虛擬仿真技術在藥學專業實驗教學改革中的應用

魏曉鵬 楊金榮 許煜靜

[摘 要] 在高等教育教學領域，開展虛擬仿真實驗教學是教育教學信息化的重要表現之一，其具體應用已日益廣泛。該文致力于發現藥學傳統實驗教學中存在的問題，對實驗教學課程的教學改革與實踐進行探究，闡述了虛擬仿真技術在該文作者所在學校藥學專業本科實驗教學中的成功應用，以及將虛擬仿真技術應用于高等教育教學領域的優勢和必要性。

[關鍵詞] 虛擬仿真;藥學;實驗教學

[基金項目] 2018年度天津醫科大學藥學院教改重點項目（2018071）

[作者簡介] 魏曉鵬（1991—），男，甘肅人，碩士，天津醫科大學藥學院實驗教學中心助理實驗師，主要從事實驗教學與管理研究;

楊金榮（1965—），男，天津人，天津醫科大學藥學院實驗教學中心高級實驗師（通信作者），主要從事藥劑學、實驗教學與管理研究。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）23-0186-02? ? [收稿日期] 2019-11-06

藥學作為醫學和化學的交叉學科，是一門應用性、實踐性非常強的學科。高校藥學專業旨在培養能夠在藥品生產、藥品研發、藥品質量控制、藥品流通、藥品使用等領域具備應用能力、創造精神的人才。藥學實驗教學在人才培養的各個階段發揮著舉足輕重的作用，但是藥學實驗教學在具體實施過程中存在著很多難易克服的實際問題與困難。將虛擬仿真技術引入藥學實驗教學中，虛實結合的授課方式很大程度上克服了傳統實驗教學中的缺點與不足，提高了教學效率。

一、傳統藥學實驗教學存在的問題及應用虛擬仿真實驗教學的必要性

現有的藥學實驗教學模式，僅僅要求學生按照實驗講義中的實驗目的、實驗方法、實驗步驟、實驗結果、實驗討論等項內容按部就班的進行，一些涉及到危險化學品操作、大型精密儀器設備分析、周期較長的藥物臨床研究或者涉及真正生產實踐操作的實驗直接被取締或由老師演示完成，學生只能觀摩學習，不能親自上手操作。如此，實驗教學很難與真正的藥品實際生產及研發結合起來，同時也脫離了生產研發實踐中很多先進的技術與應運，而且實驗結束后學生對于專業課的理解并不深刻、系統，總是停留在理論知識層面和支離破碎的實驗畫面中。這樣的基本現狀與藥學專業培養人才的宗旨相差甚遠。

將虛擬仿真技術應用到實驗教學課程改革與實踐中已成為一種新趨勢。梁啟超（？？？譚妙娟）[1]等將虛擬仿真實驗引入到天然藥物化學實驗教學中，輔助常規實驗教學，將一些涉及有毒有害危險化學品的實驗或因大型精密儀器體積龐大、價格昂貴而無法開展的實驗內容做成了接近真實環境的虛擬場景，解決了真實實驗存在的局限性。劉寧[2]等將虛擬仿真技術應用于“儀器分析實驗”教學中，緩解了教學儀器不足造成的矛盾，激發了學生的學習興趣，提高了學生的實驗動手能力，同時也促進了實驗教師自身素質的提高。受限于我國《藥品生產質量管理規范》（GMP）等法規規定，醫藥企業無法承擔規模化的現場實踐教學，而在GMP的強制推行下，用人單位希望藥學畢業生掌握更多GMP環境下的實踐操作和專業知識，但是這部分內容在課堂教學和實驗教學中無法深入學習。為此，很多醫藥企業、專業醫藥設計單位、高等院校聯合軟件公司開發了藥學類虛擬仿真實訓平臺，充分發揮了虛擬的空間想象力，將生產真實流程、真實場景與教學需求有機的融合，打破了現實局限性，為學生在虛擬生產場景中無限制地開展學習創造了條件[3-4]。在藥學實驗教學中應用虛擬仿真技術意義重大，其成功案例也遠不止這些。

二、虛擬仿真技術在藥學實驗教學中的優勢

1.“虛實結合”優勢突出。虛擬仿真技術依托于虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通訊等技術，構建高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象的新型教學方式。虛擬操作是真實實驗的仿真模擬系統，逼真地還原了實驗場景[5-6]。

2.方式多樣，提升效果。此外，在網上自主地開展實驗的預習、復習工作和一系列由于條件限制實驗室無法向學生提供的實驗操作，通過“拓展式”“自主設計式”“互動式”和“啟發式”等多種教學方法的應用，可以拓展知識的深度和廣度、延伸虛擬實驗內容的時間和空間。從而激發學生的學習興趣和潛能，調動學習積極性和主動性，培養學生創新思維和實踐能力。指導學生通過操作虛擬仿真軟件，對實驗原理、3D場景、實驗內容進行針對性學習，并通過對仿真軟件的沉浸式體驗操作，互動式練習，加深理解所學知識。目的是讓通過新的技術手段，提高學生的操作體驗，激發學習興趣的同時可以對理論知識進行有效的補充，提高教學效果。

三、虛擬仿真技術在本校藥學實驗教學中的成功應用

1.實驗前預習。學生實驗前預習是開展實驗不可或缺的一部分，以往學生對實驗內容的預習僅僅是將本次實驗的實驗講義走馬觀花地進行瀏覽，或是“不走心”式的摘抄，在真正進入實驗室實際做實驗時處于一種“蒙圈”的狀態，對于本次實驗的目的、原理、內容、流程、細節，腦海里沒有一個清晰的思路。“虛實結合”的新型實驗教學模式要求學生在實驗前對本次實驗的各項內容做系統的預習，在自主預習學習的同時，虛擬仿真實驗室面向學生開放，學生可以在約定的時間里進入虛擬仿真實驗室進行自主學習，學習內容主要包括虛擬仿真軟件操作練習、實驗方法的自我設計、實驗課程內容相關知識點“闖關練習”，以及實驗基本操作的練習，此學習過程旨在讓學生對此次實驗的各項內容與實驗基本操作有一個相對清晰的認識和理解。

2.仿真教學。不同于傳統實驗教學模式的是，在學生在進入實驗室實際操作前先進入虛擬仿真實驗室仿真練習，老師對于本次的實驗的相關教學和實驗內容進行仿真教學，在教學過程中，結合虛擬仿真實驗軟件操作的演練，將實驗過程中應當注意的細節進行強調。

3.實驗教學。在完成虛擬仿真實驗后，學生快速進入實驗室，對本次實驗的具體內容進行實際操作，對于實驗條件能夠滿足學生實驗需求的實驗內容，要求每一個學生實際動手操作。對于一些受實驗條件限制，只能通過老師演示的完成的實驗項目，因為有前面的仿真教學，所以在這一環節，老師在演示過程中可以對前面的仿真教學內容進行查缺補漏。學生在前期學習的基礎上帶著問題與疑惑在實際實驗環境中向老師提問，整個互動教學過程能夠讓學生不再是一味聽取、記憶，而是作為主體積極參與到實驗教學中。

4.實驗反饋。實驗結束后，學生對于本次實驗的內容以實驗報告的形式書寫記錄，老師對于學生提交的實驗報告予以評分評價。此外，仿真實驗室在實驗結束后仍然對學生開放。由于實驗條件的限制，有些學生在實際實驗中未能親自上手操作，或者參與度不高，所以想在實際實驗結束后再次進入虛擬仿真實驗室學習。

四、結語

虛擬仿真技術應用于藥學實驗教學優勢明顯，“虛—實—虛”的創新完整實驗教學模式取得了良好的效果反饋，獲得了學生的肯定。藥學專業要培養實用創新型人才，實驗教學的作用不可忽視，受益于信息技術的飛速發展，將虛擬仿真應用于藥學實驗教學，能夠在繼承傳統實驗教學的精華的基礎上，克服傳統實驗教學在學科發展、人才培養目標、實驗教學條件等要求中顯示出的不足。

參考文獻

[1]譚妙娟.虛擬仿真實驗在天然藥物化學實驗教學中的應用[J].中國繼續醫學教育，2019，11（06）：30-32.

[2]劉寧，吳春，黎晨晨，等.仿真技術在儀器分析實驗中的應用探討[J].實驗室科學，2018，21（06）：95-97.

[3]黃家利.以“藥品生產GMP虛擬實訓平臺”為例淺析藥學類虛擬仿真教學平臺的開發[J].海峽藥學，2017，29（11）：282-284.

[4]蘇紅，劉志寶，趙宏然，等.藥物制劑實訓仿真系統在藥學專業藥物制劑方向實訓教學中的應用[J].中國醫藥導報，2014，11（32）：139-142.

[5]黃衛庭，羅麗瓊.虛擬仿真技術在高職教學中的應用研究[J].南通航運職業技術學院學報，2011，10（04）：111-113.

[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，2013，30（12）：101-104.

Application of Virtual Simulation Technology in the Teaching Reform of Experimental Teaching of Pharmacy

WEI Xiao-peng，YANG Jin-rong，XU Yu-jing

（Experimental Teaching Center of Pharmacy，Tianjin Medical University，Tianjin 300070，China）

Abstract：Nowadays，the virtual simulation technology has been widely used in the field of higher education.Carrying out virtual simulation experimental teaching is one of the important performances in informationization of education and its specific application has become increasingly widespread.Teaching reform and practice of experimental teaching are discussed and the successful application of virtual simulation technology in the undergraduate of pharmacy at experimental teaching in our university is expounded.

Key words：virtual simulation;pharmacy;experimental teaching