虛擬仿真技術(shù)在中藥制藥實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究

劉睿 焦新怡 劉巖 于洋 李正

[摘 要]隨著科技的迅速發(fā)展和數(shù)字化產(chǎn)品的日益普及，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”模式使學(xué)習(xí)領(lǐng)域、知識(shí)范圍以及學(xué)習(xí)方式均發(fā)生明顯的改變，學(xué)生們更習(xí)慣并擅長(zhǎng)使用數(shù)碼產(chǎn)品進(jìn)行生活和學(xué)習(xí)。文章提出基于虛擬仿真技術(shù)的中藥制藥實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革思路及舉措，以中藥炮制實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，開(kāi)創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，適應(yīng)新時(shí)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革發(fā)展的需要。

[關(guān)鍵詞]虛擬仿真技術(shù);中藥制藥實(shí)驗(yàn);教學(xué)模式改革

[基金項(xiàng)目]該文系2018年度國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目“現(xiàn)代中藥制藥過(guò)程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”

[作者簡(jiǎn)介]劉 睿（1980—），女，天津人，博士，天津中醫(yī)藥大學(xué)中藥制藥工程學(xué)院藥事管理教研室主任，主要從事中藥制劑研究;李 正（1976—），男，浙江杭州人，博士，天津中醫(yī)藥大學(xué)中藥制藥工程學(xué)院院長(zhǎng)（通信作者），主要從事中藥智能制藥研究。

[中圖分類(lèi)號(hào)] G434[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）27-0389-02[收稿日期] 2019-11-01

一、虛擬仿真技術(shù)簡(jiǎn)介

虛擬仿真（Virtual Reality， VR）以計(jì)算機(jī)軟件及硬件為基礎(chǔ)，利用多種技術(shù)手段創(chuàng)建而成，是對(duì)已知或未知世界的仿真，用戶(hù)可借助感覺(jué)器官等多種傳感通道與虛擬世界進(jìn)行自然的交互[1]。其互動(dòng)性與逼真性給用戶(hù)創(chuàng)建了實(shí)時(shí)反映實(shí)體對(duì)象變化與相互作用的三維虛擬世界。虛擬仿真可以創(chuàng)建各種形式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)場(chǎng)景，供學(xué)生完成多種類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)，達(dá)到優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境、充實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的目的。

二、中藥制藥實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及存在的不足

中藥炮制實(shí)驗(yàn)是中藥制藥實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要組成部分，其教學(xué)目的就是要讓學(xué)生掌握中藥炮制的基本理論和操作技能，注重理論與實(shí)踐結(jié)合。然而，目前中藥炮制學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀如下[2]：

1.中藥炮制實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)較少，不能滿足炮制作為制藥技術(shù)需要大量實(shí)踐的要求。此外，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以教師為主，借助PPT講述操作步驟、操作規(guī)范，然后做操作示范，學(xué)生再模仿驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該教學(xué)方式忽略了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)中積極性不高、參與度低，難以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

2.實(shí)驗(yàn)存在安全隱患、耗時(shí)久，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容有限。從古至今中藥炮制技術(shù)內(nèi)容豐富，但在有限的實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)，只能學(xué)到一些基本操作方法和技能，因而會(huì)阻滯學(xué)生拓寬視野、豐富專(zhuān)業(yè)知識(shí)。另外，對(duì)于一些有毒藥材或耗時(shí)較長(zhǎng)的藥材的炮制，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室受場(chǎng)地、時(shí)間的限制，不利于學(xué)生掌握藥物炮制的實(shí)驗(yàn)操作技能。

隨著中醫(yī)藥高等教育的快速發(fā)展，高校只有運(yùn)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革，才能適應(yīng)現(xiàn)代化、高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的需要。

三、基于虛擬仿真技術(shù)的中藥制藥實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)

中藥炮制學(xué)采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠在通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)創(chuàng)建的虛擬環(huán)境中切實(shí)參與中藥炮制過(guò)程，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及自主操作能力，提升教學(xué)質(zhì)量。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，采用不同形式的虛擬仿真技術(shù)，模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中對(duì)虛擬或仿真的實(shí)驗(yàn)器具、樣本進(jìn)行虛擬狀態(tài)操作，得到一種接近真實(shí)的參與感受，達(dá)到提高實(shí)踐操作技能、提升教學(xué)質(zhì)量的目的[3]。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式相比，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式主要優(yōu)勢(shì)如下：

1.實(shí)驗(yàn)過(guò)程更加安全。虛擬仿真技術(shù)創(chuàng)建的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可以在一定程度上有效地避免傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的安全隱患。在開(kāi)展蒸餾操作時(shí)，操作不當(dāng)會(huì)引發(fā)易燃易爆品的化學(xué)性爆炸，會(huì)嚴(yán)重威脅學(xué)生安全。建立虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提供逼真的實(shí)驗(yàn)操作感受和樂(lè)趣，熟悉實(shí)驗(yàn)操作流程;安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可以進(jìn)行多種實(shí)驗(yàn)操作，豐富教學(xué)內(nèi)容[4]。

2.突破時(shí)間和空間的局限。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)從各個(gè)角度詳細(xì)、直觀地展示炮制技術(shù)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。學(xué)生通過(guò)置身于虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，模擬真實(shí)的操作過(guò)程，不受實(shí)驗(yàn)時(shí)間、材料、空間等因素的限制，對(duì)于各種傳統(tǒng)或現(xiàn)代化中藥炮制實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)進(jìn)行全面掌握。例如毒性藥材附子的炮制以及耗時(shí)較長(zhǎng)的六神曲制備實(shí)驗(yàn)，可以運(yùn)用虛擬仿真開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在虛擬環(huán)境中通過(guò)提示首先選擇炮制藥物;期間有能源和材料供選擇使用，并且有提示彈框，指導(dǎo)如何鑒別、篩選、炮制藥物，每個(gè)藥物每道工序的完成都會(huì)有百分比進(jìn)度條顯示，達(dá)到百分之百即為完成，學(xué)生可將炮制完成的藥物成品收納進(jìn)入相應(yīng)的藥柜中，點(diǎn)擊藥柜存放同時(shí)會(huì)有提示彈框標(biāo)明該藥物的炮制前后的功效主治，這些操作步驟學(xué)生都可獨(dú)立有效地完成，有助于提高動(dòng)手操作能力，縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

四、中藥制藥虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建

2018年，教育部決定開(kāi)展國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作，深化信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合。同年，我校中藥制藥工程學(xué)院成功申報(bào)現(xiàn)代中藥制藥過(guò)程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。依托于項(xiàng)目的支持，中藥炮制學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式構(gòu)建如下：

1.VR虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。對(duì)現(xiàn)有房屋進(jìn)行裝修改造，購(gòu)買(mǎi)大屏幕顯示器及頭戴式VR設(shè)備以及對(duì)場(chǎng)景、動(dòng)作、特效進(jìn)行設(shè)計(jì)，使學(xué)生產(chǎn)生互動(dòng)的體驗(yàn)感受，擴(kuò)大與虛擬世界的信息交流。開(kāi)發(fā)闖關(guān)形式的中藥炮制實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可完全沉浸在虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，利用虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)自己動(dòng)手調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，按流程提示完成各個(gè)關(guān)卡。在此期間，學(xué)生可獲得免費(fèi)能量、材料有限，因此炮制過(guò)程中學(xué)生需通過(guò)完成任務(wù)來(lái)獲得能源或材料，例如每日簽到、瀏覽一分鐘中藥炮制小科普、中藥知識(shí)趣味答題等。學(xué)生通過(guò)自主設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)中藥炮制實(shí)驗(yàn)的操作方法，獨(dú)立完成操作步驟。VR虛擬實(shí)驗(yàn)室采用生動(dòng)形象的方式，能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.師生共享資源庫(kù)的建設(shè)。教師和學(xué)生建設(shè)共享中藥炮制學(xué)課程的知識(shí)點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)做法課件、典型炮制實(shí)驗(yàn)案例知識(shí)信息庫(kù)，并著重凸顯資源庫(kù)的專(zhuān)業(yè)特色。教師、學(xué)生都可進(jìn)入資源庫(kù)網(wǎng)頁(yè)終端分享思想、表達(dá)觀點(diǎn)、提出疑問(wèn)等，方便師生隨時(shí)隨地交流探討，促進(jìn)學(xué)生主觀能動(dòng)性的發(fā)揮。教師需適當(dāng)給出引導(dǎo)方向，滿足現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)以學(xué)生為主體的要求。

五、虛擬仿真技術(shù)對(duì)中藥制藥實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革意義

1.提升學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。中藥炮制虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室時(shí)空的局限性，創(chuàng)建高度逼真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，為學(xué)生提供更好的臨場(chǎng)感，在虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中接近真實(shí)地完成實(shí)驗(yàn)操作。通過(guò)簡(jiǎn)單新穎的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，增強(qiáng)學(xué)習(xí)積極性，有效地練習(xí)并提高操作水平;提供更深刻的現(xiàn)實(shí)感，增強(qiáng)學(xué)生的理性認(rèn)識(shí)，彌補(bǔ)書(shū)本或平面資料在三維空間中的認(rèn)知缺陷。整個(gè)畫(huà)面逼真，能激發(fā)學(xué)生想象力與創(chuàng)造力。

2.豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與質(zhì)量，加快實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)代化建設(shè)。目前中藥炮制學(xué)實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限，只能讓學(xué)生掌握一些基本的炮制實(shí)驗(yàn)操作方法和技能。然而，中藥炮制技術(shù)的內(nèi)容是極其豐富的，既有傳統(tǒng)的、獨(dú)特的一些炮制技術(shù)，還有現(xiàn)代先進(jìn)的炮制技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)的引用，擴(kuò)大了實(shí)驗(yàn)教學(xué)范圍，豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生可以在虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中學(xué)習(xí)、掌握更多中藥炮制技術(shù)，還可加深對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解和記憶。同時(shí)，共享資源庫(kù)的建設(shè)，方便師生交流思想、探討實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。啟發(fā)式教學(xué)提升教學(xué)質(zhì)量，開(kāi)創(chuàng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新模式，順應(yīng)中醫(yī)藥信息教育的發(fā)展潮流。

六、結(jié)語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，中醫(yī)藥院校教育技術(shù)的信息化建設(shè)越來(lái)越先進(jìn)和完善。我校中藥制藥實(shí)驗(yàn)教學(xué)順應(yīng)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教育信息化的發(fā)展趨勢(shì)，融入虛擬仿真技術(shù)，創(chuàng)建高度逼真的虛擬實(shí)驗(yàn)室，在很大程度上補(bǔ)充、實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室無(wú)法完成的教學(xué)功能，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，提高中藥制藥實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)更多實(shí)踐創(chuàng)新型中藥制藥專(zhuān)業(yè)人才，以適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)與制藥行業(yè)的需求。

參考文獻(xiàn)

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