中藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐的回顧與展望

徐冰 史新元 喬延江

【摘要】國內(nèi)中藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程經(jīng)過十余年的建設(shè)，已基本形成了以教育信息化為主線，以國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為基礎(chǔ)，以國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流課程為依托，以信息技術(shù)和智能技術(shù)與教育融合為特征的教學(xué)體系。該文以時(shí)間為軸，將中藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展歷程分為萌芽期、平臺建設(shè)期和內(nèi)涵建設(shè)期三個(gè)階段，系統(tǒng)總結(jié)了國內(nèi)中藥學(xué)虛擬仿真教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并探討了未來發(fā)展方向，為進(jìn)一步促進(jìn)中藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與發(fā)展提供參考。

【關(guān)鍵詞】中藥學(xué)? 虛擬仿真? 一流課程? 信息技術(shù)

【基金項(xiàng)目】教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目（YG-bjzyydx-20210818;BUCM-2021-JWC-CXY-03）;北京中醫(yī)藥大學(xué)教學(xué)名師工作坊（MSGZF-202002）。

【中圖分類號】G642;R-4 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）40-0099-02

中藥學(xué)是實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用學(xué)科，由于學(xué)科的自身特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)工作中往往存在一些困難，如野外實(shí)踐無法涵蓋藥用植物生長全周期和全環(huán)境、制藥實(shí)驗(yàn)難以進(jìn)入企業(yè)核心工藝區(qū)、高端大型設(shè)備難以進(jìn)課堂、學(xué)生臨床實(shí)踐受限等。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程借助現(xiàn)代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“虛擬做真實(shí)驗(yàn)”，著力解決真實(shí)實(shí)驗(yàn)條件不具備或運(yùn)行困難，或涉及高危、高成本、高消耗實(shí)驗(yàn)問題。與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相互輔助，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。本文以時(shí)間為軸，系統(tǒng)梳理國內(nèi)中藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐歷程，分階段總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并探討了未來發(fā)展方向，為進(jìn)一步促進(jìn)中藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與發(fā)展提供參考。

一、萌芽期

本世紀(jì)初至2012年，相繼出現(xiàn)了零星的中藥學(xué)數(shù)字化教學(xué)資源的開發(fā)和應(yīng)用案例。如數(shù)字化中藥標(biāo)本館建設(shè)[1]，實(shí)現(xiàn)中藥材標(biāo)本在Internet上的展示和檢索。陶歐等[2]采用虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual reality，VR）技術(shù)構(gòu)建了虛擬中藥材模型，實(shí)現(xiàn)了藥材幾何形狀和表面紋理特征的計(jì)算機(jī)表達(dá)。劉洋等[3]探討了采用VR技術(shù)進(jìn)行中藥化學(xué)實(shí)驗(yàn)可行方案。莊義修等[4]開發(fā)了中藥制藥實(shí)訓(xùn)仿真教學(xué)軟件，模擬生產(chǎn)工藝的操作。譚鵬等[5]總結(jié)了中藥炮制數(shù)字化平臺建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)。龔夢鵑等[6]采取虛擬實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式進(jìn)行中藥藥理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。通過這些探索，對中藥學(xué)各課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到了有效的輔助和促進(jìn)作用。但總的來說，這一階段對中藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系尚缺乏有效的整合和歸納，屬于中藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“萌芽期”。

二、平臺建設(shè)期

該階段從2012年至2016年，標(biāo)志性事件為教育部于2012年3月頒布的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃2011-2020》，推動(dòng)信息技術(shù)與高等教育深度融合，并提出“遴選和開發(fā)1500套虛擬仿真實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”。隨后，教育部于2013年至2016年間，遴選了300所國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。其中，中醫(yī)藥類國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心共5個(gè)，如表1所示。除國家平臺外，部分中醫(yī)藥院校自建了相應(yīng)平臺，如北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、貴陽中醫(yī)學(xué)院苗醫(yī)藥虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、河南中醫(yī)學(xué)院中醫(yī)藥虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心等。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)有效整合了各類虛擬課程資源，提高了虛擬實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源信息化管理和共享。

三、內(nèi)涵建設(shè)期

該階段對應(yīng)2017年至今。實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目是高校開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本單元，其建設(shè)水平直接決定實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整體質(zhì)量。2017年至2020年間，教育部組織開展了示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)。在2017年和2018年，共支持了12項(xiàng)國家級中藥學(xué)相關(guān)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，如表2第1～12項(xiàng)所示。為全面提高課程建設(shè)質(zhì)量，教育部在2018年新時(shí)代中國高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議上明確提出“淘汰水課”“打造金課”，啟動(dòng)一流本科課程建設(shè)“雙萬計(jì)劃”。2020年認(rèn)定了首批國家級一流本科課程，上述12個(gè)示范教學(xué)項(xiàng)目歸類為國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流課程，另外，在植物類課程中有3個(gè)與中藥學(xué)密切相關(guān)的項(xiàng)目，見表2第13～15項(xiàng)。在疫情防控期間，上述優(yōu)質(zhì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源在www.ilab-x.com網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)了全天候免費(fèi)開放。該階段建設(shè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程具備了優(yōu)質(zhì)、開放、共享等突出特征，屬于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“內(nèi)涵建設(shè)期”。

（中藥虛擬仿真實(shí)驗(yàn)類）

內(nèi)涵建設(shè)期間，在教育部指導(dǎo)下，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新聯(lián)盟于2019年在清華大學(xué)成立，已完成《虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程建設(shè)指南》編制工作，該聯(lián)盟正在制定《虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程建設(shè)技術(shù)規(guī)范》。部分高校教師積極利用教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目政策等，爭取企業(yè)支持并進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)。據(jù)作者統(tǒng)計(jì)，在2019-2020年間，約有15項(xiàng)中藥類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)課題獲得教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目的資助（見表3），增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented reality，AR）、TensorFlow和大數(shù)據(jù)等人工智能工具、以及流體力學(xué)機(jī)理模型開始用于中藥類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程。此外，還有大量的省級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目[7]。

四、未來展望

經(jīng)過十余年的建設(shè)，國內(nèi)已基本形成了以教育信息化為主線，以國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為基礎(chǔ)，以國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)一流課程等建設(shè)為依托，以信息技術(shù)和智能技術(shù)與教育融合為特征的中藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。疫情防控期間的經(jīng)驗(yàn)表明，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)將成為教學(xué)新常態(tài)和人才培養(yǎng)的重要手段。筆者認(rèn)為，未來中藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：（1）進(jìn)一步突出中藥學(xué)特色，加強(qiáng)校企合作和知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)[8];（2）面向社會(huì)需求和科技前沿，注重實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的創(chuàng)新，積極轉(zhuǎn)化引入科研前沿和重大工程實(shí)踐成果;（3）融入智能實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)理念，培育學(xué)生解決中藥學(xué)復(fù)雜科學(xué)和工程問題的能力;（4）進(jìn)一步推動(dòng)信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合，加強(qiáng)教學(xué)效果評價(jià)，提高虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]王榮祥，蔡宇.中藥標(biāo)本館的網(wǎng)絡(luò)建設(shè).遼寧中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，9（5）：198-199.

[2]陶歐，王耘，喬延江.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在中藥遠(yuǎn)程教學(xué)中的應(yīng)用.藥學(xué)教育，2008，24（4）：26-28.

[3]劉洋，石任兵，劉斌.中藥化學(xué)精品課程中的計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué).藥學(xué)教育，2008，24（2）：10-11.

[4]莊義修，段啟，項(xiàng)朝陽，等.中藥制藥實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng)軟件開發(fā)研究.黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，23（5）： 84-86.

[5]譚鵬，杜紅，李向日，等.中藥炮制學(xué)科數(shù)字化平臺建設(shè)的探討.中國中醫(yī)藥現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育，2012，10（4）：85.

[6]龔夢鵑，王暉，胡旭光，等.中藥藥理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索. 中藥與臨床，2012，3（2）：54-55.

[7]李孟，李玉賢，孫彥君，等.虛擬仿真法在中藥化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)和思考.中國中醫(yī)藥現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育，2021，19（9）：3-5.

[8]蘇成福，劉雅敏，李玉賢，等.創(chuàng)建中藥學(xué)類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的思考和建設(shè)思路.中國中醫(yī)藥現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育，2016，14（17）：1-3.

作者簡介：

徐冰（1985年-），男，山東菏澤人，副教授，主要從事中藥虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。

史新元（1976年-），女，陜西安康人，教授，主要從事中藥信息學(xué)教育工作。

喬延江（1956年-），男，山東乳山人，教授，主要從事中藥學(xué)高等教育工作。