淺談虛擬實(shí)驗(yàn)在藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用展望

辛穎

（內(nèi)蒙古民族大學(xué)蒙醫(yī)藥學(xué)院，內(nèi)蒙古通遼 028000）

藥物化學(xué)是內(nèi)蒙古民族大學(xué)藥物制劑（蒙授）專業(yè)學(xué)生的一門必修課程。藥物化學(xué)作為藥學(xué)領(lǐng)域中的重要帶頭學(xué)科，是連接生命科學(xué)與化學(xué)的重要橋梁，是一門發(fā)明與發(fā)現(xiàn)新藥、合成化學(xué)藥物、闡明藥物化學(xué)性質(zhì)、研究藥物分子與機(jī)體細(xì)胞（生物大分子）之間相互作用規(guī)律的綜合性學(xué)科。藥物化學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)藥物化學(xué)的教學(xué)中具有不可替代的地位，具有專業(yè)性、理論性和實(shí)踐性強(qiáng)、信息量大、學(xué)科交叉范圍廣等特點(diǎn)。在傳統(tǒng)教學(xué)中，由于實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的更新速度相對(duì)較慢，有些儀器的數(shù)量有限，學(xué)生親自動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)缺少，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性不足，妨礙學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，也不利于藥物化學(xué)教學(xué)質(zhì)量的提高[1-2]。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，將虛擬實(shí)驗(yàn)引入藥物化學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是必要而可行的，這不僅有助于幫助傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)走出困境，促進(jìn)教育信息化，還能為今后藥物化學(xué)的教學(xué)改革提供新的方向。

虛擬實(shí)驗(yàn)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)中所用的儀器、材料等實(shí)體進(jìn)行圖像采集，應(yīng)用文本、圖像、動(dòng)畫、視頻和音頻等方式形成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，學(xué)生可通過媒介與虛擬空間實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)方式，不受時(shí)間和空間限制，可以反復(fù)學(xué)習(xí)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗(yàn)，為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)仿真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境[3-4]。目前，虛擬實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用越來越廣泛，涉及多個(gè)專業(yè)和學(xué)科，國內(nèi)外很多的高校、科研院所以及遠(yuǎn)程教育機(jī)構(gòu)都積極地投入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建[5]。因此，將虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不僅可以補(bǔ)充傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足，也可以提高藥物化學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)教育信息化。

1 藥物化學(xué)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目前面臨的問題

1.1 儀器設(shè)備更新較慢，學(xué)生動(dòng)手操作能力的鍛煉不足

藥物化學(xué)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教學(xué)資源成本是非常重要的，由于資金與實(shí)驗(yàn)場地的限制，學(xué)校在開展藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，只能購進(jìn)部分相關(guān)的儀器設(shè)備，這就造成了學(xué)生人數(shù)與儀器設(shè)備數(shù)量不匹配的局面，造成了現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器不能滿足大多數(shù)學(xué)生操作需求的矛盾。動(dòng)手意識(shí)不強(qiáng)或者操作能動(dòng)性差一點(diǎn)的學(xué)生幾乎在課堂上不會(huì)親自動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致部分學(xué)生的動(dòng)手操作能力不足。

1.2 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)少，無法重復(fù)實(shí)驗(yàn)

藥物化學(xué)課程的有些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，因?yàn)槭軐W(xué)時(shí)數(shù)限制，無法全部開展，使學(xué)生無法完全了解和掌握相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目需要學(xué)生動(dòng)手操作的時(shí)間非常有限，而且步步緊扣，上一步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果直接影響下一步的實(shí)驗(yàn)，如果某個(gè)環(huán)節(jié)操作失誤，將會(huì)導(dǎo)致結(jié)果不理想。當(dāng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想，想重復(fù)再操作一遍以獲得好的結(jié)果是幾乎不可能的，因?yàn)闀r(shí)間不允許。如果學(xué)生想回顧做過的一些重要實(shí)驗(yàn)時(shí)，也只能看實(shí)驗(yàn)講義或者實(shí)驗(yàn)報(bào)告上記錄的文字內(nèi)容，抽象而枯燥，無直觀印象和認(rèn)識(shí)，很難回顧，無法加深學(xué)生的印象。

1.3 實(shí)驗(yàn)材料浪費(fèi)，存在安全隱患

在傳統(tǒng)的藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，每一次課每一小組都需要供應(yīng)的實(shí)驗(yàn)材料非常種類數(shù)量較多，最后得到的實(shí)驗(yàn)品大多數(shù)都需要采用丟棄或銷毀的方式處理，再利用的可能性非常小，這就導(dǎo)致了大量教學(xué)資源的浪費(fèi)。而且，在實(shí)驗(yàn)過程中還存在一些安全隱患，普通的本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的安全防護(hù)設(shè)施及環(huán)境一般相對(duì)比較簡陋，如在實(shí)驗(yàn)過程中需要用到的大量化學(xué)試劑，都會(huì)對(duì)學(xué)生的身體健康存在不利的影響，特別是對(duì)長期工作于這種環(huán)境下的從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)的人員的身體更易造成大的傷害。

1.4 學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性不高，創(chuàng)新思維不強(qiáng)

藥物化學(xué)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，均是先由教師講授和示教，再由學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，屬于被動(dòng)式的接受模式。這種傳統(tǒng)教學(xué)模式根本不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也不符合當(dāng)前以學(xué)生為本的教育理念。學(xué)生在課堂上能做的就是，在有限的時(shí)間內(nèi)，按著實(shí)驗(yàn)講義和教師講授的內(nèi)容，機(jī)械地按步驟地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，在實(shí)驗(yàn)過程中基本是缺乏主動(dòng)性思考和主觀能動(dòng)性的，這些肯定都嚴(yán)重地制約學(xué)生創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)。

2 藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的必要性

2.1 增設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，拓展學(xué)生的知識(shí)面

藥物化學(xué)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)因?yàn)橐軐W(xué)時(shí)數(shù)的限制，有些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目無法開展。比如，走進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室之安全防護(hù)篇、三廢與處置篇、環(huán)境與管理篇等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可以使學(xué)生進(jìn)一步掌握實(shí)驗(yàn)室安全與防護(hù)，鞏固實(shí)踐基礎(chǔ)。使用虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以增設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，拓展學(xué)生知識(shí)面。

2.2 降低實(shí)驗(yàn)材料成本，節(jié)省人力物力

將虛擬實(shí)驗(yàn)運(yùn)用到藥物化學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以無須再購買以前傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中需要購進(jìn)的一些昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和大量實(shí)驗(yàn)試劑與耗材，這不僅減輕了實(shí)驗(yàn)教師的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作負(fù)擔(dān)，還節(jié)約了教學(xué)實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，達(dá)到節(jié)能減排效果。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)采取單人單機(jī)形式，每個(gè)學(xué)生都有獨(dú)立操作的機(jī)會(huì)，這都緩解了目前實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中常見的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)嚴(yán)重短缺、實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施不能達(dá)標(biāo)以及學(xué)生規(guī)模不斷擴(kuò)大等長期困擾的問題，通過虛擬實(shí)驗(yàn)這些問題均能得到根本性的解決。

2.3 保障實(shí)驗(yàn)安全，排除危險(xiǎn)隱患

實(shí)驗(yàn)室安全是目前所有高校都在高度重視的問題，開展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的前提必須是實(shí)驗(yàn)安全。藥物化學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用到的一部分化學(xué)試劑具有很大的刺激味，過多吸入對(duì)人體會(huì)有一些影響，雖不致命，但會(huì)產(chǎn)生不舒服的感覺；還有一些試劑可能具有易燃易爆的特性，需要實(shí)施小心謹(jǐn)慎安全的保管措施。如果應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以避免實(shí)驗(yàn)試劑帶來的危害與隱患，對(duì)學(xué)生和實(shí)驗(yàn)教師都是有百利而無一害的。

2.4 學(xué)習(xí)不受時(shí)間和空間限制，操作簡便便于學(xué)生接受

虛擬實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)一般不受時(shí)間和空間的限制，這種自由學(xué)習(xí)的方式容易讓學(xué)生接受。在虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，學(xué)生可以根據(jù)自己的時(shí)間去反復(fù)學(xué)習(xí)，模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作，在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行測試。在此過程中，學(xué)生可自己選擇合適的實(shí)驗(yàn)器材，按照步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如果選擇有誤，系統(tǒng)將提示無法進(jìn)入下一步，經(jīng)過反復(fù)練習(xí)與鍛煉，可以不斷激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能。

2.5 立體化教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

虛擬實(shí)驗(yàn)可以為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)仿真、豐富的立體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，是應(yīng)用計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)中所用的儀器、材料等實(shí)體進(jìn)行圖像采集，應(yīng)用文本、圖像、動(dòng)畫、視頻和音頻等方式將復(fù)雜變?yōu)楹唵危橄鬄榫唧w，將微觀結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)過程表現(xiàn)得形象生動(dòng)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)和測試實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目過程中像玩游戲過關(guān)一樣充滿趣味性，容易激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，取得事半功倍的成效。

3 結(jié)語

虛擬仿真技術(shù)由于其專業(yè)性、過程性、交互性、智能性與趣味性等特征越來越廣泛地應(yīng)用于國內(nèi)外多個(gè)專業(yè)和學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。目前，我國多所著名大學(xué)、科研院所都認(rèn)識(shí)到了虛擬技術(shù)的潛力和價(jià)值，先后開展虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建。迄今為止，我國教育部已經(jīng)批準(zhǔn)了300多個(gè)國家級(jí)虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，涉及多個(gè)研究領(lǐng)域[6]。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用目前已成為高等醫(yī)藥學(xué)教育的重要組成部分，開展虛擬仿真教學(xué)在教學(xué)，特別是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中意義重大。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為一種新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，可為藥物化學(xué)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供新的思路，可使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，既加深了學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解，又提高了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)實(shí)踐應(yīng)用的能力。通過虛擬實(shí)驗(yàn)還可培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)研究的興趣，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)與創(chuàng)新思維。相信虛擬藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展，將有利于教育資源的共享與優(yōu)化，有利于推進(jìn)教育教學(xué)質(zhì)量的不斷提升。