新工科背景下虛擬仿真教學在“藥劑學”實驗教學中的應用探索

孫少平，劉麗娟，李強

摘? ? 要：“藥劑學”是制藥工程專業的核心課程，具有較強的實踐性。實驗教學是“藥劑學”課程不可或缺的一部分，在學生實踐能力和創新能力的培養中占據著重要地位?；谖覈鹿た瓢l展戰略對新型工程人才培養所提出的新要求，文章針對傳統“藥劑學”實驗教學存在的弊端，探索將虛擬仿真教學應用于“藥劑學”實驗教學，充分發揮二者的優勢，實現優勢互補，以期達到較好的教學效果，最終培養出高素質、綜合型制藥工程人才，為制藥專業的課程改革提供新的思路。

關鍵詞：新工科；“藥劑學”課程；虛擬仿真；實驗教學

中圖分類號：G640? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1002-4107（2023）04-0029-03

隨著社會經濟的不斷發展與科學技術的不斷進步，傳統的工科專業人才培養模式已經不能滿足社會的需求，因此，我國提出了新工科這一全新的工程教育改革方向[1-2]。而醫藥行業的蓬勃發展及各種新型疾病的出現，更加劇了對于制藥工程專業人才的需求。

“藥劑學”作為制藥工程專業的核心課程之一，是一門研究藥物制劑相關理論、處方設計、制備工藝及合理使用等內容的綜合性應用技術學科。其理論知識較為抽象，具有較強的實踐性?！八巹W”實驗教學作為將理論知識向實踐能力轉化的橋梁，是培養學生自主創新能力的關鍵環節，是“藥劑學”課程教學體系中十分重要的一部分。它通過實驗過程，使學生理解和鞏固在課堂上所學的理論知識，并初步掌握“藥劑學”實驗的基本技能。新工科的發展戰略對于制藥行業人才的實踐能力和創新能力提出了更高的要求，而傳統的“藥劑學”實驗教學中的一些問題也日漸顯露出來[3-4]。

一、傳統“藥劑學”實驗教學中存在的問題

“藥劑學”實驗所涉及的知識面較廣，且具有較強的實踐性、過程性、應用性和綜合性[5]。制藥工程專業教育不但強調學生的實踐創新能力，還要求學生具備在制劑制備全過程中的資源整合能力和系統思維能力，這就使傳統的“藥劑學”實驗教學在實踐過程中顯現出一些弊端。

1.受傳統教學理念、教學條件等的限制，目前，許多高校在“藥劑學”課程的教學中存在著重理論、輕實踐的問題，這勢必會對學生實踐能力的培養產生較大的影響。

2.由于“藥劑學”實驗涉及多種劑型，所用到的儀器設備種類繁多、價格昂貴、體積較大、對實驗場所潔凈度有特殊要求等，導致實驗成本較高。而且，由于制藥設備更新換代較快，實驗室現有儀器存在落后于企業現行工藝設備的情況，導致教學內容與學科前沿不能較好地對接，學生的認知、操作能力不能滿足現代企業生產的要求。

3.“藥劑學”實驗對實驗場所有一定要求，一些特殊劑型，如注射劑、眼用制劑、生物技術藥物制劑等對環境潔凈度要求較高，普通實驗室難以達到。因此，很多實驗無法開設，或者開設不規范，往往會給學生錯誤的導向，嚴重影響了實驗課的教學效果。

4.由于實驗課時有限，如試劑的配制，儀器使用前的安裝、調試等準備工作，大多由授課教師或工作人員代為完成。這種方式雖然節省時間，確保了學生的安全，但是也使學生失去了寶貴的鍛煉機會。另外，在傳統的教學模式中，一些演示實驗也往往由于班級人數較多而影響教學效果。以安瓿的熔封為例，由于演示的空間有限，在保持安全距離的條件下，前排學生因觀察更加細致，能較好地掌握要點；而后排學生則由于距離遠導致觀察不夠細致，經常會按照自己的想象進行操作，給后續實驗帶來一定的安全隱患。再者，大部分的“藥劑學”實驗往往需要學生分工合作，共同完成一個實驗項目，這導致部分學生未能對實驗的全過程進行實踐及深入的思考，違背了實驗教學設計的初衷，難以達到較好的實驗訓練效果。而一些較為經典的實驗，如緩釋制劑的制備與評價等因耗時過長更難以開設，使學生失去了重要的動手操作機會，造成相應的知識體系不夠完整。

5.由于經費等問題，目前，大多數高校所開設的實驗項目多為傳統性、驗證性實驗，實驗項目不夠全面，致使學生簡單被動操作過多、主動思考探索不足，創新能力得不到有效的鍛煉[6]。同時，學生所學內容與學科前沿及企業崗位的對接不夠緊密，實驗資源的社會服務性嚴重降低。

二、虛擬仿真教學的優勢

虛擬仿真平臺按照GMP（藥品生產質量管理規范）要求，借助3D虛擬仿真軟件，將虛擬的實驗場景與工藝過程融入到“藥劑學”實驗教學中。虛擬仿真平臺模擬現代制藥企業GMP車間從物料領取、制備過程單元操作，到產品包裝全過程的制劑工藝生產線，學生通過角色扮演的方式進入車間進行仿真操作[7]。在新工科背景下，針對“藥劑學”傳統實驗教學所面臨的各種現實問題，將虛擬仿真教學作為一種新的教學模式引入到“藥劑學”實驗教學中，在注重學生基本操作訓練的同時，強調知識向能力的轉化，循序漸進地培養學生的實踐創新能力，具有重要的現實意義[8]。

（一）有利于提高課堂效率

在傳統的“藥劑學”實驗課堂上，由于學生課前預習的程度不同，教師需要花費較多的時間講解相關的知識點，減少了學生實際操作的時間。而部分學生也會由于預習不充分，在實驗過程中狀況頻發，難以達到較好的實驗效果。采用虛擬仿真教學，教師在課前布置預習任務，學生充分利用平臺資源，在實驗前進行深入地預習，熟悉實驗所涉及的相關知識點。而教師則可以通過平臺反饋的數據，及時掌握學生的預習時長與質量。這種方式不但保證了預習效果，而且有利于教師了解學生在學習過程中存在的問題，進而有針對性地進行重點講解，有利于課堂效率與教學質量的提高。尤其是對于學時較長的實驗，虛擬仿真教學能夠極大地縮短實驗所需時間。

（二）有利于豐富實驗教學內容

在虛擬仿真平臺進行的實驗教學無需使用真實的藥品、試劑、設備，以及專業的生產車間，學生只需利用設計好的程序進行虛擬操作，實驗內容、工藝流程、車間布局等可以通過視頻、音頻及文本等多維度展現出來[9]。尤其是對于一些危險性較大、成本較高、實驗環境要求苛刻、通過傳統“藥劑學”實驗開展有困難的實驗，利用虛擬仿真技術能夠實現對傳統實驗的有效補充與延伸，極大地豐富了實驗教學的內容。

（三）有利于提升學生的學習自主性

虛擬仿真教學能夠保證學生隨時隨地進行學習，不再受時間和空間的限制[10]。另外，將虛擬仿真技術應用于“藥劑學”實驗教學能夠真實呈現制劑的工藝生產線，使學生深入有效地了解實際的生產工藝流程，設備的結構、原理與操作，以及人流物流的合理布局等。學生通過角色扮演，置身于高度仿真的實驗環境中。虛擬仿真平臺將復雜的工藝流程設計成一個個關卡，學生通過一步步正確的操作最終完成整個實驗，在學習的過程中能夠獲得極大的成就感，進而激發學習熱情。在虛擬仿真操作過程中，學生會遇到各種各樣的問題，上一個問題得不到解決就難以進入下一步操作，這就促使學生通過對現有問題細致分析、主動思考，設計出合理的實驗方案。這一過程也會極大地提高學生的學習積極性與主動性。

（四）有利于提升學生的實踐能力

由于“藥劑學”實驗項目眾多，每個實驗所涉及的儀器設備也相對較多，所要求的實驗場所復雜多樣，幾乎所有高校都難以全部配備。同時，由于對制劑車間潔凈度等有特殊要求，學生在畢業生產實習過程中也很難進入實際的生產車間。學生僅僅通過教師的講解，難以建立形象的感知，無法進行切實的操作。采用虛擬仿真教學模式，將虛擬的實驗場景、設備與過程融入到“藥劑學”實驗教學中，可以有效地解決這一問題。虛擬仿真實驗不僅能夠彌補傳統實驗教學耗時較長的缺點，同時，將更多的知識點融入實驗，還有利于幫助學生建立完整的知識體系，拓寬其實驗操作知識范圍。學生經過多個實驗項目的學習，能夠更好地將理論與實踐聯系起來，進而應用于未來的實際工作中，有利于提高其自身的實踐能力。

（五）有利于掌握學生的真實情況并提高教學效果

在傳統的“藥劑學”實驗教學中，實驗報告是評判學生學習效果的重要依據。然而，學生在書寫實驗報告時，常常是直接照搬實驗講義中的內容或者互相借鑒抄襲，對于實驗現象、實驗結果等的記錄不夠細致，教師很難掌握學生真實的實驗情況。虛擬仿真平臺提前設定正確的實驗流程，學生在操作過程中如出現錯誤，軟件會自動提示，并暫停實驗，待學生解決問題、調整操作后再繼續運行。如果學生自己不能解決，也可以利用平臺的求助系統，或者通過網絡、教科書、查閱文獻進行解決，或通過觀看演示視頻進行解決。教師通過查閱平臺反饋的數據，能夠及時地了解學生實驗練習的時長與質量。另外，教師可以利用平臺的管理端組織考試，通過在線監控和在線答疑等方式，實時掌握學生對各種資源的使用情況，并進行在線輔導、與學生互動，有針對性地對學生加以指導，幫助學生更好地掌握相關內容，達到較好的實驗效果；學生可通過平臺的學員端與教師互動、分享學習經驗、做課程筆記、提交實驗報告和參加考試，拓展了實驗的廣度，增加了理解的深度。

總體來說，虛擬仿真教學具有提高課堂效率、豐富實驗內容、降低實驗成本、保障學生安全、減少實驗垃圾，以及提升學生的學習自主性與實踐能力，幫助教師及時掌握學生的真實學習情況并提高教學效果等諸多優點。因此，“藥劑學”實驗教學可以以傳統實驗教學為基礎，以虛擬仿真教學為補充，通過虛實結合，來提高實驗教學的效果。

三、虛擬仿真教學的實施

虛擬仿真教學借助3D仿真技術，模擬企業生產車間，嚴格按照GMP要求，涵蓋制劑生產整個流程的全部知識點，并將質量控制貫穿生產的每個環節，真實呈現制劑的工業生產線[11]。學生以角色扮演的形式進入GMP車間，根據實驗項目的要求進行生產操作，完成實驗。具體實施方法如下。

1.開放運行：學生在已配套建設的共享互聯網系統中登錄。在學生初次登錄時，系統推薦學習計劃，讓學生先了解整個實驗項目的課程體系，了解軟件的基本內容，熟悉操作方法，記錄實驗重點與難點，熟悉實驗操作，以便在有限的課堂時間內，針對自己遇到的問題，更加高效、深入地理解實驗內容、解決問題；教師利用后臺的教師端可以實時掌握學生的學習情況，及時給予指導。

2.翻轉課堂：采用翻轉課堂的教學模式，學生課前先在網絡上利用微課、仿真實驗在線練習等資源熟悉實驗項目，在此基礎上，在課堂上借助平臺系統進行實操學習，逐項完成生產所涉及的各個單元操作，系統后臺對學生的操作進行自動記錄與檢測。如果學生在操作過程中出現錯誤，系統會自動提醒，學生分析原因、調整操作，直至每步順利完成。教師可以根據后臺數據的反饋，對核心內容進行有針對性地講解。在這種教學模式下，學生能夠更專注于通過自己的主動思考去解決問題，因而對知識點會有更深層次的理解。整個教學過程中，學生可以自主規劃學習內容、學習進度，可以互相討論，也可以向教師提問，進行實時的交流與反饋。實驗結束后，學生記錄相關數據，在教師的指導下深入分析操作中出現的問題，完成實驗報告。教師則采用講授法和協作法來滿足學生的需要，促成其個性化學習。

3.仿真評價：在學生完成相關操作后，平臺配套的操作指導評價系統能夠按照具體的操作規范，根據學生操作的熟練程度與正確率，經過權重計算，逐項進行客觀打分，學生能夠得到更為詳細、中肯的評價。

4.綜合評價：教師結合線下實驗與虛擬仿真實驗，制定綜合評分規則，對學生進行實驗項目的綜合評級。

通過對傳統的“藥劑學”實驗教學模式進行改革，教師將虛擬仿真教學引入“藥劑學”實驗教學中，通過線上線下、虛實結合的教學模式，開辟出一條全新的“藥劑學”實驗教學思路。該教學模式能夠充分發揮虛擬仿真教學的優勢，彌補傳統“藥劑學”實驗課程的不足，促進實驗教學的信息化，極大地激發學生的學習熱情，提高其學習自主性，真正做到理論與實踐相結合，課本與實際生產相結合。將虛擬仿真教學引入“藥劑學”實驗中，可以有效解決原有傳統模式下“藥劑學”實驗教學中存在的難題，學生通過身臨其境的模擬操作訓練，循序漸進地培養實踐創新能力，以便將理論知識與實踐緊密地聯系在一起，更加系統、全面地掌握所學知識。在注重實驗內容規范性、專業性、實用性和多樣化的同時，有力促進學生實踐能力與創新能力的培養，切實提高人才培養的質量，最終實現教學質量的提高，從而為新工科背景下制藥工程專業應用型人才的培養及課程改革提供一些借鑒與參考，具有重要的現實意義。

參考文獻：

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[10]? 陳慧芝，周郁斌.藥劑學線上線下實驗教學中運用虛擬仿真技術的探討[J].廣東化工，2021，48（16）：351.

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編輯∕丁俊玲