基于虛擬仿真技術的生物制藥實訓課程的改革與實踐

翟科峰，段 紅，曹穩根,李宛蓉

(1.宿州市天然產物與功能性食品工程技術研究中心，安徽 宿州 234000；2.宿州學院生物與食品工程學院，安徽 宿州 234000)

虛擬仿真技術因具有沉浸性、模擬性和交互性等特，受到廣大高校的高度關注。把虛擬仿真技術融入到本科教學中去，彌補傳統實驗教學的缺陷，拓展教學內容，延伸教學的深度與廣度，提高教學質量和水平。本文探討虛擬仿真技術在生物制藥類課程教學中的改革與實踐，也為其他應用型課程的教學改革樹立典范。

1 生物制藥專業教學需要虛擬仿真技術的支持

生物制藥專業為培養技能型人才為主要目標，不僅要求學生具備深厚的專業理論知識，還要熟練掌握相關類課程的實驗操作。傳統生物制藥專業實驗課的試劑很多都是有毒的，考慮到對健康的危害和環境的污染，因此減少這種實驗的開展次數，但這樣會使學生喪失實驗操作的機會，失去科研探索的熱情。同時傳統實驗室的建設無論是建設實驗場地還是購買儀器設備，都需要投入大量的財力、物力、人力，這些原因限制了實驗室的大力建設，從而導致一些實驗學生只能聽老師講授實驗過程，缺乏實際動手操作的機會。“紙上得來終覺淺”，這種教學方式很難培養學生的創新精神和主觀能動性。因此傳統實驗的教學模式需要通過教學改革來解決當前所面臨的問題。

虛擬仿真實驗教學是通過計算機、網絡技術模擬現實，構建一個可視化逼真的實驗操作環境，學生能夠在此環境中進行安全、高效的實驗，進而達到真實實驗難以實現的實驗操作。改善了傳統實驗存在的問題，極大地降低了財力、物力、人力的投入，而且可以進行人機互動，將計算機技術融入到生物制藥實驗教學中，能夠提高學生學習興趣、實踐能力。同時有利于學生創新意識的培養，是高校培養21世紀應用型人才的有效手段。

2 生物制藥專業實驗課程實施虛擬技術的實踐

2.1 虛擬仿真實驗平臺最大限度擴展實驗教學內容

引入虛擬仿真實驗教學模式，打破傳統實驗的種種限制因素，建立一個全方面的虛擬仿真實驗平臺。生物制藥專業實驗課程包括不同類型的實驗，如生物化學、分子生物學、病理學、動物學、藥物成分鑒定等，針對不同的實驗特點設計不同的虛擬仿真實驗平臺，培養創新型、應用型生物制藥人才。

2.2 以培養技能型人才為導向，建立生物制藥專業實訓仿真平臺

應用型本科教學以應用型人才培養為辦學目標，建立校內虛擬仿真模擬工廠生產工藝，培養學生實踐技能。在虛擬仿真實驗的基礎之上與工廠生產工藝統一起來，構建虛擬仿真實訓平臺，使學生不僅掌握熟練的專業實驗技能，還具備工廠生產實踐技能。

2.3 改革考核制度，重視綜合能力的考察

針對生物制藥專業實驗課的特點，應該注重實踐和理論相結合，重視考核學生掌握的實驗技能。虛擬仿真實驗平臺還加入習題和考試。通過實時收集學生做習題的完成時間和正確率，形成教育大數據，能快速找到學生在學習中的問題和瓶頸。在傳統實驗操作中，教師不可能及時地關注到每一個學生對實驗操作的掌握情況，實驗考核只是通過實驗報告的撰寫衡量實驗技能。然而，在實驗虛擬仿真平臺中，系統能夠自動監控學生的實驗操作過程，并對其進行評價和評分，突破傳統實驗考核的弊端，不在只是注重理論知識的掌握。這種考核制度既能實現老師對學生實驗操作技能的考核，又可實現學生的自我測評。

3 開展虛擬仿真實驗教學的成效

3.1 強化激勵學習，提高學習興趣

虛擬仿真實驗平臺以動畫、圖片、聲音的方式展示出來，具有模擬場景逼真的特點，使實驗教學生動形象化，擺脫傳統實驗教學枯燥乏味的課堂氛圍。通過人機互動，激發學生學習積極性，使學生從被動灌輸知識轉向積極探索新知識。

3.2 一人一機充分訓練

傳統實驗由于受到各種條件限制，很難保證每個學生都能參與進來。而在虛擬仿真實驗平臺中，學生不僅在課上可以進行模擬實驗，課下也可通過電腦點擊虛擬仿真實驗平臺軟件，選擇相關的實驗課程即可進行模擬實驗操作，不受時間和空間的限制，每個學生都能得到充分的訓練，提高教學質量。

3.3 容錯性好，可開展探究式實驗

學生在虛擬仿真實驗平臺中，能夠防止操作失誤而損壞儀器，從而積極勇于地進行實驗探索。此平臺還具有設置儀器處于故障狀態的功能，鍛煉學生獨立解決問題的能力。與此同時，虛擬仿真實驗可以開展探究式實驗。學生能勇于進行實驗創新，設計合理的實驗課題、方案，思維更好地發散，提高學生良好的科研意識、創新實踐能力。

3.4 保證實驗數量和質量，節約實驗經費

虛擬仿真實驗通過計算機虛擬化，使學生可通過計算機實現對實驗的操作。學生登錄軟件即可學習，可以進行多次反復的聯系，可以開展真實實驗無法完成或者實驗效果不好的實驗。既節約教學成本，又保證實驗的數量和質量。

3.5 人才質量培養和社會評價

虛擬仿真實驗平臺注重培養高質量技能型人才，特別適用于生物制藥專業中實驗課程的開展，為培養藥物研發和藥物制備方面的人才奠定了基礎。通過虛擬仿真實驗平臺的培訓，使學生熟練掌握相關實驗操作技能，更加透徹理解專業理論知識，為畢業生進入工作崗位、服務社會奠定堅實的基礎，同時也得到社會上企業的高度認可。

虛擬仿真技術融入生物制藥專業教學模式的改革，使學生能夠全面地掌握生物制藥工藝流程，有利于學生實踐技能的發展，是對傳統實驗教學的有力補充。此教學模式的改革極大鼓舞了學生的科研興趣和自主學習的能力，提高了應用型人才的深厚理論功底、實踐技能的培養。虛擬仿真技術在生物專業實驗教學改革中取得良好的教學成果，為其他專業和領域樹立了典范，應該得到大力的推廣與實踐。