實(shí)驗(yàn)基本操作虛擬仿真平臺在藥物分析實(shí)驗(yàn)中的構(gòu)建與應(yīng)用

周 卿，張 艷，張建永，張倩茹，李洪玉，周旭美

（遵義醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，貴州 遵義 563003）

藥物分析是一門研究藥品全面質(zhì)量分析與控制的學(xué)科，也是藥學(xué)相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)課程，具有較強(qiáng)的綜合性與實(shí)踐性。而藥物分析實(shí)驗(yàn)是藥物分析課程的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的藥品檢驗(yàn)技能和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)作風(fēng)的重要環(huán)節(jié)。在實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)基本操作技能的掌握是對培養(yǎng)其創(chuàng)新能力與科學(xué)素養(yǎng)的重要基礎(chǔ)，并且由于藥物分析研究對象的特殊性，對操作者的實(shí)驗(yàn)操作技能提出了更高的要求，因此，有必要在開展藥物分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)之初就加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本操作技能規(guī)范性、嚴(yán)謹(jǐn)性以及熟練程度的培養(yǎng)，為此我們專門開設(shè)了藥物檢驗(yàn)操作規(guī)范實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行訓(xùn)練。但是，由于涉及藥物分析實(shí)驗(yàn)基本操作的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較多，還有學(xué)生人數(shù)、學(xué)時限制，不能保證每一個學(xué)生在課堂上都能得到充分鍛煉，而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)作為一種新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，借助于圖形圖像、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)操作等技術(shù)模擬傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，改變了傳統(tǒng)的教育模式，在越來越多的實(shí)驗(yàn)課程中都得到了運(yùn)用，故而根據(jù)我們在教學(xué)中面臨的實(shí)際問題，借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)強(qiáng)大的自主性、交互性、開放性的特點(diǎn)構(gòu)建了以鍛煉學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本操作技能為目的的藥物分析實(shí)驗(yàn)基本操作虛擬仿真平臺，并與課堂教學(xué)相結(jié)合，做到“虛實(shí)互補(bǔ)”，更好地為后續(xù)藥物分析實(shí)驗(yàn)打好基礎(chǔ)，具有實(shí)際的應(yīng)用意義[1-4]。

1 藥物分析實(shí)驗(yàn)基本操作虛擬仿真平臺的構(gòu)建及應(yīng)用

依據(jù)藥物分析實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容、課程目標(biāo)，并結(jié)合我院藥學(xué)各專業(yè)學(xué)生特點(diǎn)和職業(yè)需求，設(shè)計了滴定分析、溶液的配制、減重稱量3個操作單元。分為3個模塊進(jìn)行設(shè)計：（1）文字材料演示實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容、原理、基本操作過程及注意事項(xiàng)；（2）采用Adobe Flash cs6軟件設(shè)計模擬仿真實(shí)驗(yàn)場景供學(xué)生進(jìn)行操作練習(xí)；（3）設(shè)計在線測試系統(tǒng)，根據(jù)操作過程中要點(diǎn)的完成情況給出“優(yōu)、良、合格、不合格”的評價。設(shè)計考查的要點(diǎn)包括：①滴定分析操作：滴定管的選擇、滴定管的潤洗、手握滴定管活塞的方法、臨近終點(diǎn)滴定液的加入、滴定終點(diǎn)顏色的判斷、滴定管的讀數(shù)、結(jié)果的計算等。②溶液的配制：待稱量樣品的計算、稱量容器的選擇、樣品的稀釋轉(zhuǎn)移操作、容量瓶的使用方法、振搖的操作、刻度線的觀察等。③減重稱量：電子天平的使用原則和方法、稱量瓶的使用方法、結(jié)果的記錄等。每個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容不僅是簡單地操作訓(xùn)練，還包括各種基本實(shí)驗(yàn)操作的練習(xí)及結(jié)果的計算，譬如，在滴定分析實(shí)驗(yàn)中加入移液管使用的練習(xí)，結(jié)果需要根據(jù)滴定管的讀數(shù)計算出滴定溶液的濃度；在溶液的配制實(shí)驗(yàn)中考查電子天平的使用方法；在稱量練習(xí)中需要根據(jù)所配制溶液的濃度計算稱量的質(zhì)量，根據(jù)被稱物的性質(zhì)選擇合適的稱量器皿等。該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺的應(yīng)用主要在課堂上教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的詳細(xì)演示與講解后，供學(xué)生在課后利用空余時間在電腦或手機(jī)終端進(jìn)行練習(xí)，最后成績的評價需要學(xué)生進(jìn)入考核模塊逐一通過3個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作才能得到最終成績[5-6]。

2 學(xué)生對藥物分析實(shí)驗(yàn)基本操作虛擬仿真平臺的評價

以我院2017級藥學(xué)、藥物制劑、臨床藥學(xué)專業(yè)參與藥物分析實(shí)驗(yàn)的162名學(xué)生為研究對象，虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)束后借助問卷星進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)匿名問卷調(diào)查，調(diào)查問卷內(nèi)容包括虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開設(shè)的必要性、能力提升度、優(yōu)勢、滿意度等，每個問題均設(shè)“非常滿意、滿意、一般、不滿意”4種選項(xiàng)，同時還設(shè)置了主觀問答題，例如：你認(rèn)為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)嗎？為什么？在使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行操作和學(xué)習(xí)以后，請簡述你對此學(xué)習(xí)模式的評價。從收回的147份有效調(diào)查問卷（有效率90.7%）中可看出，認(rèn)為有必要開設(shè)該虛擬實(shí)驗(yàn)的學(xué)生占51.70%，認(rèn)為很有必要的占32.65%；認(rèn)為通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作項(xiàng)目訓(xùn)練對涉及藥物分析實(shí)驗(yàn)基本操作規(guī)范的內(nèi)容掌握率達(dá)80%以上的占60.54%；認(rèn)為該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的引入對提高實(shí)驗(yàn)基本操作技能有幫助的占52.38%，很有幫助的占24.49%；而對此次虛擬仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計滿意的占51.37%，非常滿意的占19.73%。在多選題虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)方面，74.15%的學(xué)生贊同實(shí)驗(yàn)過程更安全，64.63%的學(xué)生贊同實(shí)驗(yàn)消耗更節(jié)約，62.59%的學(xué)生贊同教學(xué)內(nèi)容更直觀，只有45.58%的學(xué)生認(rèn)為學(xué)習(xí)趣味更濃厚。從調(diào)查結(jié)果可知，大部分學(xué)生認(rèn)為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)具有無可比擬的優(yōu)越性，但是仍不能代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而以鍛煉學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本操作技能為目的的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)有開設(shè)的必要性。通過該虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的反復(fù)訓(xùn)練，明顯規(guī)范了學(xué)生的操作技能，提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，有利于學(xué)生對藥物質(zhì)量觀念重要性的理解，而且通過對實(shí)驗(yàn)基本操作技能的鍛煉，本年級各專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐動手能力要優(yōu)于以往其他年級學(xué)生，而實(shí)驗(yàn)成績也得到了提高。

3 藥物分析實(shí)驗(yàn)中開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用體會

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是依托于計算機(jī)和虛擬現(xiàn)實(shí)以及網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)來模擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和過程，徹底打破了時間、空間和設(shè)備的限制，使學(xué)生的學(xué)習(xí)過程更加高效、自主。通過以鍛煉學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本操作技能為目的的虛擬實(shí)驗(yàn)的開展，極大豐富了藥物分析實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和形式，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，夯實(shí)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本操作技能的基礎(chǔ)。因此，在藥物分析實(shí)驗(yàn)中開設(shè)此虛擬仿真實(shí)驗(yàn)很有必要性[7-8]。

3.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的開展有助于提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力

依據(jù)最新《藥學(xué)類專業(yè)教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》提出要培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的要求，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的開展無疑為這一培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成提供了很好的途徑。以我校藥物檢驗(yàn)操作規(guī)范實(shí)驗(yàn)為例，通常是由任課教師講解完每一項(xiàng)涉及基本操作的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及注意事項(xiàng)后，學(xué)生按實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作即可，在此過程中，學(xué)生缺乏足夠的獨(dú)立思考的時間，遇到問題更多依賴于教師的發(fā)現(xiàn)和解決，而受上課時間限制，學(xué)生并沒有足夠的時間去反復(fù)練習(xí)，從而也難以達(dá)到通過此次實(shí)驗(yàn)規(guī)范學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本操作的目的。以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本操作技能的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的開展，激發(fā)了學(xué)生的主觀能動性，讓學(xué)生可以自主合理安排學(xué)習(xí)時間。課堂上教師實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)操作過程和要點(diǎn)后，學(xué)生通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以反復(fù)練習(xí)直至掌握全部的操作流程，同時也可以通過練習(xí)中設(shè)置的一些易錯點(diǎn)和考查點(diǎn)加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)的理解。最后進(jìn)行自主在線測試，成績合格后方可進(jìn)行后續(xù)的藥物分析實(shí)驗(yàn)。調(diào)查結(jié)果也顯示，認(rèn)為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)能力的學(xué)生占80%以上。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生成為主導(dǎo)者，參與的積極性與主動性得到充分調(diào)動，學(xué)習(xí)效率隨之提高，促進(jìn)了對藥物分析課程的學(xué)習(xí)。

3.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的開展有助于提高學(xué)生的實(shí)踐動手能力

藥物分析實(shí)驗(yàn)是一門實(shí)踐性極強(qiáng)的課程，對于學(xué)生的實(shí)踐操作技能有著較高要求，對于培養(yǎng)學(xué)生全面的藥品質(zhì)量觀念，使學(xué)生熟悉藥品檢驗(yàn)程序、具備藥品檢驗(yàn)?zāi)芰哂兄匾饬x。雖然學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本操作技能的培養(yǎng)在無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)等實(shí)驗(yàn)教學(xué)中均有涉及，但由于教學(xué)目的、教學(xué)要求與藥物分析實(shí)驗(yàn)不同，部分學(xué)生在學(xué)習(xí)藥物分析實(shí)驗(yàn)時仍存在實(shí)驗(yàn)操作不規(guī)范、實(shí)驗(yàn)態(tài)度不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膯栴}，例如，有學(xué)生在稱量藥品時通常直接稱量，而忽視先對電子天平的水平調(diào)節(jié)與觀察；在使用移液管時，忽視移液管的停、靠等操作。藥物分析的對象是與人的生命和健康息息相關(guān)的藥品，不規(guī)范、不熟練的操作勢必會得出錯誤的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。而在傳統(tǒng)的藥物分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于受學(xué)生人數(shù)限制，每個人動手的機(jī)會不多，主動性或自覺性差的學(xué)生常得不到充分有效的訓(xùn)練，授課教師也難以全面觀察到每個學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作情況。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)采用一人一機(jī)的形式，在一定程度上強(qiáng)制了每個學(xué)生都必須參與實(shí)驗(yàn)的整個過程，鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐動手能力。另外，藥物分析實(shí)驗(yàn)中常涉及一些大型儀器的使用，諸如高效液相色譜儀、紫外分光光度計、氣相色譜儀等，由于受實(shí)驗(yàn)條件限制，在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生往往得不到充分的上機(jī)操作，對儀器的使用也是一知半解，將其以動畫形式設(shè)計成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生可通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)自主學(xué)習(xí)，熟悉儀器的結(jié)構(gòu)、原理和工作方式，掌握儀器的操作要點(diǎn)、操作步驟，反復(fù)練習(xí)后，在正式實(shí)驗(yàn)時，就能很快熟練操作儀器，培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力。

3.3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的開展有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)并不是簡單讓學(xué)生按照提示進(jìn)行操作訓(xùn)練，其提供了一種靈活的開放式環(huán)境，可以在虛擬實(shí)驗(yàn)中設(shè)置創(chuàng)新模塊，利用虛擬程序中設(shè)定的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，讓學(xué)生厘清實(shí)驗(yàn)對象的結(jié)構(gòu)與方法選擇之間的關(guān)系，選擇不同的設(shè)備與技術(shù)自主構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)，并且可以靈活增加各種探索性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，觀察不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及現(xiàn)象，系統(tǒng)性完成從藥物鑒別、檢查到含量測定的整個知識體系的學(xué)習(xí)。例如，在我們構(gòu)建的培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本操作技能的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，每一個操作步驟都有與之相關(guān)的各種器皿的選擇，學(xué)生可以自由選擇并進(jìn)行操作，從而得到不同的實(shí)驗(yàn)操作結(jié)果，從結(jié)果的正確與否，學(xué)生可以有效思考實(shí)驗(yàn)過程中的選擇是否合理，從而找到解決問題的方法。通過這樣的方式，不僅可以激發(fā)學(xué)生探究問題的積極性，還可以開闊學(xué)生的視野，打開思路，促進(jìn)學(xué)生對課程知識的理解、掌握、拓展和深化，增強(qiáng)創(chuàng)新意識的培養(yǎng)以及提高分析問題與解決問題能力。

4 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)基本操作虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺在藥物分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的引入，規(guī)范了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高了藥物分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，具有與傳統(tǒng)教學(xué)模式不可比擬的優(yōu)勢。但是，也需要克服其局限性，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)無法提供給學(xué)生在實(shí)踐過程中對實(shí)物的感官認(rèn)識；不利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力；無法預(yù)知不確定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果等。因此，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的開展仍需要與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，做到虛實(shí)結(jié)合，以虛促實(shí)，這樣才能為培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)實(shí)踐能力和自主創(chuàng)新能力提供有力保障。此外，在藥物分析實(shí)驗(yàn)中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的發(fā)展方向除了根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的要求進(jìn)行設(shè)計外，還可關(guān)注與藥品實(shí)際流通中各種檢驗(yàn)崗位相聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)，將職業(yè)能力的培養(yǎng)納入學(xué)習(xí)中，讓學(xué)生盡快適應(yīng)社會發(fā)展的需要。