虛擬仿真技術(shù)在注射劑實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

廖啟元　劉娛姍　王帆　經(jīng)嘉

摘 要：醫(yī)藥新政對高校藥學(xué)人才的培養(yǎng)和課程教學(xué)提出更嚴(yán)格的要求。文章分析了當(dāng)前藥劑學(xué)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的存在的諸多不足，對《小容量注射劑的制備及質(zhì)量評價(jià)實(shí)驗(yàn)》實(shí)施虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。結(jié)果表明，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)能克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中場地、環(huán)境、設(shè)備等不足，讓學(xué)生全面系統(tǒng)地學(xué)習(xí)注射劑的制備工藝、設(shè)備使用、質(zhì)量控制等內(nèi)容，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，顯著改善了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真;實(shí)驗(yàn)教學(xué);注射劑

近年來“仿制藥一致性評價(jià)”和“帶量采購”等醫(yī)藥政策的實(shí)施對制藥企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售等各環(huán)節(jié)提出的全新的挑戰(zhàn)[1-3]，促使藥企進(jìn)行內(nèi)部成本結(jié)構(gòu)調(diào)整，加劇了藥企競爭與轉(zhuǎn)型，逼迫藥企更加注重科技創(chuàng)新與成本控制，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。同時(shí)也對高校藥學(xué)人才的培養(yǎng)模式和教學(xué)方法提出了更高的要求[4]，全面掌握藥品生產(chǎn)工藝、設(shè)備使用維護(hù)、關(guān)鍵質(zhì)量控制及GMP文件管理等知識技能的藥學(xué)人才將更受企業(yè)青睞。

1 當(dāng)前傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的困境

藥劑學(xué)是一門研究藥物制劑的基本理論、處方設(shè)計(jì)、制備工藝及質(zhì)量控制的綜合性應(yīng)用技術(shù)科學(xué)，知識體系龐大而復(fù)雜，且需要大量實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)來學(xué)習(xí)掌握藥品生產(chǎn)的各方面知識，如生產(chǎn)工藝、設(shè)備使用與維護(hù)、空氣凈化、消毒滅菌等。

注射劑是《藥劑學(xué)》的重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容之一。其是臨床上常見的一種劑型，廣泛應(yīng)用于急救、麻醉、治療等。真實(shí)的注射劑是在GMP車間中的A級、B級和C級潔凈度下生產(chǎn)，環(huán)境條件要求極其嚴(yán)格，且需要安瓿拉絲灌封機(jī)、高壓滅菌柜、脫碳過濾器等設(shè)備，工藝復(fù)雜且危險(xiǎn)。因而《小容量注射劑的制備及質(zhì)量評價(jià)實(shí)驗(yàn)》所需的環(huán)境和條件在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室難以達(dá)到，大量教學(xué)環(huán)節(jié)和內(nèi)容不得不省略。種種原因?qū)е聦W(xué)生無法全面系統(tǒng)的掌握注射劑的生產(chǎn)知識，所以急需對傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式進(jìn)行改革。

2 虛擬仿真教學(xué)的優(yōu)勢

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是利用視頻、動(dòng)畫等構(gòu)建高度仿真的虛擬現(xiàn)實(shí)場景讓學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)終端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的一種教學(xué)方式[5]。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比有著獨(dú)特的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在：（1）系統(tǒng)、完整的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。由于真實(shí)生產(chǎn)需要嚴(yán)格的GMP車間、溫濕度環(huán)境，加上設(shè)備體積、安全運(yùn)行等方面的因素限制，《小容量注射劑的制備及質(zhì)量評價(jià)實(shí)驗(yàn)》的教學(xué)內(nèi)容比較簡單，僅僅安排了配液、手工灌裝和手工熔封內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對簡單，與真實(shí)情況差距較大，而通過虛擬仿真技術(shù)可實(shí)現(xiàn)完整的生產(chǎn)工藝，且融合了制藥設(shè)備的操作維護(hù)，GMP文件的管理等各方面內(nèi)容，盡量接近真實(shí)的藥品生產(chǎn)過程。（2）緩解實(shí)驗(yàn)室空間資源不足的矛盾。真實(shí)GMP車間各崗位僅可容納數(shù)人，而每次實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)人數(shù)多達(dá)90人以上。所以即使有真實(shí)GMP廠房也無法進(jìn)行傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可在計(jì)算機(jī)機(jī)房中開展，還可多人次、重復(fù)實(shí)驗(yàn)，將教學(xué)資源的利用達(dá)到最大化。（3）有效解決學(xué)生實(shí)驗(yàn)課時(shí)不足的問題。藥品生產(chǎn)中許多單元操作環(huán)節(jié)耗時(shí)就需長達(dá)數(shù)小時(shí)，有限的實(shí)驗(yàn)課時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠完成整個(gè)藥品生產(chǎn)過程。借助虛擬仿真技術(shù)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度可調(diào)模塊，既保持了實(shí)驗(yàn)的完整性和系統(tǒng)性，同時(shí)也因地制宜簡化實(shí)驗(yàn)流程，降低實(shí)驗(yàn)操作的復(fù)雜性，大大提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。（4）降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本、減少安全事故。傳統(tǒng)的真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要消耗大量原輔料以及水電，此外有毒有害物料的使用對學(xué)生、教師以及環(huán)境造成威脅。各類制藥設(shè)備的采購更新、維護(hù)維修需要大量的人力物力，注射劑的高壓滅菌過程也容易導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)全部在計(jì)算機(jī)上完成，完全避免以上各種安全隱患，確保了師生的人身安全和環(huán)境安全[6-7]。

3 虛擬仿真教學(xué)的實(shí)施過程

3.1 課前預(yù)習(xí)

課前，教師通過QQ、微信及學(xué)習(xí)通等班級學(xué)習(xí)平臺發(fā)布實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)資料，包括首頁、教案、詳案、思考題等。學(xué)生獨(dú)立線上學(xué)習(xí)，也可隨時(shí)向教師提問，師生線上互動(dòng)交流。教師通過后臺程序，預(yù)判學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，同時(shí)對教學(xué)思路和教學(xué)過程做出相應(yīng)的微調(diào)。

3.2 課中教學(xué)

第一步，通過教師講授和指導(dǎo)，學(xué)生自主開展“制藥廠區(qū)、注射劑GMP車間漫游”，體驗(yàn)制藥廠的總平面設(shè)計(jì)、GMP車間布置設(shè)計(jì)和設(shè)備管道布置設(shè)計(jì)，理解《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》對生產(chǎn)人員和制藥廠房與設(shè)施的規(guī)定。與此同時(shí)，學(xué)生熟悉仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的操作方法。

第二步，通過小組合作學(xué)習(xí)的方法，以小組為單位，按下圖對照小容量注射劑生產(chǎn)工藝流程，對注射用水的制備、安瓿瓶清洗、干燥滅菌、濃配稀配、灌封、滅菌檢漏、質(zhì)量檢驗(yàn)六個(gè)仿真子任務(wù)模塊進(jìn)行仿真操作，學(xué)生需按順序完成每一模塊的仿真任務(wù)才能進(jìn)入下一模塊。仿真系統(tǒng)記錄學(xué)生操作的步驟和結(jié)果。

第三步，系統(tǒng)導(dǎo)出記錄，生成并打印電子版實(shí)驗(yàn)報(bào)告。通過個(gè)人評價(jià)和小組同伴評價(jià)兩種方式。與此同時(shí)，積累實(shí)驗(yàn)資源，并對仿真系統(tǒng)資料庫進(jìn)行持續(xù)修訂。

3.3 課后總結(jié)

各小組討論在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤及由此帶來的各種后果，聯(lián)系理論知識加以解釋，并提出解決方案。每組選出代表進(jìn)行發(fā)言總結(jié)，最后由教師進(jìn)行點(diǎn)評。

3.4 實(shí)驗(yàn)得分

整個(gè)實(shí)驗(yàn)的最終得分按下表進(jìn)行評分。

4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評價(jià)

通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生掌握了注射劑生產(chǎn)中GMP環(huán)境要求以及生產(chǎn)工藝流程和操作要點(diǎn)，熟悉各工藝流程使用的設(shè)備，并對機(jī)器使用狀態(tài)及參數(shù)設(shè)置有所初步了解，對成品質(zhì)量檢驗(yàn)有正確認(rèn)識，從而為學(xué)生的制藥技能和操作水平提高奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 虛擬仿真教學(xué)相比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足

5.1 原輔料性狀及車間環(huán)境缺乏真實(shí)感

雖然虛擬仿真軟件能夠基本再現(xiàn)原輔料的生產(chǎn)過程變化和GMP車間環(huán)境，但仍達(dá)不到讓學(xué)生親自觀察各種真實(shí)原輔料的外觀性狀、體驗(yàn)真實(shí)GMP車間的效果，如脫碳過濾環(huán)境藥液顏色的變化，C級潔凈度溫濕度的人體感受等。

5.2 設(shè)備操作和質(zhì)量控制過于簡單化

軟件中各類制藥設(shè)備的操作只需點(diǎn)擊開關(guān)即可完成攪拌、過濾、滅菌過程等，但在真實(shí)生產(chǎn)中許多環(huán)節(jié)需要不僅豐富的操作經(jīng)驗(yàn)，還需控制大量參數(shù)反復(fù)調(diào)節(jié)。如安瓿拉斯灌封機(jī)，火焰的溫度應(yīng)隨安瓿瓶的種類規(guī)格變化而改變，否則極易出現(xiàn)封口不嚴(yán)、焦頭、爆頭等現(xiàn)象。而虛擬仿真軟件上沒有展示此類細(xì)節(jié)，讓學(xué)生誤以為灌封環(huán)節(jié)十分簡單，將來走上崗位后容易造成各種質(zhì)量事故和安全生產(chǎn)事故。

5.3 缺乏企業(yè)人員的指導(dǎo)

企業(yè)內(nèi)從事藥品生產(chǎn)的技術(shù)人員長期處在生產(chǎn)的一線，對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各種質(zhì)量問題、制劑設(shè)備的維護(hù)、安全隱患等都有清晰與完整的認(rèn)識，對行業(yè)的現(xiàn)狀和趨勢有著深刻的體會和認(rèn)識。這些寶貴的經(jīng)驗(yàn)和社會認(rèn)知學(xué)生只有在實(shí)習(xí)見習(xí)環(huán)節(jié)才能實(shí)地走進(jìn)企業(yè)后和此類人員交流后獲得，而虛擬仿真軟件中均缺乏此類人文素質(zhì)的培養(yǎng)內(nèi)容。

5.4 細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)有待完善

漫游廠區(qū)和GMP車間模塊使用鍵盤和鼠標(biāo)操作，轉(zhuǎn)向不夠平滑精準(zhǔn)，長時(shí)間看電腦屏幕容易導(dǎo)致視力疲勞、頭暈惡心，建議設(shè)置手柄搖桿等設(shè)備來操作，增加觀看流暢性。管道上的箭頭顏色過多，開關(guān)沒有顯示是否可以運(yùn)作，使得學(xué)生需要大量練習(xí)才能熟悉操作。

6 總結(jié)與展望

當(dāng)前，我國醫(yī)藥行業(yè)已進(jìn)入轉(zhuǎn)型發(fā)展的新常態(tài)，特別是“仿制藥一致性評價(jià)”政策不僅影響了醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的格局，也提高了企業(yè)對藥學(xué)人才的綜合素質(zhì)要求。傳統(tǒng)的藥物制劑實(shí)驗(yàn)教學(xué)因多方面因素的限制，難以開展復(fù)雜且危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，已無法滿足新形勢下的人才培養(yǎng)要求。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)雖存在一些不足，尚無法完全替代傳統(tǒng)的真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，但其打破了時(shí)間、環(huán)境、安全等方面的限制，同時(shí)可大幅度降低實(shí)驗(yàn)耗材的成本，彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，能極大地改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

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基金項(xiàng)目：安徽中醫(yī)藥高等專科學(xué)校教學(xué)研究項(xiàng)目（2019 jyxm15）;安徽中醫(yī)藥高等專科學(xué)校教學(xué)研究項(xiàng)目（2019jyxm25）

作者簡介：廖啟元（1979— ），男，湖北武漢人，碩士，副教授，從事藥學(xué)教學(xué)與研究。