虛擬仿真在中藥藥理學實驗課程中的應用前景淺析

李良同 常豐華 何穎 王士杰（通訊作者）

（吉林農業科技學院中藥學院，吉林 吉林 132101）

中藥學專業是高等中醫藥的特色專業之一，中藥藥理學（Pharmacology of Traditional Chinese Medicine）作為中藥學專業學生的專業必修課之一，它能夠在中醫藥理論的指導下，運用現代科學方法，研究中藥和機體（包括人體、動物體、病原體）相互作用及作用規律[1-2]。學習和掌握中藥藥理學有利于加深學生對傳統醫學的理解，拓寬學生的思路，培養學生的民族自信和文化自信。中藥藥理學的傳統教學更注重理論教學，實驗學時較少，而實驗教學是其教學中不可或缺的環節，這就限制了學生對中藥藥理學的深入理解，但中藥藥理學更應注重實驗及實踐教學，因此這就對中藥藥理學實驗提出了更高的要求。

虛擬仿真（Virtual Reality）是用一個系統創建并模擬另一個真實系統的技術，用戶可以在其創建的虛擬系統中借助視覺、聽覺、觸覺等多種感覺與虛擬世界進行自然的交互。虛擬仿真實驗是以計算機虛擬現實和數碼仿真技術為核心，利用計算機或者移動終端模擬動物實驗操作過程，包括實驗動物的捉拿和固定、給藥方式、麻醉、取血以及處死等實驗操作，也可以通過虛擬仿真系統模擬實驗儀器的具體操作，比如722 分光光度計、離心機、小動物呼吸機以及高效液相色譜儀等常用儀器，虛擬仿真實驗是一種允許反復操作，不需要實驗動物和實驗儀器的先進教學手段，具有沉浸性、交互性、構思性的特征[3-4]。為進一步提高中藥藥理學的實驗教學質量，提升學生的專業素養，虛擬仿真項目的應用已成為趨勢。

一、中藥藥理學實驗教學現狀

（一）實驗學時有限

由于部分高校為應用型大學，校內學時被壓縮，一些專業課程學時也相應減少，因此，教師會精簡教學內容。而中藥藥理學的實驗項目較多，包含不同的動物模型和藥效評價標準。并且，由于中藥藥理學實驗以其理論為基礎，結合藥理學、中藥鑒定學、中藥學、中藥炮制學、方劑學等相關學科的理論和技術，綜合性較強，而學時有限，教師則會刪減某些實驗內容，必然會導致學生對理論知識的理解運用出現困難并且不利于其構建完整的課程和知識體系[5-6]。

（二）學生課前預習不充分

由于課程時間被壓縮，課程相對集中，學生對實驗學習和探究興趣有所下降。而且實驗學時減少，實驗教學多以驗證性實驗為主，開展設計性實驗訓練難度較大。并且在有限的實驗條件下，學生實驗操作機會較少，學生的學習興趣便會大大減少，對于老師布置的課前預習及預習報告不上心，只在課上聽老師講授后直接進行實驗，難以深入理解實驗的內涵，并且很難將實驗與理論結合在一起。同時，由于中藥藥理學的部分實驗內容與藥理學實驗有部分相似，部分學生會出現“重復學習的內容沒有意義”的想法，實驗設計缺乏了新意，更容易降低學生學習的主觀能動性[7]。

（三）學生實際操作能力較差

目前，大部分學校存在實驗條件不足的情況，每個學生很難充分鍛煉動物實驗的基本操作，包括實驗小鼠的捉持、灌胃、皮下注射、腹腔注射以及解剖等基本操作。在實驗進行過程中，由于操作不規范，耗時過長等問題便隨之而來，實驗效果達不到預期。由于實驗學時有限，學生動手實踐時間較少，實驗基本操作得不到有效鍛煉，更不利于開展綜合性實驗。

由于開展綜合性實驗難度較大，學生的創新能力和科研思維能力得不到提高，難于參與到老師的科研中。長此以往，學生專業基本素質不足以融入教師的科研中，并且更容易陷入惡性循環中。

二、虛擬仿真的優勢

（一）節省實驗課程教學時間

中藥藥理學實驗大多利用實驗動物進行，難度系數較大。對于一些實驗的基本操作，教師可以將一些教學視頻提前發給學生，供學生掌握基本信息。在實驗學時較為緊張的情況下，學生可以利用空閑時間在虛擬仿真平臺進行學習，提前進入實驗狀態，了解實驗操作注意事項。在正式進行中藥藥理學實驗時，能夠更快地掌握其操作要領，縮短實驗課程教學時間以及操作時間。同時，也可以降低實驗教學成本實現實驗廢棄物的零排放。

（二）學生體驗感更強

由于虛擬仿真其本身具有沉浸性、交互性的特性，與線上教學相比，虛擬仿真的應用能讓學生的體驗感更強[8]。老師在理論教學的過程中，可以將一些實驗內容帶入，讓學生對實驗內容有初步了解。同時，教師也可以將中藥藥理學的相關內容與藥理學的相關內容進行比較，會讓學生對課程之間的相互聯系有更深入的了解。引入虛擬仿真實驗后，學生可以在學習理論知識后，進行相關實驗的學習，對實驗操作中可能遇到的問題和實驗結果有預期的認知。在實驗中，能夠發現問題并更好的解決問題。

（三）為設計性實驗展開提供便利條件

現有實驗條件下，本科實驗教學大多為驗證性實驗。而本科實驗教學改革的重點是學生自主學習、創新和科研思維能力的培養。應用虛擬仿真實驗后，學生可以打開思路，將中藥藥理、中藥鑒定、炮制等多門課程的實驗綜合起來，預期實驗效果，為設計性實驗開展提供便利條件，對學生的畢業論文設計也會有很大的幫助[9]。同時，學生也能更好、更快的融入到教師的科研項目中，教師和學生相輔相成，加快教師的科研進展，學生的綜合素質也會得到很大的提高。

三、虛擬仿真在中藥藥理學實驗中應用的預期效果及前景

（一）延申與拓展傳統教學

由于實驗學時被逐漸壓縮，中藥藥理學實驗更多的是作為理論課內容的輔助，學生在有限的實驗課程中，僅能掌握實驗的基本操作以及相關知識點，有的學生在實驗課結束后甚至不敢捉拿小鼠，只能被動的接受實驗課本上的內容，而缺少了學習知識的主動性。虛擬仿真實驗是以計算機虛擬現實和數碼仿真技術為核心，利用計算機模擬實驗操作過程[10]，學生可以在開放網絡狀態下學習并反復操作，不需要實驗動物和儀器的先進手段。例如，在“藥物對小鼠小腸運動的影響”實驗中，學生要學習使用炭末推進法測定小鼠小腸運動，并觀察M 受體阻斷藥（阿托品）和瀉下藥（芒硝）對小腸運動的影響。學生可以在課前應用虛擬仿真系統學習實驗操作、進行模擬并預估實驗結果。任課教師在進行實驗講解時，會節省時間，可以將西藥藥理于中藥藥理聯系在一起，學生對于藥理會有更深刻的認識。同時，學生對于實驗操作中出現的問題也能夠及時解決并且印象更加深刻。通過虛擬仿真實驗系統，學生可以應用在課前預習和課后的及時鞏固，節省教師的實驗教學時間。教師可以利用這部分時間將不同課程聯系起來，引導學生自主設計實驗，化被動為主動，提升教學質量，進一步完善課程體系，使傳統教學得到延申與拓展。

（二）激發學生創新思維

傳統的中藥藥理學實驗多為驗證性實驗，學生將所學知識靈活運用的能力較低，無法更好的激發學生的創新思維。應用虛擬仿真后，一方面，教師節省了實驗課的理論講授和實驗操作示范時間，學生將會有更多的時間進行主動思考，更有利于激發學生的創新思維。學生無需擔心實驗操作不當而導致的貴重儀器的損壞或者實驗動物的死亡，可以放開手腳，大膽設想。學生可以以此為基礎，結合自己的興趣，在導師的指導下積極參加創新創業項目以及其他競賽項目的申報，查閱文獻，設計實驗并開展實驗，學生的管理能力和團結協作能力也會得到提成。另一方面，學生能夠通過虛擬仿真自主創新設計實驗，激發學生的創新思維，學習興趣也會得到提高，能夠在最大限度內運用多種儀器設備，大膽的進行試驗設想。這些設想也可以作為畢業論文（設計）的基礎，實驗室利用效率增高，節約實驗成本，教師的壓力也會大大減少。

（三）虛擬仿真的應用前景

目前，大多數學校實驗室條件有限，常常會出現實驗室緊張，實驗學時壓縮，實驗室難于管理等現象，并且一些大型實驗儀器價格昂貴，在本科生教學過程中，大多以教師示范為主，這就會導致學生理解不深。虛擬仿真實驗教學是對傳統實驗教學的補充，能夠節省學生預習以及老師講解的時間，不受時間、空間和資源的限制。加強虛擬仿真實驗教學的建設有利于創新型人才的培養，校內院系之間甚至是多校之間虛擬仿真實驗教學的資源共享，更有利于教學與科研的交流，實現共同發展。

四、結語

中醫藥是我國人民與疾病作斗爭的智慧結晶，對中華民族的繁衍昌盛做出了巨大貢獻；中醫藥又是世界傳統醫學的中藥組成部分，并對世界醫學的發展產生了重大影響[11]。迄今為止，中醫藥仍然為人類的醫療保健事業發揮著中藥作用。但《中藥藥理學》教材僅問世30 余年，尚在教學探索的初期階段[12]。而虛擬仿真實驗具有開放、自主、交互、高效、安全且經濟的特點，能夠更好的融入在學生的課前預習和課后復習中，可緩解中藥藥理學實驗所面臨的耗材、場地以及時間等問題[13-14]。因此，將中藥藥理學實驗與虛擬仿真教學相結合，能夠促進其教學水平的穩步提高。