虛擬仿真技術(shù)在中藥炮制實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐

李林 季德 陸郝凌 姚智龍 周成功 陸兔林 陳志鵬 蔡寶昌

【摘要】在南京中醫(yī)藥大學(xué)國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心中藥炮制虛擬仿真平臺(tái)的基礎(chǔ)上，開發(fā)的中藥炮制工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，虛實(shí)結(jié)合，不但形象、生動(dòng)、直觀的提高了學(xué)生飲片炮制的操作技能，而且有效的培養(yǎng)了學(xué)生解決問題能力、協(xié)作能力等，明顯提高了教學(xué)的效果和質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】中藥炮制 虛擬仿真技術(shù) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

【基金項(xiàng)目】國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心（教高廳函[2016]6號(hào)），第六批全國老中醫(yī)藥專家學(xué)術(shù)經(jīng)驗(yàn)繼承（國中醫(yī)藥人教發(fā)[2017]29號(hào)）。

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）48-0245-02

1.引言

虛擬仿真 （ Virtual Reality，簡(jiǎn)稱 VR） 就是當(dāng)今非常流行的新型教學(xué)媒體，VR 是20 世紀(jì)末新興起的一種綜合集成技術(shù)，涉及的學(xué)科眾多，比如傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工智能和人機(jī)交互技術(shù)等。在完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)者利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中完成各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

中藥炮制是將中藥材制備成中藥飲片的一門傳統(tǒng)制藥技術(shù)，在2006年被列為首批國家非物質(zhì)文化遺產(chǎn)。因?yàn)橹兴幣谥坪椭兴庯嬈臍v史地位和行業(yè)地位，各學(xué)校的中藥學(xué)相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)方案里，關(guān)于中藥炮制的理論、飲片的生產(chǎn)和應(yīng)用等的要求比比皆是。但現(xiàn)今飲片的生產(chǎn)絕大多數(shù)是在GMP車間中進(jìn)行，不但生產(chǎn)量大，還常會(huì)用到高溫高壓的設(shè)備，如果給學(xué)生開設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，不但環(huán)境要求高、成本高，還有高危、高耗時(shí)的問題，產(chǎn)生了人才培養(yǎng)的困局。

為了達(dá)到復(fù)合型、創(chuàng)新型的人才培養(yǎng)目標(biāo)，南京中醫(yī)藥大學(xué)充分利用自身國家教育部“中藥炮制規(guī)范化及標(biāo)準(zhǔn)化工程研究中心”、國家級(jí)中藥炮制技術(shù)傳承基地、國家精品資源共享課等資源優(yōu)勢(shì)，依托國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心和國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，聯(lián)合南京藥育智能科技有限公司，以學(xué)校產(chǎn)學(xué)研基地-南京海源中藥飲片有限公司為藍(lán)本，于2014年開發(fā)了中藥炮制虛擬仿真平臺(tái)，供相關(guān)專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行中藥炮制虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。在多年的應(yīng)用過程中，還開發(fā)了系列虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以避免與理論知識(shí)脫節(jié)、任務(wù)碎片化、缺乏系統(tǒng)性等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)常見的弊端。其中，以蜜炙甘草工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)為例，介紹實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施。

2.設(shè)計(jì)與實(shí)施

2.1 設(shè)計(jì)背景。由于醫(yī)療模式由傳統(tǒng)的前店后坊式的醫(yī)館，轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代的飲片企業(yè)和醫(yī)療機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致飲片的生產(chǎn)模式也由傳統(tǒng)的手工作坊式生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代工業(yè)的機(jī)器化生產(chǎn)。這就需要將大量飲片的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合于現(xiàn)代化生產(chǎn)的工藝，這是現(xiàn)階段中藥炮制研究的熱點(diǎn)，而且隨著炮制技術(shù)的更新、炮制設(shè)備的升級(jí)換代，這種工作必然長期存在，也是中藥學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生必須掌握的技能。

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。由于實(shí)驗(yàn)分為虛、實(shí)兩部分，所需儀器設(shè)備也分虛實(shí)兩部分。實(shí)體操作儀器設(shè)備：高效液相色譜儀等質(zhì)量分析儀器，炒制器具一套；虛擬平臺(tái)主要有：臺(tái)式工作站一套，中藥飲片虛擬仿真生產(chǎn)平臺(tái)。

2.3 實(shí)驗(yàn)材料。生甘草飲片、蜂蜜適量，質(zhì)量檢測(cè)用化學(xué)試劑。虛擬仿真系統(tǒng)內(nèi)預(yù)設(shè)最優(yōu)蜜炙甘草炮制工藝的各項(xiàng)參數(shù)，由函數(shù)建模而成的蜜炙甘草飲片不同炮制程度的三維立體模型，由函數(shù)建模而成炮制過程不同因素、不同參數(shù)下各質(zhì)量檢測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)模型。

2.4 實(shí)施步驟

1）發(fā)布任務(wù)“蜜炙甘草工藝優(yōu)化研究”。老師通過特定途徑發(fā)布本次實(shí)驗(yàn)的任務(wù)“蜜炙甘草工藝優(yōu)化研究”，并簡(jiǎn)要介紹實(shí)驗(yàn)的目的和實(shí)驗(yàn)的要求，同時(shí)提醒學(xué)生實(shí)驗(yàn)虛實(shí)結(jié)合的特點(diǎn)。2）文獻(xiàn)查閱。學(xué)生利用所學(xué)文獻(xiàn)檢索的知識(shí)和技能，對(duì)任務(wù)相關(guān)的法規(guī)要求，背景知識(shí)進(jìn)行去粗取精，消化吸收。3）研究方案設(shè)計(jì)。學(xué)生利用所查閱的資料進(jìn)行研究方案設(shè)計(jì)。確定實(shí)驗(yàn)步驟，所用材料，儀器設(shè)備，自主選擇合適的工藝優(yōu)化方案及相關(guān)參數(shù)。老師進(jìn)行適當(dāng)點(diǎn)評(píng)后，學(xué)生對(duì)方案進(jìn)行調(diào)整，形成方案設(shè)計(jì)定稿，作為第一個(gè)主要考核點(diǎn)。4）蜜炙甘草炮制工藝優(yōu)化小試研究。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室中，針對(duì)蜜炙甘草不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)不同的工藝優(yōu)化方法，選擇適宜的參數(shù)及考察指標(biāo)，對(duì)不同工藝生產(chǎn)出來的蜜炙甘草，進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，并采用設(shè)計(jì)的工藝分析方法，優(yōu)化出最優(yōu)小試工藝，一方面供后續(xù)中試驗(yàn)證所用，另一方面作為第二個(gè)主要考核點(diǎn)。5）虛擬仿真“中藥飲片生產(chǎn)車間”構(gòu)造學(xué)習(xí)。任務(wù)發(fā)布后，即可同期進(jìn)行此步驟。學(xué)生通過在虛擬仿真的“中藥飲片生產(chǎn)車間”中，自主行走、觀察、學(xué)習(xí)，了解中藥飲片生產(chǎn)車間的布局和崗位設(shè)置，進(jìn)而確定本次實(shí)驗(yàn)所需使用的車間和崗位。6）設(shè)備操作和結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)。學(xué)生在虛擬仿真的“中藥飲片生產(chǎn)車間”中炒藥車間，學(xué)習(xí)本次實(shí)驗(yàn)所需使用的電加熱滾筒式炒藥機(jī)的構(gòu)造和標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程。7）多角色蜜炙甘草工藝中試驗(yàn)證。針對(duì)在實(shí)驗(yàn)室優(yōu)化出的蜜炙甘草小試工藝，通過對(duì)不同崗位進(jìn)行角色分配，進(jìn)行整體生產(chǎn)過程驗(yàn)證。系統(tǒng)內(nèi)置有通過大數(shù)據(jù)，函數(shù)建模而成的，不同生產(chǎn)工藝參數(shù)所生產(chǎn)出的蜜炙甘草的三維立體圖及質(zhì)量指標(biāo)情況，學(xué)生根據(jù)外觀和質(zhì)量分析結(jié)果，對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，反復(fù)數(shù)次優(yōu)化工藝，最終提交確定的蜜炙甘草生產(chǎn)工藝。系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生提交的工藝，與內(nèi)置的最優(yōu)工藝進(jìn)行契合度比較，作為第三個(gè)主要考核點(diǎn)。8）蜜炙甘草SOP生產(chǎn)。學(xué)生根據(jù)自己優(yōu)化出的最優(yōu)工藝，在虛擬仿真系統(tǒng)中，從領(lǐng)料開始，按照GMP要求，完成全部蜜炙甘草生產(chǎn)流程。同時(shí)編撰蜜炙甘草標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)規(guī)程，作為第四個(gè)考核點(diǎn)。9）總結(jié)評(píng)價(jià)。學(xué)生根據(jù)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。老師對(duì)實(shí)驗(yàn)完成情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并組織交流。

3.考核要求

本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目虛實(shí)結(jié)合，對(duì)學(xué)生的考核也是虛實(shí)結(jié)合。在實(shí)驗(yàn)室研究過程中，通過對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)方案的合理，操作的熟練進(jìn)行考核；在虛擬仿真平臺(tái)內(nèi)，通過系統(tǒng)自主考核學(xué)生各個(gè)炮制崗位的實(shí)踐操作流程的正誤，優(yōu)化的工藝與最優(yōu)工藝的契合度等。最終課前準(zhǔn)備、操作過程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果幾個(gè)方面、對(duì)學(xué)生的治學(xué)態(tài)度、理論水平、實(shí)驗(yàn)技能進(jìn)行考核，考核細(xì)則如下：

4.結(jié)論

實(shí)踐證明，本項(xiàng)目不但形象、生動(dòng)、直觀的提高了學(xué)生飲片炮制的操作技能，而且有效的培養(yǎng)了學(xué)生解決問題能力、協(xié)作能力等，明顯提高了教學(xué)質(zhì)量。能達(dá)到如此教學(xué)效果，主要是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)項(xiàng)目具有如下特點(diǎn)：

（1）任務(wù)驅(qū)動(dòng)，以線帶面。給學(xué)生布置一個(gè)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的任務(wù)-蜜炙甘草的炮制工藝優(yōu)化研究。此任務(wù)具有很好的代表性，涵蓋中藥炮制的大多數(shù)相關(guān)崗位，涉及知識(shí)和技能系統(tǒng)全面系統(tǒng)地講解中藥飲片的生產(chǎn)過程，讓學(xué)生從中藥理論的角度和現(xiàn)代藥品生產(chǎn)的角度學(xué)會(huì)相應(yīng)的知識(shí)。

（2）虛為實(shí)延，實(shí)為虛證，能實(shí)不虛，虛為實(shí)補(bǔ)。通過蜜炙甘草的小試到中試這條主線，將虛實(shí)無縫結(jié)合，同時(shí)將教學(xué)、科研、生產(chǎn)也進(jìn)行了完美融合。在提高學(xué)生科研能力的同時(shí)，體會(huì)到實(shí)際科研工作的探索樂趣。

（3）融匯古今。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有效的融合“傳統(tǒng)—現(xiàn)代—未來”，對(duì)學(xué)生中藥相關(guān)技能進(jìn)行了全方位的培訓(xùn)，為中藥的現(xiàn)代化奠定基礎(chǔ)，為中藥的未來發(fā)展提供思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐庚保，曾蓮芝.虛擬仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2012（5）.

[2]杜月林，黃剛，王峰，等.建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2015（12）.

作者簡(jiǎn)介：

李林（1978—），男，江蘇淮安人，博士，副教授，研究方向：中藥炮制機(jī)理及中藥飲片質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。