生物醫(yī)藥企業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)

李元媛

【摘 要】現(xiàn)階段，隨著生物醫(yī)藥行業(yè)的大力發(fā)展，部分高校借助校企合作的方式，促使學(xué)生的實(shí)踐能力不斷提升，為生物醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展提供了人才保障?；诖?，文章首先對(duì)生物醫(yī)藥企業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的相關(guān)概念進(jìn)行了概述，其次對(duì)限制生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)教學(xué)順利開(kāi)展的因素進(jìn)行剖析，最后從3個(gè)方面對(duì)生物醫(yī)藥企業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè)內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)論述，希望能夠?yàn)橥虚_(kāi)展相關(guān)活動(dòng)提供可行性建議。

【關(guān)鍵詞】生物醫(yī)藥;虛擬仿真;實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G642;R-4 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）04-0061-02

0 引言

虛擬仿真，又為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，其作為一種新型媒體已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于教學(xué)中。虛擬仿真主要由傳感技術(shù)、人工智能技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)及計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)等構(gòu)成。在教學(xué)過(guò)程中運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，可以將真實(shí)的操作環(huán)境完全呈現(xiàn)出來(lái)，實(shí)驗(yàn)者可以通過(guò)操作虛擬儀器和設(shè)備完成各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生提供真實(shí)的感受，從而更好地達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，生物醫(yī)藥行業(yè)也呈現(xiàn)出突飛猛進(jìn)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，這對(duì)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才也提出了較高的要求和標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)階段，我國(guó)生物醫(yī)藥行業(yè)上游的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已經(jīng)與國(guó)際先進(jìn)水平接軌，但是下游生物醫(yī)藥行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化水平仍然處于較落后的狀態(tài)。因此，大多數(shù)高校的生物醫(yī)藥專(zhuān)業(yè)，為了能夠向社會(huì)輸送合格的生物醫(yī)藥專(zhuān)業(yè)人才，大都采取校企合作的方式，讓學(xué)生進(jìn)入企業(yè)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，以促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐能力的有效提升。但是，由于國(guó)家對(duì)于生物醫(yī)藥生產(chǎn)制定有非常嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)學(xué)生在企業(yè)的實(shí)訓(xùn)有較大的限制，因此在生物醫(yī)藥企業(yè)中建立虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，可以解決生物醫(yī)藥實(shí)踐專(zhuān)業(yè)化程度不夠的問(wèn)題，這對(duì)培養(yǎng)生物醫(yī)藥專(zhuān)業(yè)人才具有重要意義。

1 限制生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要原因

生物醫(yī)藥專(zhuān)業(yè)具有非常鮮明的綜合性和實(shí)踐性的特征，因此加強(qiáng)培養(yǎng)生物醫(yī)藥專(zhuān)業(yè)人才至關(guān)重要。但是，由于受到場(chǎng)地、經(jīng)費(fèi)及技術(shù)水平等多方面原因的制約，部分生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)無(wú)法通過(guò)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境完成，這對(duì)生物醫(yī)藥人才創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力的培養(yǎng)帶來(lái)了一定的影響?？傮w而言，制約生物醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)教學(xué)順利開(kāi)展的原因主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，實(shí)驗(yàn)成本的限制。部分生物醫(yī)藥試劑的成本非常貴，而且某些試劑具有不穩(wěn)定的特征，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中若疏忽大意，將會(huì)對(duì)試劑的活性造成很大的影響，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗;部分實(shí)驗(yàn)需要用非常昂貴的儀器設(shè)備?，F(xiàn)階段，雖然大部分高校均已經(jīng)配置了較為齊全的設(shè)備儀器用于生物醫(yī)藥的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)納入專(zhuān)業(yè)課程體系建設(shè)中，但是受到成本等因素的限制，企業(yè)所能夠提供的實(shí)驗(yàn)設(shè)備仍然無(wú)法滿足學(xué)生實(shí)驗(yàn)的實(shí)際需求，減少了學(xué)生的實(shí)踐機(jī)會(huì)。第二，實(shí)驗(yàn)條件的限制。由于生物醫(yī)藥行業(yè)在藥物生產(chǎn)過(guò)程中具有較高的質(zhì)量規(guī)范要求，因此要求生物醫(yī)藥企業(yè)投入大量的人力、物力及資金等，從而為生物醫(yī)藥的生產(chǎn)安全提供有效保障。此外，大多數(shù)生物醫(yī)藥的生產(chǎn)過(guò)程對(duì)于潔凈度要求較高，限制了學(xué)生進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀摩和學(xué)習(xí)。同時(shí)，普通的試驗(yàn)基地也不具備相應(yīng)的硬件設(shè)施和場(chǎng)地條件等，讓生物醫(yī)藥行業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)陷入困境。

2 生物醫(yī)藥企業(yè)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)相關(guān)內(nèi)容

2.1 生物醫(yī)藥虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)基本構(gòu)成內(nèi)容

現(xiàn)階段，隨著我國(guó)對(duì)生物醫(yī)藥教學(xué)改革創(chuàng)新力度的不斷增強(qiáng)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)成為改革進(jìn)程中不可或缺的重要組成內(nèi)容，這也是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的重要補(bǔ)充。通過(guò)充分發(fā)揮虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的作用和優(yōu)勢(shì)，學(xué)生可以更加深入地掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的相關(guān)原理及操作方法，對(duì)理論教學(xué)起到重要的補(bǔ)充作用。因此，生物醫(yī)藥企業(yè)迫切需要構(gòu)建虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，以更好地滿足生物制藥專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才的實(shí)際需求。一般情況下，虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè)主要由微生物培養(yǎng)、生物技術(shù)虛擬教學(xué)及生物工程虛擬教學(xué)三大模塊構(gòu)成。在這三大塊教學(xué)內(nèi)容中，主要以生物醫(yī)藥生產(chǎn)為核心內(nèi)容，貫穿于生物醫(yī)藥的生產(chǎn)、研發(fā)及質(zhì)量控制環(huán)節(jié)中。

2.2 微生物虛擬教學(xué)模塊

微生物虛擬教學(xué)模塊主要由數(shù)碼顯微互動(dòng)教室和仿真實(shí)驗(yàn)終端構(gòu)成。其中，在每個(gè)數(shù)碼顯微互動(dòng)教室中均連接著幾十臺(tái)顯微鏡，顯微鏡中所觀察到的圖像與教師的計(jì)算機(jī)相連，實(shí)時(shí)地顯示顯微鏡觀察到的內(nèi)容，教師的計(jì)算機(jī)還可以實(shí)時(shí)監(jiān)控學(xué)生端的畫(huà)面，隨時(shí)切換任意一臺(tái)顯微鏡的畫(huà)面并將其放大顯示出來(lái)。教師的計(jì)算機(jī)為每位學(xué)生的計(jì)算機(jī)分配了存儲(chǔ)空間，學(xué)生可以向教師發(fā)出請(qǐng)求，教師同意申請(qǐng)后，將圖像直接存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中。教師可以通過(guò)觀察學(xué)生的系統(tǒng)對(duì)圖像進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)了教師與學(xué)生之間的相互溝通與交流。同時(shí)，虛擬仿真平臺(tái)還具備相應(yīng)的共享機(jī)制，教師可以向該平臺(tái)上傳豐富的素材、講義及課件等資料，還可以通過(guò)該平臺(tái)給學(xué)生布置作業(yè)，學(xué)生可以通過(guò)該平臺(tái)完成相應(yīng)的作業(yè)及考試等學(xué)習(xí)任務(wù)，為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了極大的便利。

將虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)兩者有機(jī)統(tǒng)一起來(lái)，可以有效地節(jié)約人力和物力，將動(dòng)畫(huà)、圖像及習(xí)題等各項(xiàng)學(xué)習(xí)資源進(jìn)行有效的融合，豐富了教學(xué)信息。同時(shí)，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)充分運(yùn)用到虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)中，可以達(dá)到資源共享的目的，還打破了時(shí)空的限制，不僅強(qiáng)化了學(xué)生創(chuàng)新思維意識(shí)，也提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。虛擬仿真平臺(tái)為學(xué)生提供了良好的學(xué)習(xí)平臺(tái)，也有助于教師掌握實(shí)驗(yàn)教學(xué)的進(jìn)程，更好地達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的。

2.3 生物技術(shù)虛擬教學(xué)模塊

目前，生物醫(yī)藥呈現(xiàn)出蓬勃的發(fā)展態(tài)勢(shì)，已經(jīng)成為制藥工業(yè)中不可或缺的重要領(lǐng)域，其具有發(fā)展迅速、活力最強(qiáng)及技術(shù)含量高的顯著特征。當(dāng)學(xué)生在生物醫(yī)藥企業(yè)中進(jìn)行實(shí)訓(xùn)時(shí)，由于精密儀器較少和試劑昂貴等原因，導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)訓(xùn)效果往往不盡如人意。因此，通過(guò)生物醫(yī)藥虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)中生物技術(shù)虛擬教學(xué)模塊，可以有效地解決上述問(wèn)題。例如，感受液態(tài)細(xì)胞的制備與轉(zhuǎn)化是生物技術(shù)中重要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，感受液態(tài)細(xì)胞主要是指通過(guò)利化的方式對(duì)細(xì)胞進(jìn)行誘導(dǎo)，使細(xì)胞處于最適合攝取和容納外來(lái)DNA的狀態(tài)。液態(tài)細(xì)胞的制備是基因工程不可或缺的重要環(huán)節(jié)。該實(shí)驗(yàn)的主要原理如下：在低溫的環(huán)境中，將正處于生長(zhǎng)旺盛期的大腸桿菌利用低滲氯溶液進(jìn)行預(yù)處理，使細(xì)胞開(kāi)始膨脹并且通透性將會(huì)發(fā)生顯著變化。此時(shí)，將該細(xì)胞迅速移到溫度高達(dá)42 ℃的環(huán)境中使其受到一定的熱刺激。在這種情形下，細(xì)胞的液晶結(jié)構(gòu)將會(huì)受到非常明顯的干擾，出現(xiàn)大量的間隙。在這種情況下，外部的DNA會(huì)出現(xiàn)被該細(xì)胞吸收的可能。學(xué)生通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，可以對(duì)該實(shí)驗(yàn)原理及其中蘊(yùn)含的重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容有更深入的了解。例如，在該實(shí)驗(yàn)中，細(xì)胞熱刺激的溫度必須控制在42 ℃。如果溫度控制過(guò)程中出現(xiàn)偏差，會(huì)大大降低細(xì)胞的轉(zhuǎn)化率。通過(guò)對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行評(píng)估，教師能了解學(xué)生通過(guò)虛擬仿真平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的整個(gè)過(guò)程，所收獲的實(shí)驗(yàn)效果要明顯優(yōu)于理論教學(xué)。

2.4 生物工程虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊

對(duì)于生物醫(yī)藥專(zhuān)業(yè)而言，生物制藥課程是必修課程。該課程教學(xué)主要涉及藥物生產(chǎn)及實(shí)際生產(chǎn)中的生產(chǎn)設(shè)備等。學(xué)生在企業(yè)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)的過(guò)程中，由于制藥車(chē)間對(duì)潔凈度具有非常高的要求，組織學(xué)生進(jìn)入制藥車(chē)間內(nèi)進(jìn)行觀摩實(shí)習(xí)存在較大的難度;但是，對(duì)于學(xué)生而言，其必須掌握生物制藥的基本工作流程，這也是生物醫(yī)藥專(zhuān)業(yè)學(xué)生必須掌握的技能。因此，借助虛擬仿真平臺(tái)構(gòu)建生物工程虛擬教學(xué)模塊，并且將生物制藥過(guò)程作為該模塊的重要組成內(nèi)容，例如可以將一些實(shí)驗(yàn)操作的關(guān)鍵技術(shù)拍成視頻短片替代教師的動(dòng)作示范。學(xué)生可以隨時(shí)隨地地通過(guò)虛擬平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并且可以重復(fù)播放，有助于加深學(xué)生的理解和記憶，可以明顯提高學(xué)生動(dòng)作的規(guī)范化水平。

3 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)前大力推行教育信息化建設(shè)的時(shí)代背景下，借助虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)完成生物醫(yī)藥專(zhuān)業(yè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作具有非常廣闊的發(fā)展前景。通過(guò)充分發(fā)揮虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，可以有效打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的限制，打破時(shí)間和空間的約束。同時(shí)，借助現(xiàn)代化多媒體技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，學(xué)生可以直觀、具象地了解實(shí)驗(yàn)過(guò)程，有助于加深學(xué)生的理解和記憶。因此，生物醫(yī)藥企業(yè)應(yīng)該加大虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè)力度，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)效率的顯著提升，同時(shí)還可以有效降低實(shí)驗(yàn)成本。構(gòu)建生物醫(yī)藥虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，可以為學(xué)生提供良好的實(shí)訓(xùn)機(jī)會(huì)，提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)化水平，為生物醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展提供人才支撐。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]劉慧萍，葛金文.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)技能大賽對(duì)中醫(yī)院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的影響[J].中國(guó)中醫(yī)藥現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育，2015（1）：75-76.

[2]曹禮，鄧峰.虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)提高醫(yī)學(xué)實(shí)踐操作學(xué)習(xí)效率的方法改革與應(yīng)用探索[J].教育教學(xué)論壇，2013（39）：43-44.

[3]陳容容，孫益頂.多媒體虛擬仿真教學(xué)法在微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015（11）：194-200.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]