藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)與探索

溫 夢(mèng)

(錦州醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心， 錦州 121001)

藥學(xué)專(zhuān)業(yè)是一門(mén)應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)藥學(xué)人才必不可少的內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式在很大程度上關(guān)系著高校的學(xué)科建設(shè)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量[1，2]，是提高學(xué)生應(yīng)用技能、創(chuàng)新能力的重要手段，是培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才的重要途徑[3]。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)借助虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求[4]。藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是藥學(xué)專(zhuān)業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物[5]，是高等教育信息化建設(shè)和藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要內(nèi)容[6]。

1 藥學(xué)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的弊端

由于受到實(shí)驗(yàn)本身、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)及教學(xué)資源等因素制約，高校藥學(xué)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在諸多弊端。首先，由于某些實(shí)驗(yàn)自身的原因，如實(shí)驗(yàn)安全隱患較大、實(shí)驗(yàn)材料價(jià)格昂貴或?qū)嶒?yàn)耗時(shí)較長(zhǎng)等，此類(lèi)實(shí)驗(yàn)難以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中開(kāi)展；其次，由于師資力量、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)等因素限制，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有限的學(xué)時(shí)無(wú)法滿(mǎn)足學(xué)生實(shí)驗(yàn)失敗后的重新操作[7,8]；最后，由于學(xué)校大型儀器等教學(xué)資源有限，無(wú)法保證每位學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課堂具有充足的時(shí)間操作。這些因素在一定程度上限制了藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展與教學(xué)質(zhì)量的進(jìn)一步提高。

因此，為彌補(bǔ)藥學(xué)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的弊端，結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)、人才培養(yǎng)要求，我們進(jìn)行了藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)與探索。

2 藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)內(nèi)容

藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心是錦州醫(yī)科大學(xué)首批獲得遼寧省教育廳虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)項(xiàng)目。在遼寧省與錦州醫(yī)科大學(xué)等相關(guān)經(jīng)費(fèi)的支持下，藥學(xué)院依據(jù)學(xué)科發(fā)展特點(diǎn)，依托現(xiàn)有教學(xué)資源及人才優(yōu)勢(shì)，以提高藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力的目標(biāo)，進(jìn)行了藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)。藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)，包括教學(xué)環(huán)境硬件建設(shè)、軟件建設(shè)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)及管理體系建設(shè)。

2.1 硬件建設(shè)

藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心根據(jù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要，配備教師機(jī)、多媒體演示機(jī)及一定數(shù)量的學(xué)生機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、區(qū)域互聯(lián)、資源共享，滿(mǎn)足教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)的需要以及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程的開(kāi)展和藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的長(zhǎng)期發(fā)展等硬件需求[9]。

2.2 軟件建設(shè)

藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心軟件建設(shè)遵循能實(shí)不虛、虛實(shí)結(jié)合的原則，結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)與藥學(xué)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)資源，錦州醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院抽調(diào)各學(xué)科骨干教師參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，與多個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件公司共同開(kāi)發(fā)或購(gòu)買(mǎi)藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目軟件。軟件包括藥學(xué)基本操作訓(xùn)練類(lèi)、大型精密儀器原理及操作類(lèi)、完整實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目類(lèi)三大類(lèi)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋了儀器分析、藥物化學(xué)、生藥學(xué)、藥劑學(xué)、臨床藥理學(xué)等多個(gè)藥學(xué)相關(guān)學(xué)科，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目共計(jì)10余個(gè)。師生可登錄系統(tǒng)，在電腦端與手機(jī)端共同使用。藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的軟件建設(shè)完成了開(kāi)設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程的前期準(zhǔn)備工作，滿(mǎn)足學(xué)校藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與藥學(xué)虛擬仿真平臺(tái)發(fā)展的軟件需求[8]。

2.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)

依據(jù)藥學(xué)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，藥學(xué)院整合各學(xué)科虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)全面、有序地納入各學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由試運(yùn)行到選修課、必修課逐步有序開(kāi)展，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)彼此互補(bǔ)，形成有機(jī)統(tǒng)一的整體。在藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師優(yōu)化整合教學(xué)內(nèi)容，探索構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

2.4 管理體系建設(shè)

藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)行二級(jí)學(xué)院管理機(jī)制。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)進(jìn)度、實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心使用安排、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)與開(kāi)發(fā)等由藥學(xué)院集中管理和協(xié)調(diào)安排，日常管理由藥學(xué)院藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心統(tǒng)一負(fù)責(zé)。藥學(xué)院依據(jù)藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理需求，鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師與實(shí)驗(yàn)中心管理人員參加虛擬仿真建設(shè)交流與培訓(xùn)，組織院內(nèi)教師技術(shù)交流，提升教師虛擬仿真課程教學(xué)能力、拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域，建立健全各項(xiàng)規(guī)章制度，加強(qiáng)中心管理，統(tǒng)籌資源安排，提高實(shí)驗(yàn)中心人員管理水平，使各項(xiàng)管理工作規(guī)范化、科學(xué)化，確保了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程的開(kāi)展和藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的順利運(yùn)行。

3 藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)

藥學(xué)院利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心開(kāi)設(shè)多種藥學(xué)類(lèi)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過(guò)內(nèi)容豐富、安全性高并可重復(fù)學(xué)習(xí)操作的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，完善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本[10]，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足。

3.1 豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，提高了安全性與環(huán)保性

藥學(xué)類(lèi)實(shí)驗(yàn)中常會(huì)使用易燃、易爆或有毒化學(xué)試劑，且常產(chǎn)生有毒固液廢料等。還有一些經(jīng)典藥學(xué)實(shí)驗(yàn)耗時(shí)較長(zhǎng)。在實(shí)際教學(xué)中，我們只能避免這類(lèi)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)設(shè)。但此類(lèi)實(shí)驗(yàn)的操作經(jīng)常又是學(xué)生需要掌握的實(shí)驗(yàn)技能。教師通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開(kāi)展此類(lèi)具有危險(xiǎn)性和耗時(shí)較長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可以將實(shí)驗(yàn)過(guò)程的完整呈現(xiàn)，并將關(guān)鍵步驟壓縮到較短的時(shí)間且在課堂上呈現(xiàn)出來(lái)，豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，提高了實(shí)驗(yàn)的安全性與環(huán)保性。

3.2 有效節(jié)約實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本

藥學(xué)類(lèi)實(shí)驗(yàn)中許多實(shí)驗(yàn)材料價(jià)格昂貴、藥材不易獲取，大型的儀器購(gòu)置價(jià)格昂貴、重復(fù)利用率低，開(kāi)設(shè)此類(lèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本較高。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中由于實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)有限，只能避免這類(lèi)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)設(shè)。虛擬仿真技術(shù)通過(guò)模擬此類(lèi)實(shí)驗(yàn)操作，供學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理和操作，有效節(jié)約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本。

3.3 打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)空限制，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果

藥學(xué)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)主要采用課堂教學(xué)，但這種教學(xué)方式受到教學(xué)時(shí)間和空間的限制。例如，有限的課堂時(shí)間無(wú)法滿(mǎn)足學(xué)生實(shí)驗(yàn)失敗后的重新操作，某些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由于所需時(shí)間較長(zhǎng)而無(wú)法在有限教學(xué)時(shí)間內(nèi)開(kāi)設(shè)，或者某些實(shí)驗(yàn)必須在固定實(shí)驗(yàn)環(huán)境下開(kāi)展。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可借助多媒體技術(shù)，使實(shí)驗(yàn)課的開(kāi)設(shè)不再受到課堂時(shí)間和空間束縛，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可在電腦和手機(jī)端同步運(yùn)行。學(xué)生可以隨時(shí)隨地完成各類(lèi)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，操作不受到時(shí)間和次數(shù)限制，在課堂中及課后重復(fù)練習(xí)，不斷熟練操作技能，改良實(shí)驗(yàn)方法。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)習(xí)效果，成為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有益補(bǔ)充。

3.4 模擬復(fù)雜環(huán)境，使學(xué)生知識(shí)更具系統(tǒng)性和完整性

藥學(xué)學(xué)科涉及實(shí)驗(yàn)環(huán)境復(fù)雜，高校本科教學(xué)資源有限，無(wú)法為學(xué)生提供所有實(shí)驗(yàn)環(huán)境。校外制藥企業(yè)是學(xué)生參與實(shí)踐的重要場(chǎng)所。但受限于制藥企業(yè)生產(chǎn)時(shí)間、GMP生產(chǎn)環(huán)境等，學(xué)生只能通過(guò)參觀的方式了解生產(chǎn)過(guò)程。由于參觀時(shí)間有限，學(xué)生無(wú)法有效地了解生產(chǎn)流程、設(shè)備與工藝的結(jié)構(gòu)與原理。虛擬仿真平臺(tái)可以模擬藥企生產(chǎn)、檢驗(yàn)各個(gè)環(huán)節(jié)和某些高校難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜實(shí)驗(yàn)環(huán)境，將環(huán)境細(xì)節(jié)全方位展示，幫助學(xué)生熟悉藥品生產(chǎn)、檢驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)更多由于環(huán)境復(fù)雜難以實(shí)際操作的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生的藥學(xué)知識(shí)更具系統(tǒng)性和完整性。

4 藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的弊端

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種重要模式，但該模式無(wú)法解決藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的所有問(wèn)題，也存在著無(wú)法避免的弊端。

4.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程存在差異

在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程設(shè)計(jì)中，所有實(shí)驗(yàn)過(guò)程都是理想狀態(tài)[11]。傳統(tǒng)藥學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果受到實(shí)驗(yàn)環(huán)境、操作順序等多方面因素影響，實(shí)驗(yàn)操作不同，可能產(chǎn)生不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)無(wú)法完全模擬在實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作中出現(xiàn)的所有結(jié)果。傳統(tǒng)藥學(xué)實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生更加直觀地觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程和現(xiàn)象，加深對(duì)藥學(xué)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)。如果所有實(shí)驗(yàn)都依賴(lài)虛擬仿真技術(shù)，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)認(rèn)知有所欠缺，不利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)性思維。

4.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作存在差異

藥學(xué)作為一門(mén)應(yīng)用型學(xué)科，操作與應(yīng)用能力的培養(yǎng)是一種熟能生巧的過(guò)程，需要不斷在實(shí)驗(yàn)操作中規(guī)范操作方法，以提高操作能力、提升科研素養(yǎng)。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生操作都按程序進(jìn)行，無(wú)法鍛煉動(dòng)手操作能力。如果以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)代替全部傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生腦海中只有模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，沒(méi)有動(dòng)手操作過(guò)程，缺乏實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，不利于應(yīng)用能力的培養(yǎng)，也不利于未來(lái)的職業(yè)發(fā)展。

藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種重要模式，但該模式無(wú)法解決藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的所有問(wèn)題。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)只對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)起到補(bǔ)充和提升作用，無(wú)法替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)[12]。藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)還應(yīng)以傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為基礎(chǔ)，以虛擬教學(xué)為補(bǔ)充，虛實(shí)結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

針對(duì)藥學(xué)學(xué)科特點(diǎn)與發(fā)展需求，錦州醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院積極建設(shè)與應(yīng)用藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富、操作安全并可重復(fù)操作，其突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)限制，豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，彌補(bǔ)教學(xué)資源不足，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，完善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，使藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)更具系統(tǒng)性和完整性[10,13]。正確認(rèn)識(shí)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)，將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合，合理設(shè)計(jì)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，對(duì)提高藥學(xué)專(zhuān)業(yè)教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才具有重要意義。