提高學生的警覺，分析故障原因，掌握排除故障的技巧。根據(jù)學校專業(yè)特點該平臺以“生命科學與技術”+“制藥技術”為建設思路搭建兩個綜合實訓平臺，由6個子平臺組成。

生命科學與技術虛擬仿真實訓平臺

生命科學與技術虛擬仿真實訓平臺的主要教學資源包括以下3個部分：基礎生物學能力培養(yǎng)平臺、現(xiàn)代生物學綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)平臺及生物工程工藝仿真實訓平臺，形成了基礎實驗+綜合實驗+創(chuàng)新實驗“三層次”，基礎生物學能力培養(yǎng)平臺+現(xiàn)代生物學綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)平臺+生物工程工藝仿真實訓平臺“三模塊”，與實體實驗結合+與科研項目結合+與企業(yè)實踐結合“三結合”的虛擬仿真實驗教學體系。

基礎生物學能力培養(yǎng)平臺。本平臺包括了常規(guī)的生物學（動物學、植物學、生態(tài)學、微生物學等）課程的實習實訓。擬建設“常見動、植物數(shù)字化分類鑒定系統(tǒng)”、“微生物生長與形態(tài)圖譜識別系統(tǒng)”、“生化技術單元操作”等多套仿真項目，彌補基礎課程無法有效實習和實習時間短、范圍有限以及受生長季節(jié)限制等因素。

現(xiàn)代生物學綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)平臺。生物學虛擬仿真實驗教學中心根據(jù)“微觀實驗可視化、高難度實驗仿真化、危險實驗安全化”的理念，將高精尖技術和教師的科研成果轉化為實驗教學資源，開發(fā)“現(xiàn)代生物學綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)”的虛擬仿真實驗項目。本平臺有生物化學與分子學虛擬實驗、雙相電泳技術3D虛擬實驗、免疫學虛擬實驗、細胞遺傳學虛擬實驗、基因克隆及測序實驗、cDNA文庫構建實驗等虛擬仿真實驗項目。

生物工程工藝仿真實訓平臺。生產(chǎn)實訓是重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)研究型、技能型綜合性人才培養(yǎng)目標的主要途徑。本平臺包括“啤酒發(fā)酵工藝仿真系統(tǒng)”、“干紅葡萄酒生產(chǎn)工藝仿真系統(tǒng)”、“青霉素發(fā)酵工藝仿真系統(tǒng)”、“土霉素發(fā)酵工藝仿真系統(tǒng)”、“生物工程設備單元操作虛擬仿真實驗”等。

制藥技術虛擬仿真實訓平臺

制藥技術虛擬仿真實訓平臺包括兩部分，包括藥物制劑實訓教學仿真系統(tǒng)、中藥制藥實訓仿真平臺和GSP醫(yī)藥物流仿真實驗室等虛擬仿真系統(tǒng)。

藥品生產(chǎn)GMP虛擬實訓仿真平臺。囊括了國內藥品生產(chǎn)的主要工藝流程，包括固體制劑和注射劑的主要關鍵環(huán)節(jié)，主要有膠囊制劑線、顆粒制劑線、搖擺制粒流程、一步制粒流程、空氣凈化系統(tǒng)、快速攪拌制粒、片劑生產(chǎn)流程、水針劑制劑線、制藥用水系統(tǒng)生產(chǎn)流程等的交互式仿真教學，實現(xiàn)了全自動化、全專業(yè)知識點覆蓋。三維仿真操作考核。該平臺結構層次分明由課堂輔助，仿真練習和實訓考核3個模塊組成。

中藥制藥GMP實訓仿真平臺。中藥制藥GMP實訓仿真平臺中藥材前處理生產(chǎn)線、中藥提取濃縮生產(chǎn)線、中藥口服液生產(chǎn)線、中藥軟膠囊生產(chǎn)線、中藥濃縮丸生產(chǎn)線實訓等仿真系統(tǒng)，提供三維動畫、幻燈片、照片圖文等多種教學手段，教師可以直接在課堂上調用、展示這些資料，輔助教授相關工藝和設備、生產(chǎn)管理知識。

藥品經(jīng)營質量管理規(guī)范（GSP）模擬軟件。本平臺以藥品經(jīng)營質量管理模擬認證為中心，分為管理員模塊、教師模塊和學生模塊。學生登錄后顯示三種模擬實驗部分，分成三個入口：批發(fā)企業(yè)、零售連鎖、零售企業(yè)。學生可按照教師要求或自由選擇進入任一個入口進行模擬練習。

平臺建設預期效果

生物制藥技術虛擬仿真實驗實訓平臺可以為生物制藥相關專業(yè)的課程教學，課內實訓，畢業(yè)實習提供教學實習場所，能提高專業(yè)課程的理論及實驗教學效果，使學生通過仿真實訓，畢業(yè)后能夠更好地適應生產(chǎn)一線的崗位群需要。同時，平臺系統(tǒng)均設有仿真考核模塊，可實現(xiàn)無紙化考試，能夠做到考教分離、公平考試、真實呈現(xiàn)學生學習成績，設有多種考核形式，并為學生提供了自我測試學習的方便性。

虛擬仿真實驗教學是一種新興的教學方法和手段，實現(xiàn)真實實驗不具備或難以完成的教學功能。在涉及高危或極端環(huán)境、不可及或不可逆操作，高成本、高消耗、大型或綜合訓練等情況下，提供可靠、安全和經(jīng)濟的實驗項目?？梢猿浞终{動學生的學習主動性，開拓學生的想象空間，增強學生的存在感，提高學生職業(yè)技能，是實體實驗室的重要補充和延伸。

(作者單位：武漢生物工程學院)