虛擬仿真技術(shù)在中藥炮制實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的可行性分析※

魏玉 許海濤 田連起 李紅偉

（1河南中醫(yī)藥大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，鄭州450008；2鄭州工程技術(shù)學(xué)院土木工程學(xué)院，鄭州450008）

虛擬仿真技術(shù)在中藥炮制實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的可行性分析※

魏玉1許海濤2田連起1李紅偉1

（1河南中醫(yī)藥大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，鄭州450008；2鄭州工程技術(shù)學(xué)院土木工程學(xué)院，鄭州450008）

根據(jù)中藥炮制實(shí)驗(yàn)教學(xué)目前面臨的問題，對虛擬仿真技術(shù)在其實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的可行性進(jìn)行分析。通過分析，中藥炮制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與虛擬信息技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，及獨(dú)立自主的學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生對實(shí)驗(yàn)技能的掌握，從而提高中藥炮制實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

虛擬仿真技術(shù)；中藥炮制實(shí)驗(yàn)教學(xué)；可行性分析

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是對理論教學(xué)的一種延伸，是對課堂上所學(xué)知識進(jìn)行消化和吸收的過程。實(shí)驗(yàn)過程是一個培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)和探索的過程，通過實(shí)驗(yàn)，能有效地訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、動手能力和創(chuàng)新能力[1]。對于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中部分涉及的不可及、不可逆的操作，以及需要高成本、高消耗的大型或綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等部分真實(shí)實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)操作，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)則能有效利用信息技術(shù)模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生在虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中體驗(yàn)和完成實(shí)驗(yàn)操作。

虛擬仿真(Virtual Reality，簡稱VR)就是當(dāng)今非常流行的新型教學(xué)媒體，VR是20世紀(jì)末新興起的一種綜合集成技術(shù)，涉及的學(xué)科眾多，比如傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工智能和人機(jī)交互技術(shù)等[2]。通過模擬現(xiàn)實(shí)世界的事物和環(huán)境，讓人猶如親臨其境，并可親自操作，自然地與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互。在完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)者利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中完成各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[3]。

中藥炮制學(xué)是研究中藥炮制理論，規(guī)范炮制工藝和飲片質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等而開設(shè)的一門中醫(yī)藥類院校的專業(yè)課程，是中藥類專業(yè)領(lǐng)域的一個重要的組成部分[4-5]。中藥炮制學(xué)是一門技術(shù)性、經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的學(xué)科，具有獨(dú)特的理論體系和炮制方法。在實(shí)驗(yàn)過程中，有些中藥炮制的術(shù)語不易理解和難以掌握，炮制的程度、炮制品質(zhì)量的確定主要依靠感官經(jīng)驗(yàn)來判別，使得在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生不能很好地領(lǐng)悟炮制的精髓，學(xué)習(xí)效果不佳，影響了炮制教學(xué)中經(jīng)驗(yàn)的傳承[6]。

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)過程中仍然面臨以下瓶頸[7]：一方面是學(xué)校以傳統(tǒng)的理論教學(xué)為主，社會實(shí)踐和實(shí)際操作機(jī)會不足；另一方面，近年來一些中藥材價(jià)格飛漲，實(shí)驗(yàn)材料消耗大，且在操作過程中涉及高溫、毒麻藥材等因素，安全因素不容忽視，導(dǎo)致近年來在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的改革力度不大，成效不明顯。若將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到中藥炮制實(shí)驗(yàn)中，則可解決因傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式及實(shí)驗(yàn)場地等等因素所造成的各種限制。下面就虛擬仿真技術(shù)在中藥炮制實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的可行性進(jìn)行分析。

1 中藥炮制實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的問題

傳統(tǒng)的中藥炮制是從對植物洗沙除泥到發(fā)展出四十多種炮制技術(shù)和體系的科學(xué)的炮制理論，凝聚了中國歷代醫(yī)藥工作者的心血和智慧。炮制技術(shù)的傳承和發(fā)展與現(xiàn)代中醫(yī)藥的不斷進(jìn)步緊密相連，中藥炮制實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論和實(shí)際密切聯(lián)系的一門學(xué)科，實(shí)踐性強(qiáng)，是學(xué)生體驗(yàn)傳統(tǒng)炮制技術(shù)魅力的平臺。但是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中受到實(shí)驗(yàn)室場地等因素的影響，不能真切的看清楚教師的示教過程，難以對炮制“度”準(zhǔn)確的把握，導(dǎo)致了飲片炮制質(zhì)量難以控制。由于炮制技術(shù)對經(jīng)驗(yàn)要求極高，且中藥炮制術(shù)語比較模糊，比如切制實(shí)驗(yàn)中“搶水洗”、“傷水”，炒法中“亮鍋底”、“炒黃”、“炒焦”、“文火”、“武火”、“文武火”等。明代陳嘉謨《本草蒙筌》[8]提到:“凡藥制造，貴在適中，不及則功效難求，太過則氣味反失……。由此可見，炮制工藝條件對中藥飲片藥性功效的影響及炮制規(guī)范的量化指標(biāo)對炮制品質(zhì)量控制的重要性。

2 虛擬仿技術(shù)在中藥炮制實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的可行性

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是將實(shí)驗(yàn)過程通過視頻、動畫、音頻及文本的形式展示出來，建立高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，模擬中藥炮制的相關(guān)技術(shù)，多方位詳細(xì)展示炮制技術(shù)中的要點(diǎn)和難點(diǎn)，在電子設(shè)備終端學(xué)生可以身臨其境、生動、形象的參與實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生課前預(yù)習(xí)及課后復(fù)習(xí)，便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)，加深對實(shí)驗(yàn)原理、操作步驟的理解，為學(xué)生綜合能力、創(chuàng)新精神及能力的培養(yǎng)提供保障。與常規(guī)中藥炮制實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比虛擬仿真技術(shù)有一定的優(yōu)勢，可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足。

2.1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更直觀對炮制術(shù)語的闡述更明確由于在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中場地和空間位置的限制，學(xué)生不能很清楚的看明白實(shí)驗(yàn)操作過程、需要掌握的要點(diǎn)、火候?qū)ε谥破焚|(zhì)量的影響及炮制品外觀形態(tài)的變化等等。若利用虛擬仿真技術(shù)模擬實(shí)驗(yàn)操作過程，便于學(xué)生清晰地掌握操作要領(lǐng)及技術(shù)要點(diǎn)。例如麩炒山藥時(shí)，需要將鍋加熱到一定溫度后再投入麥麩，繼續(xù)加熱至麥麩冒煙時(shí)投入山藥片，中火加熱，不斷炒至山藥呈均勻的亮黃色，出鍋，篩去麥麩。此實(shí)驗(yàn)過程可以用近距離的操作視頻資料展示出來，并附帶原藥材與炮制品的圖片、合格炮制品與不合格炮制品的對比圖片、實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)及操作要點(diǎn)等，使學(xué)生在學(xué)習(xí)完這部分內(nèi)容后明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒆⒁馐马?xiàng)及操作要點(diǎn)等內(nèi)容，豐富了課堂學(xué)習(xí)形式，提高了學(xué)習(xí)效率。

2.2 學(xué)習(xí)地點(diǎn)多樣性學(xué)生預(yù)習(xí)更充分中藥炮制學(xué)是一門實(shí)踐性強(qiáng)、知識面廣的課程，對實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)非常重視。如《本草蒙筌》中提出：“凡藥制造……火制四：有煅、有炮、有炙、有炒之不同；水制三：或漬、或泡、或洗之弗等；水火共制者：若蒸、若煮……”。由此可見，炮制方法的多樣與復(fù)雜性。學(xué)生若想在相對較少的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi)消化吸收相應(yīng)的知識，掌握多種實(shí)驗(yàn)技能，就有一定的難度。大部分學(xué)生在聽完課后仍不知道該如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，常常在做實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)手忙腳亂，或敷衍了事，造成實(shí)驗(yàn)失敗，儀器損壞，浪費(fèi)了人力、物力[9]。通過建設(shè)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊，使學(xué)生的學(xué)習(xí)地點(diǎn)不再拘泥于教室，而是可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺在電腦、手機(jī)客戶端進(jìn)行觀看學(xué)習(xí)，可以使實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)更加充分，提高了實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)的教學(xué)效果。通過課前預(yù)習(xí)，學(xué)生能夠充分了解實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)及注意事項(xiàng)，區(qū)分合格與不合格的炮制品，并了解其產(chǎn)生的原因等，在實(shí)驗(yàn)操作過程中不至于畏手畏腳，增強(qiáng)動手能力。

2.3 降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本消除實(shí)驗(yàn)安全隱患與浪費(fèi)中藥炮制實(shí)驗(yàn)中涉及一些毒麻藥的炮制，如斑蝥、烏頭，前者在傳統(tǒng)炮制加熱過程中，斑蝥素產(chǎn)生升華，而烏頭則需通過口嘗鼻聞來辨別炮制是否完全，對操作者的身體健康都存在一定安全隱患。毒麻藥材實(shí)驗(yàn)后，相關(guān)的處理也與一般的垃圾不同，具有特殊的處理方法，這無疑又增加了實(shí)驗(yàn)成本。虛擬仿真教學(xué)形式可以有效避免此類安全隱患，使學(xué)生通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺，既學(xué)習(xí)到了相關(guān)的炮制技術(shù)，又不影響身體健康。此外，對于名貴中藥，如羚羊角，不僅涉及貯藏保存、炮制方法、真?zhèn)舞b別等現(xiàn)實(shí)條件的制約，利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺可以降低實(shí)驗(yàn)成本，避免浪費(fèi)[7]。

虛擬仿真技術(shù)在中藥炮制實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用是可行的，通過建立中藥炮制虛擬仿真平臺，將炮制實(shí)驗(yàn)過程中涉及的火候、炮制品圖片、傳統(tǒng)炮制技術(shù)視頻資料、注意事項(xiàng)等信息進(jìn)行整合，使學(xué)生在“虛”中體驗(yàn)“實(shí)”，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在反復(fù)的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題，通過查找教材、文獻(xiàn)等手段解決問題，掌握實(shí)驗(yàn)操作的要點(diǎn)和難點(diǎn)，掌握相關(guān)炮制技術(shù)。另外，虛擬仿真平臺的建立，豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)形式，有助于培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

[1]蘇旭霞，劉素楠，管立新.開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].科技廣場，2008(3):252-254.

[2]徐庚保，曾蓮芝.虛擬仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2012，29(5):1-5.

[3]杜月林，黃剛，王峰，等.建設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺，探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2015，32(12):26-29.

[4]鐘凌云，霍慧君，龔千鋒.中藥炮制學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革思路探討[J].高校實(shí)驗(yàn)室工作研究，2012，1(111):4-6.

[5]劉舒凌，曾春暉.中藥炮制學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果提升方法的探索[J].中國中醫(yī)藥現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育，2016，14(10):21-22.

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[8]張振凌.臨床中藥炮制學(xué)[M].北京:中國中醫(yī)藥出版社，2007：34.

[9]魏玉，沈繼朵，劉雅敏，等.天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)線上線下教學(xué)法的重要性[J].中國中醫(yī)藥現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育，2016，14(13)：12-13.

Analysis on the Feasibility of Virtual Simulation Technology Application in Chinese Herbal Medicine Processing

WEI Yu1,XU Haitao2,TIAN Lian-qi1,LI Hongwei1
(1.Experimental Teaching Center,Henan University of Traditional Chinese Medicine,Zhengzhou 450008,China; 2.Civil Engineering College,Zhengzhou Institute of Technology,Zhengzhou 450008,China)

Feasibility of virtual simulation technology application in Chinese herbal medicine processing,according to the problem of experiment teaching of Chinese herbal medicine processing was analyzed.Through organic combination of traditional Chinese medicine processing experiment content and virtual simulation technology,it can cultivate the students'interest in learning,and ability of autonomous learning and independent learning.It also can increase personal skill and improve the quality of teaching of Chinese herbal medicine processing.

virtual simulation technology;traditional Chinese medicine processing;feasibility analysis

10.3969/j.issn.1672-2779.2017.04.004

1672-2779（2017）-04-0008-02

：張文娟本文校對：劉雅敏

2016-09-19）

河南省教育技術(shù)裝備和實(shí)踐教育研究項(xiàng)目【No：GZ316】