基于虛擬仿真技術(shù)的藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)探索

孫雨詩(shī) 蔣琳 張郴 劉丹

摘要：作為一種新型學(xué)習(xí)資源，虛擬仿真技術(shù)可以突破時(shí)空的限制，在教學(xué)中具有突出優(yōu)勢(shì)。文章以紅河衛(wèi)生職業(yè)學(xué)院藥理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室為例，介紹虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索，剖析傳統(tǒng)藥理實(shí)驗(yàn)存在的不足和虛擬仿真技術(shù)的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)，革新教學(xué)模式，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)考核方式，鍛煉學(xué)生實(shí)際操作能力，提高教學(xué)質(zhì)量，為社會(huì)培養(yǎng)高質(zhì)量技術(shù)技能型人才。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；藥理學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

一、研究背景

信息技術(shù)迅猛發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)與教育領(lǐng)域的融合逐漸興起。藥理學(xué)是一門研究藥物和機(jī)體之間相互作用、規(guī)律的學(xué)科，是基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)之間的橋梁，是藥學(xué)類、醫(yī)學(xué)類等專業(yè)的核心課程和必修課。藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)是藥理學(xué)的重要組成部分，可以在幫助學(xué)生進(jìn)一步鞏固、了解理論知識(shí)的同時(shí)，訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)踐操作能力、抽象思維能力、分析問題和解決問題的能力。因此，藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)課在醫(yī)學(xué)、藥學(xué)等相關(guān)專業(yè)教學(xué)中有著重要地位。

（一）傳統(tǒng)藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的不足

紅河衛(wèi)生職業(yè)學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱學(xué)院）是滇西南地區(qū)唯一一所醫(yī)學(xué)類高職院校，以培養(yǎng)技術(shù)技能型醫(yī)藥衛(wèi)生人才，服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)為宗旨。藥理學(xué)是學(xué)院眾多專業(yè)的必修科目，既屬于理論性科目，又屬于實(shí)踐性科目。實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)是保證教學(xué)質(zhì)量的重要組成，更是不容忽視的關(guān)鍵步驟，但學(xué)院開展傳統(tǒng)藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，受到場(chǎng)地、技術(shù)、資金、安全等限制，存在一些不足。

第一，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法陳舊，缺乏創(chuàng)新。學(xué)生根據(jù)教師講解和演示進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，缺乏主動(dòng)思考，甚至有些學(xué)生因?yàn)楹ε聞?dòng)物而選擇全程旁觀，降低了實(shí)驗(yàn)課的操作體驗(yàn)性。

第二，缺乏專門的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房。開展實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)院只能一次性購(gòu)入大量動(dòng)物進(jìn)行短期飼養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)間必須集中、連續(xù)開展，造成理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)不同步，學(xué)生不能及時(shí)通過驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)鞏固理論知識(shí)，降低了實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效率。

第三，開展傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)耗資極大，前期需投入大量設(shè)備儀器，后期還需投入維修和更新設(shè)備資金，學(xué)院很難保證資金投入。

第四，學(xué)院現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所固定，受安全、場(chǎng)地，技術(shù)等的限制，一些實(shí)驗(yàn)無法開設(shè)，導(dǎo)致傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不足，影響教學(xué)質(zhì)量。

第五，考核方式單一，不能體現(xiàn)學(xué)生真實(shí)水平。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課的操作需要從節(jié)約動(dòng)物出發(fā)，實(shí)驗(yàn)操作基本是7至8人為一組，存在多數(shù)實(shí)驗(yàn)的操作僅由少數(shù)幾個(gè)學(xué)生完成的情況。學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)數(shù)據(jù)有可能出現(xiàn)照抄同組成員的，導(dǎo)致教師無法客觀、公正、準(zhǔn)確判斷每個(gè)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)操作的真實(shí)情況，審評(píng)報(bào)告評(píng)分出現(xiàn)偏頗。

第六，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物存在局限性，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物數(shù)量均按學(xué)生人數(shù)及組別計(jì)劃提前批量購(gòu)入，一旦學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中操作不當(dāng)或失誤造成動(dòng)物死亡，這組學(xué)生便失去繼續(xù)操作實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。

（二）藥理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

第一，改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)提供了直觀、生動(dòng)、逼真的學(xué)習(xí)場(chǎng)景，教學(xué)不再局限于單一的實(shí)驗(yàn)室，課堂更靈活，教師的教與學(xué)生的學(xué)能實(shí)現(xiàn)有機(jī)統(tǒng)一。

第二，打破教學(xué)時(shí)間和空間的限制。學(xué)生可以根據(jù)自己對(duì)知識(shí)的掌握情況和興趣愛好，針對(duì)性地進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練，不用考慮場(chǎng)所限制和實(shí)驗(yàn)成本消耗等問題，增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力和實(shí)踐操作能力。

第三，節(jié)約成本，減輕學(xué)院對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的資金投入。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，減少對(duì)大量貴重實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器的購(gòu)買，減輕后續(xù)維護(hù)、更新設(shè)備的資金壓力，降低對(duì)藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)中的大量實(shí)驗(yàn)研究藥品及實(shí)驗(yàn)動(dòng)物等耗材支出。

第四，實(shí)現(xiàn)用實(shí)踐反哺教學(xué)。藥理學(xué)常涉及一些藥品有關(guān)的實(shí)驗(yàn)、較高風(fēng)險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)、價(jià)格昂貴實(shí)驗(yàn)等，難以實(shí)際開展。通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以通過各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作，添補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的不足，鞏固理論知識(shí)，提高學(xué)習(xí)效率。

第五，考核方式多元化，實(shí)現(xiàn)全面靈活測(cè)評(píng)。虛擬仿真考核方式是線上操作與線下討論相結(jié)合，虛擬操作與游戲過關(guān)相結(jié)合，操作正確率與答題正確率相結(jié)合，考評(píng)方式靈活，知識(shí)點(diǎn)涵蓋全面，實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)學(xué)生的過程性評(píng)價(jià)，最終平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)相結(jié)合，客觀體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

第六，減少盲目操作，降低實(shí)驗(yàn)失敗率。對(duì)一些難度較高、操作困難的實(shí)驗(yàn)，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中，教師可以設(shè)置具體直觀的操作指南，且操作具有可逆性，可以大大降低失敗率。

二、虛擬仿真平介紹

以學(xué)院藥理學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)為例。教師使用Flash語言編寫虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，運(yùn)用2D動(dòng)畫展示實(shí)驗(yàn)過程，采用B/S網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)架，不限使用場(chǎng)地，具有跨平臺(tái)部署能力，保證局域網(wǎng)內(nèi)無延時(shí)，支持200個(gè)終端以上同時(shí)訪問該服務(wù)器數(shù)據(jù)，以滿足學(xué)生學(xué)習(xí)需求。平臺(tái)應(yīng)區(qū)別管理員、教師、學(xué)生三種不同用戶權(quán)限，可以采集用戶登錄信息、學(xué)習(xí)記錄，方便教師了解學(xué)生登錄自學(xué)的情況。

教師篩選藥理學(xué)課程中適用于開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)藥物，設(shè)置5個(gè)虛擬仿真項(xiàng)目，分別是藥物劑量對(duì)藥物作用的影響，氨茶堿和異丙腎上腺素的平喘作用，苯海拉明藥效實(shí)驗(yàn)，胰島素的過量反應(yīng)及其解救，地塞米松對(duì)實(shí)驗(yàn)性大鼠腳趾腫脹的抗炎作用。通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以將幾大系統(tǒng)的重點(diǎn)藥物信息聯(lián)系起來，構(gòu)建相對(duì)完善的藥理學(xué)知識(shí)體系。

筆者以地塞米松對(duì)實(shí)驗(yàn)性大鼠腳趾腫脹的抗炎作用為例，介紹虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)。本次實(shí)驗(yàn)包括原理介紹、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及器材用具的選用、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作三大模塊，集授課、實(shí)驗(yàn)操作、測(cè)試于一體，如圖1所示。

三、藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)探索

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的目的是將新技術(shù)運(yùn)用到教學(xué)中，充分開展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與探索，以尋求在傳統(tǒng)藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)基礎(chǔ)上的教學(xué)改革，強(qiáng)化藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的豐富性和拓展性。具體實(shí)施方法如圖2所示。

科學(xué)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式和流程，依托虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)，將實(shí)驗(yàn)課分為“課前”“課中”和“課后”三個(gè)模塊。

在課前模塊，引導(dǎo)學(xué)生利用平臺(tái)預(yù)習(xí)，設(shè)置與本次實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)問題，并讓學(xué)生思考、查閱資料，將小組存在的問題帶入課堂。

在課中模塊，教師起主導(dǎo)作用，以學(xué)生為主體，先隨機(jī)抽取學(xué)生匯報(bào)預(yù)習(xí)心得，再組織學(xué)生開展交流討論，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)，并根據(jù)學(xué)生討論情況，找出學(xué)生在自學(xué)過程中遇到的難題，針對(duì)性開展講授與具體操作演示，提高實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)有效性。

在課后模塊，教師布置課后作業(yè)，并提供學(xué)習(xí)素材幫助學(xué)生進(jìn)行拓展，利用平臺(tái)對(duì)學(xué)生的實(shí)時(shí)記錄進(jìn)行過程性評(píng)價(jià)。

這一模式打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課堂的枯燥與沉悶，構(gòu)建“課前—課中—課后”三位一體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，減少器材、藥品、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物零廢棄和零排放，節(jié)約實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，提高了學(xué)生的實(shí)際操作技能，促進(jìn)理論知識(shí)與實(shí)踐內(nèi)容之間的緊密結(jié)合。

虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)提供豐富多樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)素材展示方式，對(duì)藥理學(xué)實(shí)際教學(xué)是極其有利的拓展和補(bǔ)充，可以有效簡(jiǎn)化傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的煩瑣細(xì)節(jié)，節(jié)約資源成本。依托虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)，教師利用先進(jìn)技術(shù)和教學(xué)模式，促進(jìn)藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，能最大限度地激發(fā)學(xué)生的探索精神，提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力，為社會(huì)培養(yǎng)高素質(zhì)技術(shù)技能型人才。

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基金項(xiàng)目：云南省教育廳2023年度科學(xué)研究基金項(xiàng)目“虛擬仿真技術(shù)在藥理學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究”，項(xiàng)目編號(hào)：2023J1889。

（作者單位：紅河衛(wèi)生職業(yè)學(xué)院）