虛實融合的PBL教學模式在制藥工程綜合實驗中的應用

沈婧祎，張恩立，王章翠，薛洪寶，梁麗麗

(蚌埠醫學院公共基礎學院，安徽 蚌埠 233030)

制藥工程是一門交叉學科，建立在藥學、化學、生物科學以及工程學等學科的基礎上，具有把實驗室科研成果轉化為生產力的橋梁作用。制藥工程專業的綜合實驗是制藥專業實訓中的重要環節。在高年級專業實驗教學中開設綜合設計實驗，能使學生更加直觀地掌握原料藥合成相關技術、各種常用劑型的制備工藝與方法、過程質量控制及質量保證、實驗儀器的選擇、應用和控制，提升學生的實驗能力、實踐能力和創造能力，為學生走入社會、進入制藥工作崗位打下堅實基礎[1]。

近年來，以學生為中心，以問題為基礎的“以問題為導向的學習”(problem-based learning，PBL) 教學模式[2]，被國內外多所高校的專業課、實驗課及公共基礎課所采納，受到了師生的廣泛好評，取得了可觀的教學效果。PBL教學是給學生提供某一實際的問題情境，學生進入該情境，主動對問題進行分析，學習和收集解決該問題所需的專業知識，最終一步步地解決該問題[3]。在制藥工程綜合實驗教學中引入PBL教學模式，有利于制藥工程專業學生養成主動學習、思考的習慣、從而提高解決實際的工程問題的能力。

虛擬仿真技術(virtual simulation)通過借助現代化的計算機技術，對某一具體系統的內部組織、結構、動作以及參與該系統的人員的思維方式和行為指令進行系統性、動態性的模擬[4-5]。制藥工程專業藥物制劑實訓仿真系統采用了“場景”仿真的概念，對真實的藥物制劑生產環境進行模擬，為學生提供一個整體的視角，方便其直觀地了解GMP條件下各生產崗位的實際布置情況，增強學生對制藥過程的認知。將線上的虛擬仿真課程與線下的實驗實踐課程有機結合，可促進學生對相關課程的理解，提高學習效率[6]，滿足教學需求。

1 虛實融合的PBL教學模式應用于制藥工程綜合實驗的可行性分析

1.1 課堂教學形式與虛實融合的PBL教學模式相符合

制藥工程綜合實驗課程將4～6名同學劃分成一個實驗組，在給定具體的實驗課題后，各小組依據設計要求查閱相關資料與文獻，互相討論并擬定實驗方案，促使學生積極思考，共同探究，最終提高學生的專業思維能力和動手實踐能力，實現小組各成員的共同進步。

1.2 綜合實驗課程應用虛實融合的PBL教學模式具有可操作性

制藥工程綜合實驗主要涉及多種制劑制備及質量檢查的全過程。每個實驗又涉及多臺設備，而實驗中選擇的各種制劑均為目前臨床及市場上常見的藥物制劑，這些因素決定了實驗教學過程中學生需要著手解決的均是切合實際的問題。將藥物制劑實訓仿真系統融入制藥工程綜合實驗教學中，在培養學生動手能力的同時，可以促進學生全面掌握各步制藥單元的操作，幫助學生更直觀地理解各制藥設備的工作原理。

在綜合實驗教學中，教師首先提出問題，各小組成員通過PBL教學模式最終將問題解決。可以按照具體的要求來檢驗各組成員解決問題的思路是否清晰明了、結果是否最優。如丹參顆粒劑的制備，最終驗證顆粒劑的外觀如何、粒度是否均勻、干燥失重及有效成分的含量是否符合要求等。同時，各實驗小組解決問題的思路不同、方案不同，甚至得到問題的結果也可能不同。在實驗中，可根據學生實驗的細節，包括問題的思考與討論、資料的查閱與收集、推理判斷等過程，進行總結、評定結果[7]。

1.3 教學目標一致——培養學生實踐能力

綜合實驗開始前，由教師向學生下達實驗任務，簡單解釋實驗目的及預期結果，小組以問題為基礎進行思考討論，獨立設計方案并進行實驗操作，同時通過虛擬仿真系統模擬實驗過程，探討實驗的可行性。教師在實驗過程中不再直接向學生提供知識，而是起到間接促進學習的作用。當學生在實驗過程中發現問題、提出問題時，實驗教師對學生進行啟發與引導，與學生進行交流與討論，促使學生展開自主學習，不斷提出問題、分析討論、解決問題。因此，通過PBL教學模式能夠更好地達到培養學生專業實踐能力的教學目標。

2 虛實融合的PBL教學模式在制藥工程綜合實驗中的具體實施方法

2.1 創設情境，提出問題

教師應根據制藥工程綜合實驗課程的性質和教學大綱，在課前提出實驗題目和總體的目標要求。如丹參中有效成分的提取、顆粒劑制備及其質量檢查這一單元實驗，涉及天然藥物化學、藥物分離提取技術、制藥工藝學及藥物分析等各專業課的知識[8]，因此將該單元的實驗項目納入制藥工程綜合實驗中。任課教師在實驗課程開課前1～2周對學生提出實驗的總體要求和目標：學生以準備好的丹參飲片為原料，分別提取出其中的水溶性及脂溶性有效成分，對提取物進行鑒別及含量測定，以濕法制粒制備丹參顆粒劑，最終對其進行質量檢查。

2.2 分實驗小組分析問題，收集資料，并提出方案

綜合實驗小組依據學生的認知水平進行均勻分配。一般是4～6名學生組成一個實驗小組，共同討論解決實驗中的問題[9]。

實驗小組根據授課教師提出的綜合實驗的總體要求及目標，可以自主設計丹參有效成分的提取方法、鑒別與含量測定方法、藥用輔料的篩選和丹參顆粒劑的質量檢查。在實驗實際操作之前，小組成員們通過查閱實驗相關的文獻資料，與其他小組成員互相討論、互相學習，理解并解釋清楚各步實驗操作，并提出具體詳細的實驗方案。方案中應詳盡說明各實驗步驟，并列出每一步實驗所需的藥品和儀器等。

2.3 實驗過程中教師與學生之間互動，學生小組與小組之間互助

各實驗小組提交實驗預方案后，任課教師要結合該實驗的實際情況以及所在實驗室的條件，提綱挈領，抓住實驗中的關鍵要素，與學生討論實驗總體思路、實驗步驟及原理、實驗所需成本、時間安排及實驗安全操作等內容，引導各小組對其實驗方案進一步進行優化。對于“丹參中有效成分的提取、顆粒劑制備及質量檢查”這一綜合實驗，教師首先需要提醒學生關注的是有效成分的提純方法，針對各小組的預方案給出導向，帶領學生討論幾種不同的提純方法，最終讓各小組自行選擇。

整個綜合實驗課程的進程中都應進行組內與組間討論，例如丹參中的脂溶性有效成分應選擇什么溶劑來提取？如何去除水溶性有效成分中的多糖類雜質？顆粒劑輔料如何選擇？處方如何優化？如何檢查所得顆粒劑的質量？這些問題是這一實驗過程中各小組學生經常會討論的，在討論中教師的作用是啟發各小組成員自己思考并探尋答案，而不是直接解答問題。通過討論與思考，學生對整個實驗的原理、過程、方法及現象均會有更深刻的領悟，而且對實驗中涉及的操作技能也能更好地掌握，有利于所學理論知識向實踐技能轉化。

2.4 虛擬仿真項目融入實驗教學，線上線下混合教學

教師要充分運用線上的藥物制劑實訓仿真系統，利用軟件模擬探討實驗方案的可行性，并針對具體崗位操作提出具體的操作條件及參數，讓學生在虛擬仿真實訓中進一步鞏固對具體制劑工藝相關知識的掌握。通過沉浸式實訓體驗，讓學生感受制藥過程的每一小步對藥品質量的巨大影響，自然而然地形成“藥品質量是設計生產出來的，而非檢驗出來的”這一觀念。

這一虛實融合的綜合實驗教學模式可以使學生更直觀地理解實驗室工藝階段和工業生產工藝階段的區別與聯系，有助于學生進一步掌握相關制藥設備的使用原理及使用方法，從而培養制藥工程專業學生的整體觀念，樹立制藥“全過程控制”的意識。整個過程需要實驗小組內及小組之間的討論與合作，從而提高學生的實驗操作能力，增強學生的團隊精神。

2.5 實驗結束后小組討論

各小組在實驗結束后就本組的實驗情況進行答辯。各小組在答辯過程中需說明本組實驗設計的整體思路、實驗過程、實驗結果與實驗結論等，同時要向任課教師和其他小組展示本組制備的丹參顆粒劑產品，并附上質量檢查結果，完成實驗報告。指導教師及其他同學就答辯過程展開討論，如實驗設計的合理性，中間過程的控制，丹參顆粒劑的性狀、鑒別及檢查等。討論后，教師對實驗過程進行綜合評價，提出各個小組在實驗操作中需要改進的地方，總結實驗成果與效果。

2.6 提交課程成績

為客觀反映學生的綜合水平，綜合實驗課程成績根據以下幾個方面來評定：實驗過程設計(文獻查閱、實驗試劑與儀器的選擇、實驗方案設計與修改等)占20%，實驗過程中的表現(實驗態度、具體操作、討論、合作能力等)占30%，實訓仿真系統的操作及項目的完成情況占15%，實驗答辯(答辯思路、答辯PPT、語言表達、對整個實驗的理解等)占20%，實驗結果及實驗報告占10%，各小組之間相互評價(實驗課程的參與度、貢獻度、認真程度等)占5%。可以看出，在這一綜合實驗評價體系中，學生在整個實驗過程中的表現所占的比重最大，整個實驗過程需要教師持續關注每一小組的表現，引導學生發現問題，并通過討論解決問題，最終綜合評定學生的實驗成績。

虛實融合的PBL教學模式的教學框架如圖1所示。

圖1 制藥工程綜合實驗中虛實融合的PBL教學方式圖解

3 虛實融合的PBL教學模式應用效果

選取實行虛實融合的PBL教學模式的本科三年級制藥工程專業學生進行綜合實驗課程滿意度調查，共發放調查問卷113份，回收有效問卷108份，調查結果如表1所示。學生對改革之后的綜合實驗課程的教學方式、教學內容分配、虛擬仿真項目的應用及課程的考核方式等方面較為認可。蚌埠醫學院制藥工程專業在綜合實驗教學過程中嘗試了該教學模式，取得了較為良好的教學效果。

表1 實行虛實融合的PBL教學模式后制藥工程綜合實驗教學滿意度

4 結語

以問題為導向的教學模式較傳統模式相比具有很多優點，能夠更好地提高學生的綜合能力與素質。在之前的實驗教學基礎上融入虛擬制藥實訓仿真項目，將制藥過程具象化，使學生對制藥過程的理論認知上升至實踐認知。實踐表明，虛實融合的PBL教學模式的運用可提高學生主動學習的意識，鍛煉自主學習、互相協作的能力，有效改善綜合實驗課程的教學效果，提升教學質量。