虛擬仿真實驗在“中藥藥理學”課程教學中的應用

李麗麗 陶紅 黃琪 汪寧

摘要 高校的教學與現代科學技術相輔相成，轉化出新型的教育方式，目前高校實驗教學大多采用虛擬仿真實驗方式。中藥藥理學作為中藥學的核心課程之一，需要中藥學專業學生熟悉理論知識與掌握實驗技能。將虛擬仿真實驗應用于中藥藥理學課程教學中，可加強學生的相關實驗技能、科研創新能力，又可提高中藥藥理學的教學質量。文章將以清熱藥苦參抗腫瘤作用為例，探討虛擬仿真實驗在中藥藥理學課程教學中的應用。

關鍵詞 中藥藥理學；虛擬仿真實驗；苦參；教學案例

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.8.030

虛擬仿真實驗教學是指利用計算機系統中的虛擬仿真技術模擬各種虛擬實驗環境，實驗者可以像在真實的環境中一樣，完成各種預定實驗項目的教學模式[1]。傳統高校實驗教學存在成本高、不可重復操作，具有風險等特點。在現代計算機技術的支持下，智慧教學和虛擬技術相結合，具有成本低、可重復操作、無風險等優勢，為醫藥學人才專業技能的提升鋪墊出更大的空間，也因此在高校教學被廣泛采用[2]。

“中藥藥理學”是安徽中醫藥大學中藥學專業的重要專業課之一。該課程以中醫藥現代研究成果為主講內容，并著重闡述了中藥藥效作用的物質基礎及作用機制，是實踐性和應用性都非常強的課程[3]。在課程教學過程中，除了在教室中教授的理論知識外，一些實驗技能也是必不可少的。根據中藥學專業培養方案和課程要求，該課程于本科階段的第5學期開設，共計64學時，理論教學學時48學時、實驗教學學時16學時，其中在16學時中完成實驗項目6個。但是由于實驗條件限制，有些實驗可能無法進行，如需要無菌條件的細胞實驗等，而這些實驗技能亦是學生需要掌握的，故可將傳統教學方式與虛擬仿真實驗相結合。如清熱藥苦參抗腫瘤作用實驗是研究苦參提取物對腫瘤細胞的抑制作用，因實驗涉及腫瘤細胞的培養及MTT實驗操作，準備過程煩瑣且環境要求高，學生操作也存在一定的安全隱患。因此，針對該實驗項目，在學校提供的智慧樹教學平臺之上，課題組教師利用虛擬仿真實驗教學系統進行教學，不僅節約了課時，提高了教學效率，更解決了實驗環境的限制問題，還大幅度降低了學生實驗操作的風險系數；與此同時，教學效果也顯著提升，學生能夠更為高效地理解吸收清熱藥苦參抗腫瘤作用實驗的方法、原理和實際的操作步驟，為培養高素質的應用型中藥學專業人才助力[4]。

1開展虛擬仿真實驗教學的必要性

1.1虛擬仿真實驗教學順應了大環境下的教育信息化趨勢

虛擬仿真實驗教學憑借其可活動性，可隨時隨地進行，在高校教學活動中的重要性逐漸顯露。

在傳統實驗教學方法越來越難以實現社會對人才培養質量要求的情況下，將虛擬仿真實驗教學應用到教學日常中，不但能解決傳統教育中面臨的難題，為大學生開展創新實驗拓展思路，也能提供多領域實踐方法，提高學生在具體實驗中的操作技能，更符合實驗教學信息化發展的趨勢[5]。

1.2虛擬仿真實驗教學可以增強學生的學習興趣

與傳統的實驗教學相比，虛擬仿真實驗教學利用虛擬手段，將復雜抽象的實驗內容條理化、直觀化和模塊化展現在學生面前，使學生能更好地熟悉藥理實驗的具體操作步驟，了解各種實驗方法的原理及注意事項等[6]。例如，藥理實驗中由于實驗資源有限，如操作臺、藥物、實驗器材等，使得有的實驗是分組進行，無法保證每個學生都能上手進行實驗，會降低學生參與實驗的積極性。虛擬實驗場景不像傳統實驗一樣局限于同一操作空間，不同空間、不同儀器的實驗操作過程吸引學生的興趣，并且不用擔心損壞儀器設備。還有一些實驗操作難度系數較高的實驗，如家兔支氣管插管，學生無法看清實驗操作的細節，而且因觀看示教的機會有限，學生無法較好地理解、掌握實驗操作的步驟和要領，于是可以通過虛擬仿真進行操作。同時，在虛擬仿真實驗教學模式下，師生可以實時互動交流，增強了學生參與實驗的興趣，提高了學習效率[7]。

1.3虛擬仿真實驗教學可以降低學校高素質人才的培養成本

傳統中藥學專業實驗教學的開設出于實驗成本及學生操作安全考慮，學校會刪除一些涉及細胞、精密貴重儀器及名貴藥材如人參等的實驗內容；此外，一些涉及毒麻藥品，如麻黃、馬鞭草、川烏等藥材，可能會影響到師生身體健康的實驗內容也無法開展。而這些實驗也是中藥藥理學實驗的重要內容，對于中藥學專業學生實驗技能的訓練十分重要。虛擬仿真實驗教學則可借助云平臺及虛擬化的仿真技術，通過虛擬空間來模擬實驗環境與實驗過程，讓學生參與其中。這樣，既可以讓學生較為全面地掌握中藥藥理作用研究方法及操作技能，又降低了學校培養高素質人才的成本。

2虛擬仿真實驗在中藥藥理學教學中的應用

中藥藥理學作為溝通中醫學與中藥學的橋梁學科，體現的是傳統與現代的有機結合，課程重視實踐與應用。因此，中藥藥理實驗是中藥藥理教學的一個重要內容。學生參與到實驗當中，在鍛煉實踐動手能力的同時，也更加真實地觀察到實驗中各種中藥作用與不同的動物或細胞所表現出的不同生理反應，從而對理論教學的內容有更加直觀的感受和更好的理解與記憶[8]。以清熱藥苦參抗腫瘤作用實驗為例。苦參（SophoraflavescensRadix.）是豆科植物苦參（Sophora flavescens Ait.）的干燥根，清熱燥濕，殺蟲，利尿[9]。苦參堿（MT）是苦參的主要化學成分之一，大量的研究顯示，MAT對多種癌癥，包括肝癌、肺癌等都有很好的抑制作用[10-11]。關于苦參抗腫瘤作用的體現需要進行細胞實驗，選用腫瘤細胞進行MTT試驗，考查清熱藥苦參對腫瘤細胞存活的影響，以評價苦參的抗腫瘤活性。實驗目的包括要求學生掌握MTT法評價苦參抗腫瘤作用的操作步驟，熟悉MTT法的實驗原理及注意事項和了解藥物抗腫瘤作用的其他實驗方法。作為一類細胞實驗，在實驗操作中存在成本高、用時長及對人員的專業要求多等特點，學生不能每個人都參與操作，同時教師也沒辦法做到一對一指導。

考慮到該類型實驗的代表性，教師可使用虛擬仿真系統來進行實驗，通過模擬實驗室環境給學生以接近真實的感受，掌握該實驗技能。學校與智慧樹平臺合作建立虛擬仿真實驗模塊，學生可登錄智慧樹平臺賬號，選擇相應的虛擬仿真實驗課程，點擊相應按鈕進入虛擬仿真實驗室準備進行相關的實驗操作（圖1）。實驗中涉及準備實驗前器材與相關事項、選擇實驗對象、細胞消化、細胞計數、細胞鋪板、細胞加入受試藥物、加MTT、加DMSO，測量吸光度值等操作（圖2），此時教師要詳細地講解該實驗的目的、原理、儀器、試劑、方法和操作步驟、注意事項等，特別是在講解實驗操作時，要把實驗原理和注意事項等內容融入進去，使學生了解與掌握實驗的目的、原理和操作方法。同時，教師也利用仿真實驗教學平臺里的兩種模式，即學習模式與考核模式，讓學生親身體驗實驗操作，并了解他們對實驗的理解與掌握情況（圖3）。

3建議和措施

通過將虛擬仿真實驗與中藥藥理學實驗課程相結合，可以豐富中藥藥理學實驗的教學理念，提高學生的學習興趣，促進中藥藥理學實驗教學水平和質量的提升。但是就目前來說，虛擬仿真實驗教學平臺建設不足，實驗教學中學生創新意識不強，學生與教師對于虛擬仿真實驗的認識不深，同時學校也缺少對于虛擬仿真實驗熟悉的專業教師。

針對這些問題，學校應加強完善虛擬仿真實驗教學資源與平臺建設，完善虛擬仿真實驗教學配套制度，引進掌握信息技術的教師，培養學生與教師的虛擬仿真實驗思維[12]。同時應結合中藥藥理學實驗教學項目的具體情況與需要，增加一些經典的虛擬仿真實驗教學課程，建立健全虛擬仿真教學的效果評價機制，更好地完善虛擬仿真實驗教學模式。此外，虛擬仿真實驗要更加注重學生的自主學習探索，更好地與中藥藥理學課程結合起來，調動學生參與中藥藥理學實驗的主觀能動性[13]。

4結語

隨著信息技術的發展，在中藥藥理實驗教學中引入虛擬仿真技術，推進虛擬實驗教學的建設，為社會培養更多具有扎實中藥藥理理論知識和實驗技能的人才，是高校實驗教學的必然趨勢。虛擬仿真實驗可提高學生的學習積極性，改善學生思維，降低學校資金成本，幫助學生學習中藥藥理學相關知識。虛擬仿真與中藥藥理理論教學相結合，將促進中藥藥理基礎實驗教學水平的提升。

*通訊作者：汪寧

基金項目：安徽省教育廳教學研究一般項目（2019JYXM1252）；安徽中醫藥大學教學研究重點項目（2021XJJY_ZD006）。

參考文獻

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