虛擬仿真在中藥藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)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(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)方法，研究中藥和機(jī)體（包括人體、動(dòng)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(duì)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(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)較少，而實(shí)驗(yàn)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(duì)中藥藥理學(xué)的深入理解，但中藥藥理學(xué)更應(yīng)注重實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐教學(xué)，因此這就對(duì)中藥藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)提出了更高的要求。

虛擬仿真（Virtual Reality）是用一個(gè)系統(tǒng)創(chuàng)建并模擬另一個(gè)真實(shí)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(jìn)行自然的交互。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是以計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)和數(shù)碼仿真技術(shù)為核心，利用計(jì)算機(jī)或者移動(dòng)終端模擬動(dòng)物實(shí)驗(yàn)操作過程，包括實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的捉拿和固定、給藥方式、麻醉、取血以及處死等實(shí)驗(yàn)操作，也可以通過虛擬仿真系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)儀器的具體操作，比如722 分光光度計(jì)、離心機(jī)、小動(dòng)物呼吸機(jī)以及高效液相色譜儀等常用儀器，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是一種允許反復(fù)操作，不需要實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和實(shí)驗(yàn)儀器的先進(jìn)教學(xué)手段，具有沉浸性、交互性、構(gòu)思性的特征[3-4]。為進(jìn)一步提高中藥藥理學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，虛擬仿真項(xiàng)目的應(yīng)用已成為趨勢(shì)。

一、中藥藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

（一）實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)有限

由于部分高校為應(yīng)用型大學(xué)，校內(nèi)學(xué)時(shí)被壓縮，一些專業(yè)課程學(xué)時(shí)也相應(yīng)減少，因此，教師會(huì)精簡教學(xué)內(nèi)容。而中藥藥理學(xué)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較多，包含不同的動(dòng)物模型和藥效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。并且，由于中藥藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)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(qiáng)，而學(xué)時(shí)有限，教師則會(huì)刪減某些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，必然會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解運(yùn)用出現(xiàn)困難并且不利于其構(gòu)建完整的課程和知識(shí)體系[5-6]。

（二）學(xué)生課前預(yù)習(xí)不充分

由于課程時(shí)間被壓縮，課程相對(duì)集中，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和探究興趣有所下降。而且實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)減少，實(shí)驗(yàn)教學(xué)多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練難度較大。并且在有限的實(shí)驗(yàn)條件下，學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作機(jī)會(huì)較少，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣便會(huì)大大減少，對(duì)于老師布置的課前預(yù)習(xí)及預(yù)習(xí)報(bào)告不上心，只在課上聽老師講授后直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，難以深入理解實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵，并且很難將實(shí)驗(yàn)與理論結(jié)合在一起。同時(shí)，由于中藥藥理學(xué)的部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)有部分相似，部分學(xué)生會(huì)出現(xiàn)“重復(fù)學(xué)習(xí)的內(nèi)容沒有意義”的想法，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)缺乏了新意，更容易降低學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性[7]。

（三）學(xué)生實(shí)際操作能力較差

目前，大部分學(xué)校存在實(shí)驗(yàn)條件不足的情況，每個(gè)學(xué)生很難充分鍛煉動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的基本操作，包括實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中，由于操作不規(guī)范，耗時(shí)過長等問題便隨之而來，實(shí)驗(yàn)效果達(dá)不到預(yù)期。由于實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)有限，學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐時(shí)間較少，實(shí)驗(yàn)基本操作得不到有效鍛煉，更不利于開展綜合性實(shí)驗(yàn)。

由于開展綜合性實(shí)驗(yàn)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(shì)

（一）節(jié)省實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)時(shí)間

中藥藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)大多利用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物進(jìn)行，難度系數(shù)較大。對(duì)于一些實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)較為緊張的情況下，學(xué)生可以利用空閑時(shí)間在虛擬仿真平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)，提前進(jìn)入實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，了解實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng)。在正式進(jìn)行中藥藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，能夠更快地掌握其操作要領(lǐng)，縮短實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)時(shí)間以及操作時(shí)間。同時(shí)，也可以降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)廢棄物的零排放。

（二）學(xué)生體驗(yàn)感更強(qiáng)

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(yàn)感更強(qiáng)[8]。老師在理論教學(xué)的過程中，可以將一些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容帶入，讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有初步了解。同時(shí)，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(jìn)行比較，會(huì)讓學(xué)生對(duì)課程之間的相互聯(lián)系有更深入的了解。引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生可以在學(xué)習(xí)理論知識(shí)后，進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作中可能遇到的問題和實(shí)驗(yàn)結(jié)果有預(yù)期的認(rèn)知。在實(shí)驗(yàn)中，能夠發(fā)現(xiàn)問題并更好的解決問題。

（三）為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)展開提供便利條件

現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下，本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。而本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)綜合起來，預(yù)期實(shí)驗(yàn)效果，為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)開展提供便利條件，對(duì)學(xué)生的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)也會(huì)有很大的幫助[9]。同時(shí)，學(xué)生也能更好、更快的融入到教師的科研項(xiàng)目中，教師和學(xué)生相輔相成，加快教師的科研進(jìn)展，學(xué)生的綜合素質(zhì)也會(huì)得到很大的提高。

三、虛擬仿真在中藥藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)被逐漸壓縮，中藥藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)更多的是作為理論課內(nèi)容的輔助，學(xué)生在有限的實(shí)驗(yàn)課程中，僅能掌握實(shí)驗(yàn)的基本操作以及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，有的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課結(jié)束后甚至不敢捉拿小鼠，只能被動(dòng)的接受實(shí)驗(yàn)課本上的內(nèi)容，而缺少了學(xué)習(xí)知識(shí)的主動(dòng)性。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是以計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)和數(shù)碼仿真技術(shù)為核心，利用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)動(dòng)物和儀器的先進(jìn)手段。例如，在“藥物對(duì)小鼠小腸運(yùn)動(dòng)的影響”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生要學(xué)習(xí)使用炭末推進(jìn)法測(cè)定小鼠小腸運(yùn)動(dòng)，并觀察M 受體阻斷藥（阿托品）和瀉下藥（芒硝）對(duì)小腸運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)操作、進(jìn)行模擬并預(yù)估實(shí)驗(yàn)結(jié)果。任課教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)講解時(shí)，會(huì)節(jié)省時(shí)間，可以將西藥藥理于中藥藥理聯(lián)系在一起，學(xué)生對(duì)于藥理會(huì)有更深刻的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作中出現(xiàn)的問題也能夠及時(shí)解決并且印象更加深刻。通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，學(xué)生可以應(yīng)用在課前預(yù)習(xí)和課后的及時(shí)鞏固，節(jié)省教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間。教師可以利用這部分時(shí)間將不同課程聯(lián)系起來，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，化被動(dòng)為主動(dòng)，提升教學(xué)質(zhì)量，進(jìn)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(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生將所學(xué)知識(shí)靈活運(yùn)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(shí)驗(yàn)課的理論講授和實(shí)驗(yàn)操作示范時(shí)間，學(xué)生將會(huì)有更多的時(shí)間進(jìn)行主動(dòng)思考，更有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。學(xué)生無需擔(dān)心實(shí)驗(yàn)操作不當(dāng)而導(dǎo)致的貴重儀器的損壞或者實(shí)驗(yàn)動(dòng)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(xiàng)目以及其他競(jìng)賽項(xiàng)目的申報(bào)，查閱文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并開展實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的管理能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力也會(huì)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(jì)實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，學(xué)習(xí)興趣也會(huì)得到提高，能夠在最大限度內(nèi)運(yùn)用多種儀器設(shè)備，大膽的進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)想。這些設(shè)想也可以作為畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)室利用效率增高，節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本，教師的壓力也會(huì)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(shí)驗(yàn)室條件有限，常常會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室緊張，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)壓縮，實(shí)驗(yàn)室難于管理等現(xiàn)象，并且一些大型實(shí)驗(yàn)儀器價(jià)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(huì)導(dǎo)致學(xué)生理解不深。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的補(bǔ)充，能夠節(jié)省學(xué)生預(yù)習(xí)以及老師講解的時(shí)間，不受時(shí)間、空間和資源的限制。加強(qiáng)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)的資源共享，更有利于教學(xué)與科研的交流，實(shí)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(zhēng)的智慧結(jié)晶，對(duì)中華民族的繁衍昌盛做出了巨大貢獻(xiàn)；中醫(yī)藥又是世界傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的中藥組成部分，并對(duì)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(shí)驗(yàn)具有開放、自主、交互、高效、安全且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，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(shí)驗(yàn)所面臨的耗材、場(chǎng)地以及時(shí)間等問題[13-14]。因此，將中藥藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)與虛擬仿真教學(xué)相結(jié)合，能夠促進(jìn)其教學(xué)水平的穩(wěn)步提高。