虛擬仿真輔助中藥化學實驗教學的實踐

閻婷 孟大利 侯柏玲

[摘 要] 中藥化學實驗是中藥化學教學中的重要組成部分，對學生創新能力及其綜合素質的提高奠定下堅固的基礎。通過剖析當今高等學校中藥化學實驗教學模式的情況，采用虛擬仿真實驗平臺，改革了原有的實驗教學，形成了以虛擬仿真實驗為輔、實操實驗為主的中藥化學實驗教學新模式。教改成果表明，虛擬仿真實驗鼓舞了學生的學習興趣，提高了學習效率，實操實驗培養了學生的動手能力和實踐能力，虛實結合有效地促進了中藥化學實驗教學質量的提升。

[關鍵詞] 中藥化學;實驗教學;虛擬仿真

[作者簡介] 閻 婷（1981—），女，遼寧沈陽人，博士，沈陽藥科大學中藥學院講師，主要從事中藥化學實驗教學研究。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）40-0198-02? ? [收稿日期] 2020-04-30

中藥化學是一門結合中醫基礎理論和臨床醫學經驗，主要運用化學的理論和方法及其他現代科學理論技術研究中藥化學成分的學科[1]。當前，該學科教育研究的一項重要課題就是如何調動學生積極性，設計實驗教學，加強實驗課對學生綜合能力的培養[2]。但是，目前很多醫藥高校實驗教學存在一些共性問題：教學形式單一，學生不感興趣;預習報告流于形式，學生對實驗原理了解不夠深刻;實驗操作中錯誤率較高，重做實驗導致時間拖延，浪費樣品;有些實驗試劑污染嚴重;一些需要特定反應條件的實驗不能進行;部分造價較高的精密儀器很難運用到本科教學中;實驗設備由于經費等問題更新較慢，影響了學生動手能力的提高[3，4]。

虛擬仿真技術在教學中已經普遍開展，VR虛擬現實技術也逐漸走進了高校課堂。虛擬仿真技術為學生和教師提供了源于視覺、聽覺和觸覺等感官方面的模擬，使得使用者能夠身臨其境，通過系統模型對實際或者設想的系統實施相應的動態試驗[5]。在教學中引入虛擬仿真技術提高了學生的實踐能力，有利于學生獨立自主學習，也是當今社會所需人才應具備的基本素質。VR虛擬現實技術帶來了教育技術新的發展。它創造了“自主學習”的環境，學生通過自身與信息環境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式取而代之傳統的“填鴨式”學習方式，使教學形式多樣化，開創新的實驗教學模式。

我校中藥學實驗教學中心作為省級和校級實驗教學示范中心，遼寧省教育廳高等學校實驗室建設及儀器管理工作先進集體，一直以來都在摸索真實實驗和虛擬仿真實驗相結合的道路。為服務遼寧主導產業，促進五味子道地藥材綜合利用的產業升級，十分有必要讓學生熟悉五味子有效成分制備工藝，因此建立了中藥化學虛擬仿真實驗項目五味子有效成分的提取，分離及鑒定實驗。

一、實施對象

2017級中藥學1～2班、中藥制藥1～2班，中藥資源與開發班，2016級中藥（日語）班。

二、實施進程

（一）教師登陸教師站進行課程設置

教師站是基于局域網的網絡通信與控制軟件，以便于對學生機的項目進行統一啟動和控制，實時顯示得分，獲取成績，對成績進行統計等。代課老師可以點擊相應的課程名稱，進入編輯界面，包括仿真考試、快速啟動、快門與成績管理，理論題考試，客戶端信息管理，文件下發，師生交流等功能。然后新建班級，添加學生名單，發布課程。

（二）學生登陸虛擬仿真實驗項目完成實驗預習

學生使用自己的學號和密碼登錄虛擬仿真實驗平臺的中藥化學實驗板塊，進入“五味子提取虛擬仿真實訓”項目。第一步通過鼠標右鍵點擊屏幕右下角“知識點”圖標，了解五味子簡介，第二步右鍵點擊屏幕右下角“工藝”圖標，觀看整個實驗過程演示動畫。最后進行虛擬實驗操作，此時學生仿佛置身于中藥化學實驗室實景中，可以在書本預習的基礎上進行一次實驗的模擬操作，比如搭建回流提取、常壓蒸餾裝置等步驟。必須按照正確的順序完成指定的操作，倘若其中某個步驟出現錯誤，如回流提取實驗中未開冷凝水就打開水浴鍋開關，實驗將無法繼續操作，這時可利用“工藝”圖標，再次回放實驗操作演示動畫。本實驗通過3D虛擬仿真技術進行全景呈現，涵蓋了13個獨立的步驟和150余個交互性的實驗操作。包含了五味子提取實驗室、液相色譜分析室、核磁共振檢測室，可通過門口的走廊進行房間之間的人物移動轉換。

（三）師生進行實際的實驗教學

按照學校的教學計劃安排，在規定的時間和實驗室進行實操實驗。第一步授課教師講解實驗內容，包括實驗目的、實驗原理、儀器與試劑、實驗步驟、注意事項等，帶領學生回顧預習內容，講解過程中遇到需要強調的問題，給學生進行示范演示。第二步，老師提出問題，讓學生在預習的基礎上回答問題。第三步，提倡學生提出問題，授課老師答疑解惑。最后，待全部問題解決的情況下進行實操實驗。授課老師在實際操作過程中，走到學生中間，隨時觀察學生的操作是否規范、安全，如有錯誤及時指出。存在安全隱患的地方需特別提醒。實操實驗結束后，實驗原始數據當堂記錄在實驗報告上，寫好使用報告上交。

（四）學生登陸虛擬仿真實訓項目進行復習并完成相關測試

在學生實際操作完實驗后，安排時間讓學生再次登錄虛擬仿真實訓項目，進行課后復習，操作與預習過程一致。但在復習過程中，更要注重細節的觀察，要求學生結合自己實操實驗的經歷，找出虛擬仿真實驗與實操實驗的異同點、優缺點，并完成課程里設置的相關測試。

三、實施效果

我們對6個班級180余名學生進行了調查問卷，多數學生認為虛擬仿真實驗和實操實驗各有優缺點。利用虛擬仿真實驗，學生可以進行線上學習交流，也可以對整個實驗或關鍵步驟進行反復練習以加深對知識的學習與理解，打破時間與空間的界限，提高學生主觀能動性，增加學生學習的信心，培養學生的自主探索能力與創新能力。通過這些虛擬仿真操作，要求學生掌握有機溶劑回流法對藥材中的有效成分，制備薄層色譜法和開放柱色譜法富集有效部位，制備型高效液相色譜法分離單體化合物，分析型高效液相色譜法分析化合物的純度以及核磁共振法鑒定化合物的結構等5個主要知識點。在虛擬仿真考核環節，要求課程成績在85分以上，實驗以提高學生實踐能力和創新精神為核心，以服務遼寧醫藥產業發展和行業需求為導向，以遼寧省優質資源道地藥材五味子活性成分的研究開發和新方法為教學重點，積極探索線上線下教學相結合的個性化，智能化的實驗教學新模式，將其作為真實實驗的有效補充，完成實體教學條件下無法完成的實驗教學功能，提高學生的認知和專業實操能力，并讓學生熟悉五味子這一遼寧省道地中藥材及其主要活性成分的制備方法，從而服務遼寧醫藥產業發展，并為道地藥材的深入開發與利用奠定基礎。

四、結語

通過我校中藥化學實驗教學中五味子有效成分的提取，分離及鑒定虛擬仿真實驗項目的應用，收獲了較好的教學效果。虛擬仿真實驗是傳統實驗教學模式的有益補充，但不可代替傳統實驗教學。今后，我中心在此基礎上，從加大仿真實驗項目數量和提高仿真實驗與真實實驗相結合的效果這兩方面，不斷探索，繼續前進。

參考文獻

[1]匡海學.中藥化學[M].北京：中國中醫藥出版社，2018：1.

[2]董本紅，杜坤.改革實驗教學，培養創新能力[J].藥學教育，2004，20（4）：53-55.

[3]付穎寰，楊大偉，郭宏，等.基于虛擬仿真實驗平臺的有機化學實驗教學實踐[J].教育教學論壇，2017（15）：271-272.

[4]黃余燕，吳凌鳳，梁香，等.探討藥學專業有機化學實驗教學[J].廣東化工，2016，43（21）：207-208.

[5]常雅寧，彭鈺珂，魏東芝，等.虛擬仿真技術在酶工程實驗教學上的應用[J].實驗室研究與探索，2019，38（2）：237-239，244.