虛擬仿真在中藥藥理學(xué)實驗課程中的應(yīng)用前景淺析

李良同 常豐華 何穎 王士杰（通訊作者）

（吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院中藥學(xué)院，吉林 吉林 132101）

中藥學(xué)專業(yè)是高等中醫(yī)藥的特色專業(yè)之一，中藥藥理學(xué)（Pharmacology of Traditional Chinese Medicine）作為中藥學(xué)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)必修課之一，它能夠在中醫(yī)藥理論的指導(dǎo)下，運用現(xiàn)代科學(xué)方法，研究中藥和機體（包括人體、動物體、病原體）相互作用及作用規(guī)律[1-2]。學(xué)習(xí)和掌握中藥藥理學(xué)有利于加深學(xué)生對傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的理解，拓寬學(xué)生的思路，培養(yǎng)學(xué)生的民族自信和文化自信。中藥藥理學(xué)的傳統(tǒng)教學(xué)更注重理論教學(xué)，實驗學(xué)時較少，而實驗教學(xué)是其教學(xué)中不可或缺的環(huán)節(jié)，這就限制了學(xué)生對中藥藥理學(xué)的深入理解，但中藥藥理學(xué)更應(yīng)注重實驗及實踐教學(xué)，因此這就對中藥藥理學(xué)實驗提出了更高的要求。

虛擬仿真（Virtual Reality）是用一個系統(tǒng)創(chuàng)建并模擬另一個真實系統(tǒng)的技術(shù)，用戶可以在其創(chuàng)建的虛擬系統(tǒng)中借助視覺、聽覺、觸覺等多種感覺與虛擬世界進行自然的交互。虛擬仿真實驗是以計算機虛擬現(xiàn)實和數(shù)碼仿真技術(shù)為核心，利用計算機或者移動終端模擬動物實驗操作過程，包括實驗動物的捉拿和固定、給藥方式、麻醉、取血以及處死等實驗操作，也可以通過虛擬仿真系統(tǒng)模擬實驗儀器的具體操作，比如722 分光光度計、離心機、小動物呼吸機以及高效液相色譜儀等常用儀器，虛擬仿真實驗是一種允許反復(fù)操作，不需要實驗動物和實驗儀器的先進教學(xué)手段，具有沉浸性、交互性、構(gòu)思性的特征[3-4]。為進一步提高中藥藥理學(xué)的實驗教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，虛擬仿真項目的應(yīng)用已成為趨勢。

一、中藥藥理學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀

（一）實驗學(xué)時有限

由于部分高校為應(yīng)用型大學(xué)，校內(nèi)學(xué)時被壓縮，一些專業(yè)課程學(xué)時也相應(yīng)減少，因此，教師會精簡教學(xué)內(nèi)容。而中藥藥理學(xué)的實驗項目較多，包含不同的動物模型和藥效評價標準。并且，由于中藥藥理學(xué)實驗以其理論為基礎(chǔ)，結(jié)合藥理學(xué)、中藥鑒定學(xué)、中藥學(xué)、中藥炮制學(xué)、方劑學(xué)等相關(guān)學(xué)科的理論和技術(shù)，綜合性較強，而學(xué)時有限，教師則會刪減某些實驗內(nèi)容，必然會導(dǎo)致學(xué)生對理論知識的理解運用出現(xiàn)困難并且不利于其構(gòu)建完整的課程和知識體系[5-6]。

（二）學(xué)生課前預(yù)習(xí)不充分

由于課程時間被壓縮，課程相對集中，學(xué)生對實驗學(xué)習(xí)和探究興趣有所下降。而且實驗學(xué)時減少，實驗教學(xué)多以驗證性實驗為主，開展設(shè)計性實驗訓(xùn)練難度較大。并且在有限的實驗條件下，學(xué)生實驗操作機會較少，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣便會大大減少，對于老師布置的課前預(yù)習(xí)及預(yù)習(xí)報告不上心，只在課上聽老師講授后直接進行實驗，難以深入理解實驗的內(nèi)涵，并且很難將實驗與理論結(jié)合在一起。同時，由于中藥藥理學(xué)的部分實驗內(nèi)容與藥理學(xué)實驗有部分相似，部分學(xué)生會出現(xiàn)“重復(fù)學(xué)習(xí)的內(nèi)容沒有意義”的想法，實驗設(shè)計缺乏了新意，更容易降低學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性[7]。

（三）學(xué)生實際操作能力較差

目前，大部分學(xué)校存在實驗條件不足的情況，每個學(xué)生很難充分鍛煉動物實驗的基本操作，包括實驗小鼠的捉持、灌胃、皮下注射、腹腔注射以及解剖等基本操作。在實驗進行過程中，由于操作不規(guī)范，耗時過長等問題便隨之而來，實驗效果達不到預(yù)期。由于實驗學(xué)時有限，學(xué)生動手實踐時間較少，實驗基本操作得不到有效鍛煉，更不利于開展綜合性實驗。

由于開展綜合性實驗難度較大，學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研思維能力得不到提高，難于參與到老師的科研中。長此以往，學(xué)生專業(yè)基本素質(zhì)不足以融入教師的科研中，并且更容易陷入惡性循環(huán)中。

二、虛擬仿真的優(yōu)勢

（一）節(jié)省實驗課程教學(xué)時間

中藥藥理學(xué)實驗大多利用實驗動物進行，難度系數(shù)較大。對于一些實驗的基本操作，教師可以將一些教學(xué)視頻提前發(fā)給學(xué)生，供學(xué)生掌握基本信息。在實驗學(xué)時較為緊張的情況下，學(xué)生可以利用空閑時間在虛擬仿真平臺進行學(xué)習(xí)，提前進入實驗狀態(tài)，了解實驗操作注意事項。在正式進行中藥藥理學(xué)實驗時，能夠更快地掌握其操作要領(lǐng)，縮短實驗課程教學(xué)時間以及操作時間。同時，也可以降低實驗教學(xué)成本實現(xiàn)實驗廢棄物的零排放。

（二）學(xué)生體驗感更強

由于虛擬仿真其本身具有沉浸性、交互性的特性，與線上教學(xué)相比，虛擬仿真的應(yīng)用能讓學(xué)生的體驗感更強[8]。老師在理論教學(xué)的過程中，可以將一些實驗內(nèi)容帶入，讓學(xué)生對實驗內(nèi)容有初步了解。同時，教師也可以將中藥藥理學(xué)的相關(guān)內(nèi)容與藥理學(xué)的相關(guān)內(nèi)容進行比較，會讓學(xué)生對課程之間的相互聯(lián)系有更深入的了解。引入虛擬仿真實驗后，學(xué)生可以在學(xué)習(xí)理論知識后，進行相關(guān)實驗的學(xué)習(xí)，對實驗操作中可能遇到的問題和實驗結(jié)果有預(yù)期的認知。在實驗中，能夠發(fā)現(xiàn)問題并更好的解決問題。

（三）為設(shè)計性實驗展開提供便利條件

現(xiàn)有實驗條件下，本科實驗教學(xué)大多為驗證性實驗。而本科實驗教學(xué)改革的重點是學(xué)生自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新和科研思維能力的培養(yǎng)。應(yīng)用虛擬仿真實驗后，學(xué)生可以打開思路，將中藥藥理、中藥鑒定、炮制等多門課程的實驗綜合起來，預(yù)期實驗效果，為設(shè)計性實驗開展提供便利條件，對學(xué)生的畢業(yè)論文設(shè)計也會有很大的幫助[9]。同時，學(xué)生也能更好、更快的融入到教師的科研項目中，教師和學(xué)生相輔相成，加快教師的科研進展，學(xué)生的綜合素質(zhì)也會得到很大的提高。

三、虛擬仿真在中藥藥理學(xué)實驗中應(yīng)用的預(yù)期效果及前景

（一）延申與拓展傳統(tǒng)教學(xué)

由于實驗學(xué)時被逐漸壓縮，中藥藥理學(xué)實驗更多的是作為理論課內(nèi)容的輔助，學(xué)生在有限的實驗課程中，僅能掌握實驗的基本操作以及相關(guān)知識點，有的學(xué)生在實驗課結(jié)束后甚至不敢捉拿小鼠，只能被動的接受實驗課本上的內(nèi)容，而缺少了學(xué)習(xí)知識的主動性。虛擬仿真實驗是以計算機虛擬現(xiàn)實和數(shù)碼仿真技術(shù)為核心，利用計算機模擬實驗操作過程[10]，學(xué)生可以在開放網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下學(xué)習(xí)并反復(fù)操作，不需要實驗動物和儀器的先進手段。例如，在“藥物對小鼠小腸運動的影響”實驗中，學(xué)生要學(xué)習(xí)使用炭末推進法測定小鼠小腸運動，并觀察M 受體阻斷藥（阿托品）和瀉下藥（芒硝）對小腸運動的影響。學(xué)生可以在課前應(yīng)用虛擬仿真系統(tǒng)學(xué)習(xí)實驗操作、進行模擬并預(yù)估實驗結(jié)果。任課教師在進行實驗講解時，會節(jié)省時間，可以將西藥藥理于中藥藥理聯(lián)系在一起，學(xué)生對于藥理會有更深刻的認識。同時，學(xué)生對于實驗操作中出現(xiàn)的問題也能夠及時解決并且印象更加深刻。通過虛擬仿真實驗系統(tǒng)，學(xué)生可以應(yīng)用在課前預(yù)習(xí)和課后的及時鞏固，節(jié)省教師的實驗教學(xué)時間。教師可以利用這部分時間將不同課程聯(lián)系起來，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計實驗，化被動為主動，提升教學(xué)質(zhì)量，進一步完善課程體系，使傳統(tǒng)教學(xué)得到延申與拓展。

（二）激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維

傳統(tǒng)的中藥藥理學(xué)實驗多為驗證性實驗，學(xué)生將所學(xué)知識靈活運用的能力較低，無法更好的激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。應(yīng)用虛擬仿真后，一方面，教師節(jié)省了實驗課的理論講授和實驗操作示范時間，學(xué)生將會有更多的時間進行主動思考，更有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。學(xué)生無需擔心實驗操作不當而導(dǎo)致的貴重儀器的損壞或者實驗動物的死亡，可以放開手腳，大膽設(shè)想。學(xué)生可以以此為基礎(chǔ)，結(jié)合自己的興趣，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下積極參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目以及其他競賽項目的申報，查閱文獻，設(shè)計實驗并開展實驗，學(xué)生的管理能力和團結(jié)協(xié)作能力也會得到提成。另一方面，學(xué)生能夠通過虛擬仿真自主創(chuàng)新設(shè)計實驗，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，學(xué)習(xí)興趣也會得到提高，能夠在最大限度內(nèi)運用多種儀器設(shè)備，大膽的進行試驗設(shè)想。這些設(shè)想也可以作為畢業(yè)論文（設(shè)計）的基礎(chǔ)，實驗室利用效率增高，節(jié)約實驗成本，教師的壓力也會大大減少。

（三）虛擬仿真的應(yīng)用前景

目前，大多數(shù)學(xué)校實驗室條件有限，常常會出現(xiàn)實驗室緊張，實驗學(xué)時壓縮，實驗室難于管理等現(xiàn)象，并且一些大型實驗儀器價格昂貴，在本科生教學(xué)過程中，大多以教師示范為主，這就會導(dǎo)致學(xué)生理解不深。虛擬仿真實驗教學(xué)是對傳統(tǒng)實驗教學(xué)的補充，能夠節(jié)省學(xué)生預(yù)習(xí)以及老師講解的時間，不受時間、空間和資源的限制。加強虛擬仿真實驗教學(xué)的建設(shè)有利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，校內(nèi)院系之間甚至是多校之間虛擬仿真實驗教學(xué)的資源共享，更有利于教學(xué)與科研的交流，實現(xiàn)共同發(fā)展。

四、結(jié)語

中醫(yī)藥是我國人民與疾病作斗爭的智慧結(jié)晶，對中華民族的繁衍昌盛做出了巨大貢獻；中醫(yī)藥又是世界傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的中藥組成部分，并對世界醫(yī)學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了重大影響[11]。迄今為止，中醫(yī)藥仍然為人類的醫(yī)療保健事業(yè)發(fā)揮著中藥作用。但《中藥藥理學(xué)》教材僅問世30 余年，尚在教學(xué)探索的初期階段[12]。而虛擬仿真實驗具有開放、自主、交互、高效、安全且經(jīng)濟的特點，能夠更好的融入在學(xué)生的課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)中，可緩解中藥藥理學(xué)實驗所面臨的耗材、場地以及時間等問題[13-14]。因此，將中藥藥理學(xué)實驗與虛擬仿真教學(xué)相結(jié)合，能夠促進其教學(xué)水平的穩(wěn)步提高。