基于虛擬仿真技術的藥理學實驗設計探索

孫雨詩 蔣琳 張郴 劉丹

摘要：作為一種新型學習資源，虛擬仿真技術可以突破時空的限制，在教學中具有突出優勢。文章以紅河衛生職業學院藥理學虛擬仿真實驗室為例，介紹虛擬仿真技術應用于藥理學實驗教學的探索，剖析傳統藥理實驗存在的不足和虛擬仿真技術的運用優勢，革新教學模式，優化實驗考核方式，鍛煉學生實際操作能力，提高教學質量，為社會培養高質量技術技能型人才。

關鍵詞：虛擬仿真技術；藥理學；實驗教學

一、研究背景

信息技術迅猛發展，虛擬仿真技術與教育領域的融合逐漸興起。藥理學是一門研究藥物和機體之間相互作用、規律的學科，是基礎醫學與臨床醫學之間的橋梁，是藥學類、醫學類等專業的核心課程和必修課。藥理學實驗是藥理學的重要組成部分，可以在幫助學生進一步鞏固、了解理論知識的同時，訓練學生的實踐操作能力、抽象思維能力、分析問題和解決問題的能力。因此，藥理學實驗課在醫學、藥學等相關專業教學中有著重要地位。

（一）傳統藥理學實驗教學存在的不足

紅河衛生職業學院（以下簡稱學院）是滇西南地區唯一一所醫學類高職院校，以培養技術技能型醫藥衛生人才，服務地方經濟為宗旨。藥理學是學院眾多專業的必修科目，既屬于理論性科目，又屬于實踐性科目。實驗教學環節是保證教學質量的重要組成，更是不容忽視的關鍵步驟，但學院開展傳統藥理學實驗教學時，受到場地、技術、資金、安全等限制，存在一些不足。

第一，傳統實驗教學方法陳舊，缺乏創新。學生根據教師講解和演示進行實驗，缺乏主動思考，甚至有些學生因為害怕動物而選擇全程旁觀，降低了實驗課的操作體驗性。

第二，缺乏專門的實驗動物房。開展實驗時，學院只能一次性購入大量動物進行短期飼養，實驗課時間必須集中、連續開展，造成理論教學與實驗教學不同步，學生不能及時通過驗證性實驗鞏固理論知識，降低了實驗課教學效率。

第三，開展傳統實驗教學耗資極大，前期需投入大量設備儀器，后期還需投入維修和更新設備資金，學院很難保證資金投入。

第四，學院現有實驗場所固定，受安全、場地，技術等的限制，一些實驗無法開設，導致傳統實驗不足，影響教學質量。

第五，考核方式單一，不能體現學生真實水平。傳統實驗課的操作需要從節約動物出發，實驗操作基本是7至8人為一組，存在多數實驗的操作僅由少數幾個學生完成的情況。學生實驗報告冊數據有可能出現照抄同組成員的，導致教師無法客觀、公正、準確判斷每個學生參與實驗操作的真實情況，審評報告評分出現偏頗。

第六，實驗動物存在局限性，實驗動物數量均按學生人數及組別計劃提前批量購入，一旦學生在實驗過程中操作不當或失誤造成動物死亡，這組學生便失去繼續操作實驗的機會。

（二）藥理學虛擬仿真實驗教學的優勢

第一，改變傳統教學模式，激發學習興趣。虛擬仿真實驗提供了直觀、生動、逼真的學習場景，教學不再局限于單一的實驗室，課堂更靈活，教師的教與學生的學能實現有機統一。

第二，打破教學時間和空間的限制。學生可以根據自己對知識的掌握情況和興趣愛好，針對性地進行反復訓練，不用考慮場所限制和實驗成本消耗等問題，增強自主學習內驅力和實踐操作能力。

第三，節約成本，減輕學院對實驗教學的資金投入。虛擬仿真實驗教學模擬真實的實驗場景，減少對大量貴重實驗設備儀器的購買，減輕后續維護、更新設備的資金壓力，降低對藥理學實驗中的大量實驗研究藥品及實驗動物等耗材支出。

第四，實現用實踐反哺教學。藥理學常涉及一些藥品有關的實驗、較高風險實驗、價格昂貴實驗等，難以實際開展。通過虛擬仿真實驗，學生可以通過各項實驗操作，添補傳統教學的不足，鞏固理論知識，提高學習效率。

第五，考核方式多元化，實現全面靈活測評。虛擬仿真考核方式是線上操作與線下討論相結合，虛擬操作與游戲過關相結合，操作正確率與答題正確率相結合，考評方式靈活，知識點涵蓋全面，實現對每一個學生的過程性評價，最終平時成績和期末成績相結合，客觀體現學生的學習效果。

第六，減少盲目操作，降低實驗失敗率。對一些難度較高、操作困難的實驗，在虛擬仿真實驗中，教師可以設置具體直觀的操作指南，且操作具有可逆性，可以大大降低失敗率。

二、虛擬仿真平介紹

以學院藥理學虛擬仿真實驗為例。教師使用Flash語言編寫虛擬仿真實驗教學平臺，運用2D動畫展示實驗過程，采用B/S網絡系統構架，不限使用場地，具有跨平臺部署能力，保證局域網內無延時，支持200個終端以上同時訪問該服務器數據，以滿足學生學習需求。平臺應區別管理員、教師、學生三種不同用戶權限，可以采集用戶登錄信息、學習記錄，方便教師了解學生登錄自學的情況。

教師篩選藥理學課程中適用于開展虛擬仿真實驗教學的重點藥物，設置5個虛擬仿真項目，分別是藥物劑量對藥物作用的影響，氨茶堿和異丙腎上腺素的平喘作用，苯海拉明藥效實驗，胰島素的過量反應及其解救，地塞米松對實驗性大鼠腳趾腫脹的抗炎作用。通過虛擬仿真實驗，學生可以將幾大系統的重點藥物信息聯系起來，構建相對完善的藥理學知識體系。

筆者以地塞米松對實驗性大鼠腳趾腫脹的抗炎作用為例，介紹虛擬仿真教學平臺。本次實驗包括原理介紹、實驗動物及器材用具的選用、虛擬仿真實驗操作三大模塊，集授課、實驗操作、測試于一體，如圖1所示。

三、藥理學實驗設計探索

虛擬仿真實驗的目的是將新技術運用到教學中，充分開展實驗設計與探索，以尋求在傳統藥理學實驗教學基礎上的教學改革，強化藥理學實驗教學的豐富性和拓展性。具體實施方法如圖2所示。

科學構建實驗課教學模式和流程，依托虛擬仿真教學平臺，將實驗課分為“課前”“課中”和“課后”三個模塊。

在課前模塊，引導學生利用平臺預習，設置與本次實驗相關知識點問題，并讓學生思考、查閱資料，將小組存在的問題帶入課堂。

在課中模塊，教師起主導作用，以學生為主體，先隨機抽取學生匯報預習心得，再組織學生開展交流討論，強調實驗重點，并根據學生討論情況，找出學生在自學過程中遇到的難題，針對性開展講授與具體操作演示，提高實驗課堂教學有效性。

在課后模塊，教師布置課后作業，并提供學習素材幫助學生進行拓展，利用平臺對學生的實時記錄進行過程性評價。

這一模式打破了傳統實驗課堂的枯燥與沉悶，構建“課前—課中—課后”三位一體的實驗教學模式，減少器材、藥品、實驗動物零廢棄和零排放，節約實驗教學成本，提高了學生的實際操作技能，促進理論知識與實踐內容之間的緊密結合。

虛擬仿真教學平臺提供豐富多樣的實驗教學素材展示方式，對藥理學實際教學是極其有利的拓展和補充，可以有效簡化傳統實驗室的煩瑣細節，節約資源成本。依托虛擬仿真教學平臺，教師利用先進技術和教學模式，促進藥理學實驗教學的改革，能最大限度地激發學生的探索精神，提高學生的實踐操作能力，為社會培養高素質技術技能型人才。

參考文獻：

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[3]羅晶，劉波，葉耀輝，等.虛擬仿真技術在中藥藥理學實驗教學中的應用[J].江西中醫藥大學學報，2021（3）.

基金項目：云南省教育廳2023年度科學研究基金項目“虛擬仿真技術在藥理學教學中的應用研究”，項目編號：2023J1889。

（作者單位：紅河衛生職業學院）