虛擬仿真技術(shù)在蒙藥藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐

敖日格樂(lè)　娜木哈其其格　胡伊力格其　王歡

摘? 要：近年來(lái)，虛擬仿真技術(shù)（VR）在高等教育教學(xué)領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，在蒙醫(yī)藥專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是蒙醫(yī)藥高等教育教學(xué)信息化的重要途徑之一，其具體應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。該文以蒙藥藥理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)為例，介紹該項(xiàng)技術(shù)在內(nèi)蒙古民族大學(xué)蒙醫(yī)藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)及運(yùn)行情況，為相關(guān)專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革和創(chuàng)新提供經(jīng)驗(yàn)和參考借鑒。

關(guān)鍵詞：蒙藥藥理學(xué)；虛擬仿真技術(shù)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教育改革創(chuàng)新；教學(xué)信息化

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2023）26-0019-04

Abstract： Recently， virtual reality technology has been widely used in the field of higher education. Carrying out virtual simulation experimental teaching is one of the important way to informatize mongolian medical higher education and its specific application will become more widespread. This paper introduced the construction and operation of the technology in the virtual simulation experimental teaching center of traditional mongolian medicine in Inner Mongolia Minzu University， taking the "Mongolian Pharmacology" virtual simulation experiment as an example， and provide experience and reference for the reform and innovation of the virtual simulation experiment teaching of relevant major.

Keywords： Mongolian pharmacology; VR technology; experimental teaching; educational reform and innovation; educational informatization

蒙藥藥理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的蒙醫(yī)學(xué)與蒙藥學(xué)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)之間的“橋梁”學(xué)科[1]，是蒙醫(yī)藥高等院校一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，除了要求學(xué)生具有扎實(shí)的蒙醫(yī)藥理論基礎(chǔ)外，還必須具有熟練的實(shí)踐操作能力。高等院校蒙藥學(xué)專業(yè)旨在培養(yǎng)能夠在蒙醫(yī)藥教學(xué)、科研、生產(chǎn)、檢驗(yàn)、質(zhì)量控制與評(píng)價(jià)等領(lǐng)域具備實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神的高層次人才。蒙藥藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在蒙醫(yī)藥專業(yè)人才培養(yǎng)過(guò)程中發(fā)揮不可或缺的作用，但是在具體實(shí)施過(guò)程中存在著諸多的實(shí)際問(wèn)題與困難。隨著虛擬仿真/虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)的產(chǎn)生、應(yīng)用和植入，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等院校實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是未來(lái)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一個(gè)主要發(fā)展趨勢(shì)和重點(diǎn)突破方向[2]。蒙醫(yī)藥教學(xué)中應(yīng)用VR技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的“虛實(shí)結(jié)合、以虛促實(shí)”新型教學(xué)模式，堅(jiān)持深化教育改革創(chuàng)新，不斷地給傳統(tǒng)蒙醫(yī)藥學(xué)教育模式注入“新鮮血液”，才能克服蒙藥藥理學(xué)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的缺點(diǎn)與不足，提高蒙醫(yī)藥教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出更多適應(yīng)高質(zhì)量發(fā)展的蒙醫(yī)藥學(xué)人才[3]。

一? 蒙藥藥理學(xué)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題

蒙藥藥理學(xué)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在著諸多的弊端[4-8]，如老教材演示和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)所占的比例過(guò)大且課堂講授效果不好；設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)較少；實(shí)驗(yàn)過(guò)程易出錯(cuò)，安全隱患時(shí)有發(fā)生；試劑損耗大，產(chǎn)生廢液多；分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織管理和教學(xué)方法不恰當(dāng)；缺乏督促、檢查實(shí)驗(yàn)教學(xué)的評(píng)估制度等，這些因素大大制約了蒙藥藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，嚴(yán)重影響著蒙醫(yī)藥學(xué)教育教學(xué)質(zhì)量的提高。除此之外，在蒙藥藥理學(xué)課程的理論教學(xué)中，一些理論知識(shí)所涉及的領(lǐng)域?qū)儆诤暧^和微觀，具有理論深?yuàn)W、內(nèi)容抽象的特點(diǎn)，現(xiàn)實(shí)世界很難有具體的案例進(jìn)行演示[9]，如蒙醫(yī)三根理論中的“赫依、希拉、巴達(dá)干”等；有些實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目要構(gòu)建大量實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型，其方法復(fù)雜、操作煩瑣、成本較高，缺乏讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的條件，如幽門結(jié)扎性肝損傷模型的建立及其連翹-4干預(yù)機(jī)制研究等；還有一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目必須通過(guò)采用貴重精密儀器設(shè)備才能夠完成，故成本高、消耗大、不可逆，并且貴重儀器設(shè)備數(shù)量不能滿足本科生實(shí)踐教學(xué)要求，如利用核磁共振儀提取分離蒙藥藥效化合物結(jié)構(gòu)鑒定與合成等。

二? 應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性

蒙藥藥理學(xué)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須全面、徹底、系統(tǒng)地改革和創(chuàng)新教學(xué)方法及教學(xué)模式，以適應(yīng)現(xiàn)代教育的發(fā)展要求。VR技術(shù)是以相似原理、信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)等多種學(xué)科和理論為基礎(chǔ)的一種新型的學(xué)習(xí)資源，可以突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的時(shí)空限制，滿足學(xué)生隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)的需求，為學(xué)生創(chuàng)造更好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和條件，在實(shí)踐教學(xué)方面具有突出的優(yōu)勢(shì)[10]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)的引入，將有效結(jié)合“虛擬仿真”+“真實(shí)實(shí)驗(yàn)”的授課方式和“線上”+“線下”混合式教學(xué)模式[11]，解決蒙藥藥理學(xué)傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中學(xué)生無(wú)法實(shí)現(xiàn)或不能完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可對(duì)學(xué)生多層次、多形式、全方位開展實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神的培養(yǎng)和訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的“零消耗”、實(shí)驗(yàn)過(guò)程的“零污染”、實(shí)驗(yàn)空間的“無(wú)限化”，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，補(bǔ)充學(xué)生實(shí)踐訓(xùn)練的機(jī)會(huì)，為提高應(yīng)用型、創(chuàng)新型蒙醫(yī)藥專業(yè)本科人才培養(yǎng)的質(zhì)量提供可靠的保障[9]。

三? 蒙藥藥理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)

現(xiàn)以內(nèi)蒙古民族大學(xué)蒙藥藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，介紹蒙藥藥理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)的情況。

（一）? 建設(shè)背景

蒙醫(yī)藥是祖國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)藥的重要組成部分，是中華民族文化的瑰寶。傳承、創(chuàng)新、發(fā)展蒙醫(yī)藥文化是一項(xiàng)艱巨而緊迫的任務(wù)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展和實(shí)施“健康中國(guó)”戰(zhàn)略和“一帶一路”倡議，國(guó)內(nèi)外蒙醫(yī)藥高等院校、科研院所、蒙醫(yī)醫(yī)院、藥材種植基地、蒙藥生產(chǎn)企業(yè)和藥品檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)等的蒙醫(yī)藥教學(xué)、科研、醫(yī)療、種植、生產(chǎn)營(yíng)銷和檢驗(yàn)等眾多領(lǐng)域?qū)γ伤帉W(xué)專業(yè)實(shí)踐應(yīng)用型人才的需求日益增長(zhǎng)。而內(nèi)蒙古民族大學(xué)蒙藥學(xué)作為國(guó)家級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，現(xiàn)有的蒙藥學(xué)專業(yè)傳統(tǒng)人才培養(yǎng)模式遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)需求，蒙藥學(xué)現(xiàn)代化、標(biāo)準(zhǔn)化、國(guó)際化和市場(chǎng)化建設(shè)不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)、醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展要求，實(shí)踐應(yīng)用型人才短缺現(xiàn)象非常突出，已經(jīng)成為制約蒙藥學(xué)發(fā)展的瓶頸，突顯了探索新的信息化教學(xué)模式培養(yǎng)蒙藥學(xué)專業(yè)實(shí)踐應(yīng)用型人才的重要性和緊迫性。

（二）? 建設(shè)現(xiàn)狀

開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是蒙醫(yī)藥教育教學(xué)信息化的重要途徑之一。針對(duì)以上情況，內(nèi)蒙古民族大學(xué)就緊跟時(shí)代步伐，根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要，結(jié)合學(xué)校自身情況，發(fā)揮學(xué)科特色和優(yōu)勢(shì)，深化校企合作[12-13]，積極籌建蒙醫(yī)藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。目前，已建成蒙醫(yī)診斷學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)、蒙醫(yī)基礎(chǔ)理論虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)、蒙藥炮制學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)和蒙藥藥理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)等，并著手建設(shè)了各平臺(tái)對(duì)應(yīng)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程群。以上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)均采用“前臺(tái)＋后臺(tái)”的運(yùn)行模式，其中，“前臺(tái)”為系統(tǒng)操作界面，包括實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)M等功能模塊，各功能模塊包含的具體內(nèi)容及相互關(guān)聯(lián)邏輯如圖1所示；“后臺(tái)”為隱藏式數(shù)據(jù)監(jiān)視分析程序。蒙藥藥理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)主界面及實(shí)驗(yàn)操作界面如圖2所示。

1? 蒙醫(yī)精華與糟粕分解虛擬仿真軟件

該軟件詳細(xì)展示飲食經(jīng)過(guò)人體內(nèi)的精華與分解模擬過(guò)程，包含血、肉、肝和骨髓活力素等七大模塊，人物可以在虛擬場(chǎng)景中點(diǎn)擊任意模塊，并彈出相應(yīng)知識(shí)介紹，如圖3所示。學(xué)生可以順著信號(hào)指示逐一熟悉蒙醫(yī)精華與糟粕的概念，了解其形成與分解過(guò)程，能夠讓學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)課堂理論知識(shí)的理解和掌握。

2? 大鼠實(shí)驗(yàn)認(rèn)知與解剖虛擬仿真軟件

該軟件是通過(guò)詳細(xì)展示大鼠各器官和系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生360°無(wú)障礙觀察學(xué)習(xí)，并充分了解大鼠的生理結(jié)構(gòu)，同時(shí)讓每位學(xué)生在虛擬環(huán)境中親自動(dòng)手解剖實(shí)驗(yàn)大鼠的基本操作，如圖2（b）所示。

在蒙藥藥理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生通過(guò)觀察具體反應(yīng)現(xiàn)象，進(jìn)行一對(duì)一動(dòng)手操作，進(jìn)而充分地理解和掌握實(shí)驗(yàn)原理、基本操作等，同時(shí)還能對(duì)操作過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行客觀地考核和評(píng)定。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)束后，對(duì)操作者的項(xiàng)目評(píng)價(jià)和考核結(jié)果如圖4所示，這有利于及時(shí)了解學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)際掌握情況和存在的問(wèn)題。

四? 開展蒙藥藥理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成效

由于蒙醫(yī)藥理論體系獨(dú)特、療法獨(dú)特等，很多內(nèi)容無(wú)法用真實(shí)的實(shí)驗(yàn)或者教具進(jìn)行表達(dá)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師只能通過(guò)語(yǔ)言文字進(jìn)行傳授，這就要求學(xué)生有較強(qiáng)的想象力，需要花費(fèi)較多的時(shí)間才能領(lǐng)會(huì)，因此學(xué)校結(jié)合自身學(xué)科優(yōu)勢(shì)與特色，建設(shè)蒙藥藥理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源必將是蒙醫(yī)藥事業(yè)發(fā)展歷史上一次嶄新的突破。

（一）? 填補(bǔ)蒙醫(yī)藥教學(xué)資源歷史性的空白

蒙藥藥理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的建設(shè)，在蒙醫(yī)學(xué)、蒙藥學(xué)及藥物制劑等領(lǐng)域?qū)⑻钛a(bǔ)歷史性的空白，讓千百年的教學(xué)中只能用語(yǔ)言文字描述的抽象內(nèi)容變?yōu)榭裳塾^、可操作，學(xué)生能沉浸其中的虛擬場(chǎng)景，可有效提高教學(xué)效果。

（二）? 蒙醫(yī)藥實(shí)際實(shí)驗(yàn)與仿真實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合

蒙藥藥理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)將虛擬仿真與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，構(gòu)成完整的實(shí)驗(yàn)體系，學(xué)生在相應(yīng)的平臺(tái)上完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，達(dá)到在理解課程知識(shí)的基礎(chǔ)上感受真實(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，極大提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

（三）? 蒙醫(yī)藥教學(xué)與科研緊密結(jié)合

蒙醫(yī)藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心借助教學(xué)團(tuán)隊(duì)科研優(yōu)勢(shì)，緊密結(jié)合專業(yè)特色和學(xué)科領(lǐng)域最新研究成果，緊密結(jié)合學(xué)校定位和人才培養(yǎng)特點(diǎn)，采用VR技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目深度融合，把高水平的科研成果“高活力與應(yīng)用”轉(zhuǎn)化為本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，把成熟的科研技術(shù)和方法引入本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)過(guò)程，提高了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的水平和層次，拓展了教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度，延伸了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間和空間[14-18]。如蒙藥藥理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和其他各級(jí)各類科研項(xiàng)目研究的基礎(chǔ)上，將科研成果進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，服務(wù)于本科教學(xué)。

（四）? 仿真形式多樣化

根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的需要，采用多種形式的仿真，既有實(shí)際的硬件設(shè)備仿真，如采用核磁共振儀分析中（蒙）藥材有效成分和其化學(xué)結(jié)構(gòu)；也有純軟件仿真，如各種儀器設(shè)備分析軟件等；既有二維平面實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景仿真，也有三維立體實(shí)驗(yàn)設(shè)備仿真，如超高效液相色譜儀的三維立體再現(xiàn)及動(dòng)態(tài)操作等。通過(guò)虛實(shí)結(jié)合全方位搭建實(shí)驗(yàn)仿真環(huán)境，開展豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性和積極性，更好地提高了教學(xué)效果[19-20]。

五? 結(jié)束語(yǔ)

VR 技術(shù)應(yīng)用于蒙藥藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中優(yōu)勢(shì)明顯，“虛擬”和“現(xiàn)實(shí)”有機(jī)結(jié)合的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式取得了良好的教學(xué)效果反饋，并獲得了師生的肯定。蒙醫(yī)藥學(xué)專業(yè)要培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型、技能型人才，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用不可忽視。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)必將是蒙醫(yī)藥學(xué)高等教育未來(lái)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的必然趨勢(shì)，也是蒙醫(yī)藥學(xué)教育自身提升發(fā)展的方向與路徑。在繼承和發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)精華的同時(shí)，健全立德樹人落實(shí)機(jī)制，堅(jiān)持深化教育改革創(chuàng)新，不斷探索頂層設(shè)計(jì)、整體推進(jìn)、重點(diǎn)突破和試點(diǎn)先行的新路徑，克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高校學(xué)科建設(shè)、人才培養(yǎng)、科學(xué)研究和服務(wù)社會(huì)等要求中顯現(xiàn)出的缺點(diǎn)與不足，將VR 技術(shù)全面應(yīng)用于蒙醫(yī)藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。

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基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金地區(qū)科學(xué)基金項(xiàng)目“基于‘精華與糟粕分解理論對(duì)連翹-4治療肝損傷及與腸道菌群相關(guān)性研究”（82060910）；內(nèi)蒙古民族大學(xué)高等教育研究項(xiàng)目“蒙藥藥理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)與實(shí)踐”（YB2022016）

第一作者簡(jiǎn)介：敖日格樂(lè)（1982-），男，蒙古族，內(nèi)蒙古通遼人，博士，講師，實(shí)驗(yàn)室管理中心主任。研究方向?yàn)槊伤帉W(xué)研究以及實(shí)驗(yàn)室管理。

*通信作者：王歡（1972-），女，蒙古族，內(nèi)蒙古通遼人，博士，教授，系主任。研究方向?yàn)槊伤幩幚韺W(xué)。