基于虚拟仿真技术的药学综合实验设计及开发

基于虚拟仿真技术的药学综合实验设计及开发

何  莎 郭振宇

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摘要：随着医药行业的快速发展，信息技术迅猛发展，虚拟仿真技术与教育领域的融合逐渐兴起。药理学是一门研究药物和机体之间相互作用、规律的学科，是基础医学与临床医学之间的桥梁，是药学类、医学类等专业的核心课程和必修课。药理学实验是药理学的重要组成部分，可以在帮助学生进一步巩固、了解理论知识的同时，训练学生的实践操作能力、抽象思维能力、分析问题和解决问题的能力。因此，药理学实验课在医学、药学等相关专业教学中有着重要地位。

关键词：虚拟仿真技术；药学；综合实验设计；开发

引言

中药药理学是以中医药基本理论为指导，以中药功效主治为基础，研究中药与机体的相互作用及其机制的学科。中药药理学实验是中药药理学的重要组成部分，通过开展实验教学，深化学生对理论知识的理解，掌握实验设计的基本原则和基本操作技能，培养他们分析和解决问题的能力。但是中药药理学实验课程面临实验动物消耗大、实验用药短缺、实验场地受限、生物安全风险大以及学生学时缩减的困境。如何有效解决，这一问题迫在眉睫。虚拟仿真技术是通过计算机仿真、人机交互进行3D模拟，使用者通过相关设备实现视觉、听觉、触觉的直观感受，并进行身临其境的操作。虚拟仿真技术在医学领域的应用能够展示特殊情况下的医学实验，模拟人体治疗与医学诊断，帮助医学生更好地理解专业知识。

1药理学虚拟仿真实验课程的教学模式

针对大专学生的中药药理学实验，主要是依据药性选取合适的中药材，分别作用于家兔或小鼠，观察中药材对动物起到的药理作用，即主要观察中药药效作用。实验课程采用虚拟仿真技术的实验模块有６个，按照课程顺序分别是：鱼腥草对发热家兔的解热作用；生大黄、制大黄和大承气汤对小鼠排便时间和数量的影响（炭末法）；附子炮制前后小鼠中毒表现的差异；延胡索和醋制延胡索对小鼠镇痛作用的比较（热板法）；酸枣仁对小鼠的镇静作用；党参对小鼠记忆获得性的影响（水迷宫法）。每个实验模块，都设置预习、虚拟仿真练习和考核。预习任务点设置实验目标、实验原理、实验材料、实验操作等内容；虚拟仿真练习任务点设置逼真的实验场景，提供具体的实验步骤，模拟操作。学生反复练习待熟练后，可隐藏操作步骤，自主操作。

2传统药理学实验教学存在的不足

2.1实验场地以及器材的限制

为了推动中药饮片生产向着炮制工艺规范化、炮制机械现代化、检测手段科学化、质量控制客观化等方向发展，中药饮片炮制生产过程中人工控制逐渐向机械化、自动化转变。在中药炮制实验设计中，实验室小锅小铲的操作与饮片厂大工艺大批量机械化生产相比，存在一定脱节，很多学生对炮制相关的实际岗位工作特性不了解，毕业任职后不能很好地适应现代制药企业的实际生产，现代制药企业也希望毕业生对在GMP环境下生产饮片有一定了解。实验室由于场地以及经费的限制，购置大型现代炮制设施设备常常无法实现，许多院校很难满足现代中药饮片炮制生产实训要求，大型仪器的购置以及存放保养耗费较多人力物力，实践课时的限制也使参观中药饮片企业如同“走马观花”，学生对现代中药饮片企业的生产管理和饮片生产设备的操作及使用情况缺乏直观性的认知，思维方式仍然停留在课堂，与生产实践存在脱节。

2.2考核方式单一，不能体现学生真实水平

传统实验课的操作需要从节约动物出发，实验操作基本是7至8人为一组，存在多数实验的操作仅由少数几个学生完成的情况。学生实验报告册数据有可能出现照抄同组成员的，导致教师无法客观、公正、准确判断每个学生参与实验操作的真实情况，审评报告评分出现偏颇。

2.3实验内容及评价体系设置的限制

中药传统炮制实验中，一些毒、麻药材如草乌的传统炮制需要学生通过口尝舌麻感来判断炮制程度，具有较大的安全隐患；一些贵重药材由于资源、取材和价格等问题使实验的开展受到限制；由于课时的限制，一些耗时长、炮制工艺繁琐的特色实验如地黄的九蒸九晒以及多章节多学科融合的创新性综合性实验常常无法进行。网络的不断发展，学生获取知识渠道的多样化使学生思维活跃，创新意识增强。而且从小受到西方医学理论的影响，思维模式和中医药思维方式有所差异，单一的验证性实验不能完全解释中药经炮制后减毒增效、改变药性和产生新功效的科学内涵，反而使学生感觉课本知识枯燥，实验操作单一乏味，学习兴趣降低。

3虚拟仿真技术的药学综合实验设计

3.1加强师生交流互动，提升课堂趣味性

绩效考核和社交效应对虚拟仿真技术的应用意愿具有正向影响作用。为推广虚拟仿真技术在医学教育领域的应用，高校应充分调动任课教师的学习积极性，帮助教师认识到虚拟仿真技术对提高医学生实操能力的重要性。此外，教师与教师之间、教师与学生之间的有效互动能够有效提升虚拟仿真技术的影响范围，应加强对虚拟仿真技术课堂互动的宣传和分组实验，形成良好的技术学习氛围，提升课堂的生动性和趣味性。

3.2线上线下虚实结合的中药药理学实验模式

通过差异性分析，超过一半的学生认为虚拟仿真教学方式与传统实验教学方式差异大。学生也认为虚拟仿真教学方式不能代替传统实验教学方式。说明线下教学的模式必不可少。但线上教学有诸多优势，以虚拟仿真教学为例，以数据调查为基础，在缩短实验时间、通俗易懂、克服空间和时间障碍、节约成本、提高学生诸多能力方面有帮助。这提示线上教学的模式还有很大发展空间。基于平台的线上线下虚实结合在很多学科中也开始应用，效果明显。基于此，认为线上线下虚实结合的中药药理学实验模式是发展趋势，可以取长补短。

3.3加大专业技术和科研投入，实现资源交流共享

技术难度和其他因素对虚拟仿真技术的应用意愿具有正向影响，应当加大对虚拟仿真技术的科研投入和创新，设立案例创新比赛和实操演练课堂，帮助师生尽快掌握该项技术的应用技巧。除此之外，医学院校与企业的有效合作能够实现各部门、各团体之间的资源共享，丰富教学资源和实验案例，为虚拟仿真技术的开发应用提供技术和资金支持。

4药理学实验设计探索

虚拟仿真实验的目的是将新技术运用到教学中，充分开展实验设计与探索，以寻求在传统药理学实验教学基础上的教学改革，强化药理学实验教学的丰富性和拓展性。具体实施方法如图2所示。科学构建实验课教学模式和流程，依托虚拟仿真教学平台，将实验课分为“课前”“课中”和“课后”三个模块。在课前模块，引导学生利用平台预习，设置与本次实验相关知识点问题，并让学生思考、查阅资料，将小组存在的问题带入课堂。在课中模块，教师起主导作用，以学生为主体，先随机抽取学生汇报预习心得，再组织学生开展交流讨论，强调实验重点，并根据学生讨论情况，找出学生在自学过程中遇到的难题，针对性开展讲授与具体操作演示，提高实验课堂教学有效性。在课后模块，教师布置课后作业，并提供学习素材帮助学生进行拓展，利用平台对学生的实时记录进行过程性评价。

结语

虚拟仿真平台也需要配套的管理制度和运行制度支持，评优评先政策倾斜能够激发创作者的创造热情，不断增加模块内容。同时鼓励老师参加虚拟仿真学术会议，积极与虚拟仿真技术工程师以及现代中药企业生产管理人员加强交流，使虚拟仿真平台健康持续地发展下去。在掌握实验技能的同时，培育学生的文化自信，尝试用中医药的思维去看待问题，增强学生的自豪感以及对岗位的认同感，使虚拟仿真平台建设能够做到“有血有肉有灵魂”，从而提高教学质量，培养出思想道德素质高，实践能力与创新能力全面发展的中医药人才。

参考文献

[1]龚千锋.中药炮制学[M].北京：中国中医药出版社,2016:1-2.

[2]刘舒凌,曾春晖,周改莲，等.中药炮制学设计性实验教学的探索与实践[J].教育教学论坛,2021(36):125-128.