基于科研成果轉化的藥學虛擬仿真實驗教學探索與實踐

張培全 陶移文 宣愛國 馬文康 張超

摘 ?要 為了發揮高校服務創新驅動發展戰略作用，藥學院重視“產學研”一體化，通過科研轉化支撐實驗教學，形成“教學—科研—轉化”相互促進的良性循環。從“基礎性、設計性、創新綜合性”三個層次上進行設計，將已有的科研成果轉化為虛擬仿真實驗項目，通過虛擬仿真實驗，學生加深對理論知識的理解，拓寬科研視野，提高對科學探究的興趣和主動性，促進實踐創新能力的提升。

關鍵詞 科研成果;教學資源;藥學;虛擬仿真實驗教學

中圖分類號：TP391.9 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）18-0028-03

Exploration and Practice of Pharmaceutical Virtual Simulation Experiment Teaching based on Transformation of Scientific Re-

search Achievements//ZHANG Peiquan， TAO Yiwen， XUAN Aiguo，

MA Wenkang， ZHANG Chao

Abstract In order to give full play to the strategic role of service in-

novation driven development in colleges and universities， the school

of pharmaceutical sciences attaches great importance to the integra-

tion of “production， learning and research”， and supports experimen-

tal teaching through scientific research transformation to form a vir-tuous circle of mutual promotion of “teaching， scientific research and

transformation. From the three levels of “basic， design and innova-

tion comprehensiveness”， the existing scientific research achieve-ments are transformed into virtual simulation experiment projects. Through virtual simulation experiments， students have deepened un-

derstanding of theoretical knowledge， widened the scientific research

field of vision， improved the interest and initiative of scientific inquiry，

promoted the promotion of the ability of practice and innovation.

Key words scientific achievements; teaching resources; pharmacy; virtual simulation experiment teaching

1 前言

科技是先進生產力的集中體現和主要標志，是經濟增長和提高綜合國力的主要驅動力[1]。高校是國家高新技術的主要提供者和創造者，社會對高等學校學生的創新創業能力提出越來越高的要求[2-3]。現代大學中教學與科研之間孰重孰輕的矛盾與爭論一直在持續，如何構造科研成果通向教學資源的橋梁，更有效地促進科學研究成果轉化為本科教學資源，服務于本科教學和人才培養，是高校教學過程中普遍存在和亟待解決的難題[4-5]。近年來，廣州醫科大學省級藥學虛擬仿真實驗教學示范中心在理順教學與科研的關系方面開展了有益的工作，通過將科研成果轉化為藥學虛擬仿真實驗教學資源，創新了本科教學體系，探究了創新創業型人才培養的新模式。

2 虛擬仿真實驗教學的特點

虛擬仿真實驗教學是綜合應用虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫以及網絡通信等多種技術，通過構建一個逼真可視化的實驗操作環境和實驗對象，使學生在開放、自主、交互的虛擬環境中開展高效、安全且經濟的實驗，進而達到真實實驗不具備或難以實現的教學效果。虛擬仿真實驗教學具有明顯優勢，并對傳統實驗教學思想、體系、模式、內容、方法以及手段等都產生顛覆性影響，學生通過對仿真實驗系統的反復多次模擬操作，可以加深對實驗原理及操作步驟的理解，還可節省大量時間進行綜合性、設計性、探究性的實驗，為學生綜合能力、創新精神和創新能力的培養提供保障[6-7]。

3 藥學虛擬仿真實驗教學的必要性

實驗教學是藥學專業教育必不可少的重要環節，但在教學實施過程中受制于多種主客觀因素，限制了實驗教學的全面開展[8]。

實驗條件的特殊性 ?藥學研究所涉及的高致病性病原微生物、放射性等實驗，化學、制藥所使用的劇毒類、易制毒品類等物質的實驗，所需實驗條件高，現有學生大型實驗室條件很難滿足實驗開設要求，存在安全風險。虛擬實驗則可滿足日常教學要求，避免潛在危險。

實驗結果的不可逆性 ?藥理、藥效學和藥代動力學實驗中動物消耗量巨大，實驗具不可逆性。引入虛擬實驗，既可讓學生掌握真實實驗的流程、原理和實驗思維體系，又可減少、優化甚至部分替代動物實驗。

教學成本和資源限制 ?藥物合成實驗所需要的特殊試劑和催化劑、藥效學實驗所需的大量生化試劑、人體藥代動力學實驗和實驗動物等成本價格逐年上漲，病原體來源困難、實驗耗材價格偏高等因素，藥物生產過程的環境因素，造成學生實習實踐活動的限制，最終影響學生對實際動手能力培養的限制。將樣本信息數字化，建立相應虛擬模型，則可反復操作使用，從而滿足學生動手操作的需求。

學生自主學習的需求 ?實驗室開放是學生自主學習、提升自主實踐技能的重要手段。但由于藥學實驗需要大量的試劑、動物、儀器設備等配套資源，實驗準備過程繁雜，資源和場地消耗量大，難以做到隨時對學生開放。而虛擬藥學實驗則可以做到不受時空限制、隨時隨地開放。

掌握實踐技能的需要 ?藥學工作需要嫻熟的技術和經驗支持，隨著新版GMP和GSP的實施，對企業和環境要求越來越嚴格，學校很難大批量安排學生到企業進行實訓學習;即使安排了，也很難真正讓學生親身操作制藥工藝或藥品流通過程。涉外實訓安排非常困難，實訓效果有限。因此，在實踐實訓操作教學中，模擬是極為重要的一個環節。虛擬實驗通過交互的動畫方式直觀地展現操作過程和方法，利于學生對實訓工作的理解。

上述因素成為制約藥學應用型人才培養的瓶頸，而藥學虛擬仿真實驗教學系統，通過虛實結合、能實不虛、相互補充等多種方法的靈活運用，構建課堂教學、實驗教學、實習教學等多元化的教育教學體系，豐富了實驗內容，拓展了教學內容，無限度增加學生動手操作的機會，同時可打破學科、課程間局限性，符合當今醫藥教育教學發展趨勢，為培養高素質應用型藥學人才提供了保障。

4 科研成果轉化的藥學虛擬仿真實驗教學特色

廣州醫科大學藥學院擁有省級藥學虛擬仿真實驗教學示范中心，中心教學團隊堅持教學與科研相結合，將科研儀器設備應用于實驗教學，將科研成果及時融入授課內容，傳遞最新的知識信息，豐富實驗教學內容，彌補知識更新滯后的不足，不斷拓展、豐富虛擬仿真實驗教學范圍和內容，提升學生的綜合能力、創新性思維及科研素質。近年來，不斷將科研成果轉化為藥學虛擬仿真實驗教學項目。

微循環灌流與血流動力學綜合實驗，項目來源于“辛伐他汀抗心肌肥厚和心力衰竭作用及機制研究” ?本項目研究了他汀類藥物具有抑制心肌肥厚和改善心室功能的作用和對抗自由基誘導的急性左心室功能障礙，提出他汀類藥物通過抗氧化作用機制發揮其心臟保護作用。將“辛伐他汀抗心肌肥厚和心力衰竭作用及機制研究”成果轉化為藥理學實驗教學內容，將成果中的抗氧化應激損傷的基本實驗方法設計為“微循環灌流與血流動力學綜合實驗”虛擬軟件。該項目綜合了離體器官實驗技術、血管環舒張功能檢測等方法，而這些技術對于學生學習這些心血管生理與病理生理學的知識和技術肯定能起到很好的效果，尤其是能使學生深刻理解血管內皮功能以及血壓調節相關知識。此外，通過實驗過程提高學生自主學習能力、解決問題能力和創新思維能力。

肝癌的甲胎蛋白酶標電泳測定法實驗，項目來源于“甲胎蛋白酶標對流電泳測定法” ?原發性肝癌長期以來是我國高發癌癥之一，由于其惡性程度高，早期診斷至關重要;而定量檢測血清中微量甲胎蛋白的分離和含量變化是早期診斷原發性肝癌的極其重要手段。“甲胎蛋白酶標對流電泳測定法”包含了生物化學、腫瘤學和生化制藥等多方面的知識和技術，并與臨床緊密相連;同時充分體現出創造性的科學思維，非常適合于學生的實驗教學。將其轉化為真實實驗項目后，發現其酶標抗體等試劑成本高，因此，將其設計為“肝癌的檢測方法與防治”虛擬實驗項目，擺脫制備高成本實驗試劑的束縛，既拓展了虛擬實驗內容，也激發和活躍了學生的創新性思維。

紅樹林內生真菌抗肺癌干細胞活性代謝產物分離純化實驗，項目來源于“基于LC-MS/MS分子網絡的紅樹林內生真菌抗肺癌干細胞活性代謝產物的研究” ?本課題以三株具有良好抗腫瘤活性的菌株DZ27、H1N1和2216#作為研究對象，通過優化培養、規模發酵、有機萃取、LC-MS/MS數據構建代謝物的分子網絡、抗肺癌干細胞活性指導分離純化以及現代波譜學手段確定其化學結構，獲得活性化合物，并從Wnt/β-catenin信號通路、ABC轉運蛋白及凋亡抑制因子等干性分子角度，研究活性化合物調控肺癌干細胞的作用機制。把菌株DZ27、H1N1和2216#的優化培養、規模發酵、有機萃取、抗肺癌干細胞活性指導分離純化等制作成虛擬仿真軟件，使學生通過軟件學習如何從菌株中分離純化獲得活性化合物，大大節省了真實實驗的時間以及試劑消耗。

組蛋白去乙酰化酶抑制劑（HDACi）調控體外培養的成年神經干/前體細胞增殖實驗，項目來源于“PI3K/AKT/mTOR/S6K信號通路介導HDAC抑制劑調控神經干細胞分化及其在抗癡呆中的作用論證” ?本課題用Brdu和DAPI分別標記新生細胞和所有細胞核，計算Brdu陽性細胞/DAPI比率，研究不同HDACi對培養的成年神經干/前體細胞增殖的影響，以明確HDACi調控成年神經干/前體細胞的特性。把不同HDAC亞型抑制劑和不同劑量HDACi等數據錄入，制作成虛擬實驗軟件，使學生通過軟件學習劑型、劑量與實驗結果之間的關系，大大節省了真實實驗的試劑消耗，同時使學生學習成年神經干/前體細胞的相關知識。

5 科研成果轉化的藥學虛擬仿真實驗教學的開放與共享

科研成果轉化的藥學虛擬仿真實驗項目與實體中心項目形成有效呼應，平臺網站對學生全線開放，打破了時空限制，學生可隨時聯網自學、討論并進行模擬實驗，實現線上自主學習。推進自主研發的基于科研成果的教學資源的轉化工作，與公司合作推廣自主研發的虛擬實驗教學軟件在本校或者其他高校的使用，增強中心平臺的內涵建設，夯實自主研發及合作研發的優質教學資源，吸引使用者自覺訪問平臺網站，加強宣傳與引導，制定一些具體的使用量化指標，促進使用率的提高。擴大覆蓋面，增強輻射效應，擴大科研成果轉化的虛擬仿真實驗項目對省內醫院的開放數量，拓展醫藥院校的共建、開放和共享聯盟的規模，擴大虛擬醫學科普教育平臺、廣州市科普基地對大專院校和中小學學生及其他社會人士開放的規模，努力增強平臺科研成果轉化的虛擬仿真實驗項目的示范輻射作用。

6 結語

“教不研則枯，研不教則殆。”[9]將科研成果轉化為藥學虛擬仿真實驗教學，既克服了傳統實驗教學中真實實驗難以實現的實驗操作，又成功地將最新的科研成果不斷擴充到實驗教學內容中去，形成“教學帶動科研，科研促進教學”的良性循環，為學生綜合能力、創新精神和創新能力的培養提供了有力保障。

參考文獻

[1]王惠萍.高校科研成果轉化的現狀分析與對策研究[J].中國高新科技，2017（1）：61-63.

[2]李建恒，管立，黃增瑞，等.藥學教育中將科研資源轉化為本科教學資源的實踐[J].醫學研究與教育，2010（5）：92-94.

[3]李飛.教學型大學科研成果轉化為教學資源的影響因素分析[J].通化師范學院學報，2007（9）：69-70.

[4]王英，楊坤濤，駱清銘，等.將學科發展成果轉化為實踐教學資源的探索[J].實驗室研究與探索，2010（5）：126-129.

[5]傅緒成，王小艷，吳菊.科研項目（成果）轉化為創新實踐教學資源的探索[J].廣州化工，2014（7）：173-175.

[6]張敬南，張镠鐘.實驗教學中虛擬仿真技術應用的研究[J].實驗技術與管理，2013（12）：101-104

[7]陳章寶，肖國君，鄧君，等.虛擬仿真技術在藥學實驗教學中的應用研究[J].中國教育信息化，2015（10）：86-87.

[8]謝燕，李勇.藥學虛擬仿真實驗實訓中心的建設與探討[J].衛生職業教育，2017（4）：81-83.

[9]曹小華，喻國貞，雷艷紅.科研成果轉化為綜合性、設計性實驗的教學探索與實踐[J].化學教育，2009（11）：15-16，76.