虚拟仿真技术在药学专业实验教学改革中的应用

虚拟仿真技术在药学专业实验教学改革中的应用

作者：魏晓鹏杨金荣许煜静

来源：《教育教学论坛》2020年第23期

[摘要] 在高等教育教学领域，开展虚拟仿真实验教学是教育教学信息化的重要表现之一，其具体应用已日益广泛。该文致力于发现药学传统实验教学中存在的问题，对实验教学课程的教学改革与实践进行探究，阐述了虚拟仿真技术在该文作者所在学校药学专业本科实验教学中的成功应用，以及将虚拟仿真技术应用于高等教育教学领域的优势和必要性。

[关键词] 虚拟仿真;药学;实验教学

[基金项目] 2018年度天津医科大学药学院教改重点项目（2018071）

[作者简介] 魏晓鹏（1991—），男，甘肃人，硕士，天津医科大学药学院实验教学中心助理实验师，主要从事实验教学与管理研究;

杨金荣（1965—），男，天津人，天津醫科大学药学院实验教学中心高级实验师（通信作者），主要从事药剂学、实验教学与管理研究。

[中图分类号] G642.0; ; [文献标识码] A; ; [文章编号] 1674-9324（2020）23-0186-02; ; [收稿日期] 2019-11-06

药学作为医学和化学的交叉学科，是一门应用性、实践性非常强的学科。高校药学专业旨在培养能够在药品生产、药品研发、药品质量控制、药品流通、药品使用等领域具备应用能力、创造精神的人才。药学实验教学在人才培养的各个阶段发挥着举足轻重的作用，但是药学实验教学在具体实施过程中存在着很多难易克服的实际问题与困难。将虚拟仿真技术引入药学实验教学中，虚实结合的授课方式很大程度上克服了传统实验教学中的缺点与不足，提高了教学效率。

一、传统药学实验教学存在的问题及应用虚拟仿真实验教学的必要性

现有的药学实验教学模式，仅仅要求学生按照实验讲义中的实验目的、实验方法、实验步骤、实验结果、实验讨论等项内容按部就班的进行，一些涉及到危险化学品操作、大型精密仪器设备分析、周期较长的药物临床研究或者涉及真正生产实践操作的实验直接被取缔或由老师演示完成，学生只能观摩学习，不能亲自上手操作。如此，实验教学很难与真正的药品实际生产及研发结合起来，同时也脱离了生产研发实践中很多先进的技术与应运，而且实验结束后学

生对于专业课的理解并不深刻、系统，总是停留在理论知识层面和支离破碎的实验画面中。这样的基本现状与药学专业培养人才的宗旨相差甚远。

将虚拟仿真技术应用到实验教学课程改革与实践中已成为一种新趋势。梁启超（？？？谭妙娟）[1]等将虚拟仿真实验引入到天然药物化学实验教学中，辅助常规实验教学，将一些涉及有毒有害危险化学品的实验或因大型精密仪器体积庞大、价格昂贵而无法开展的实验内容做成了接近真实环境的虚拟场景，解决了真实实验存在的局限性。刘宁[2]等将虚拟仿真技术应用于“仪器分析实验”教学中，缓解了教学仪器不足造成的矛盾，激发了学生的学习兴趣，提高了学生的实验动手能力，同时也促进了实验教师自身素质的提高。受限于我国《药品生产质量管理规范》（GMP）等法规规定，医药企业无法承担规模化的现场实践教学，而在GMP的强制推行下，用人单位希望药学毕业生掌握更多GMP环境下的实践操作和专业知识，但是这部分内容在课堂教学和实验教学中无法深入学习。为此，很多医药企业、专业医药设计单位、高等院校联合软件公司开发了药学类虚拟仿真实训平台，充分发挥了虚拟的空间想象力，将生产真实流程、真实场景与教学需求有机的融合，打破了现实局限性，为学生在虚拟生产场景中无限制地开展学习创造了条件[3-4]。在药学实验教学中应用虚拟仿真技术意义重大，其成功案例也远不止这些。

二、虚拟仿真技术在药学实验教学中的优势

1.“虚实结合”优势突出。虚拟仿真技术依托于虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象的新型教学方式。虚拟操作是真实实验的仿真模拟系统，逼真地还原了实验场景[5-6]。

2.方式多样，提升效果。此外，在网上自主地开展实验的预习、复习工作和一系列由于条件限制实验室无法向学生提供的实验操作，通过“拓展式”“自主设计式”“互动式”和“启发式”等多种教学方法的应用，可以拓展知识的深度和广度、延伸虚拟实验内容的时间和空间。从而激发学生的学习兴趣和潜能，调动学习积极性和主动性，培养学生创新思维和实践能力。指导学生通过操作虚拟仿真软件，对实验原理、3D场景、实验内容进行针对性学习，并通过对仿真软件的沉浸式体验操作，互动式练习，加深理解所学知识。目的是让通过新的技术手段，提高学生的操作体验，激发学习兴趣的同时可以对理论知识进行有效的补充，提高教学效果。

三、虚拟仿真技术在本校药学实验教学中的成功应用

1.实验前预习。学生实验前预习是开展实验不可或缺的一部分，以往学生对实验内容的预习仅仅是将本次实验的实验讲义走马观花地进行浏览，或是“不走心”式的摘抄，在真正进入实验室实际做实验时处于一种“蒙圈”的状态，对于本次实验的目的、原理、内容、流程、细节，脑海里没有一个清晰的思路。“虚实结合”的新型实验教学模式要求学生在实验前对本次实验的各项内容做系统的预习，在自主预习学习的同时，虚拟仿真实验室面向学生开放，学生可以在约定的时间里进入虚拟仿真实验室进行自主学习，学习内容主要包括虚拟仿真软件操作练习、

实验方法的自我设计、实验课程内容相关知识点“闯关练习”，以及实验基本操作的练习，此学习过程旨在让学生对此次实验的各项内容与实验基本操作有一个相对清晰的认识和理解。

2.仿真教学。不同于传统实验教学模式的是，在学生在进入实验室实际操作前先进入虚拟仿真实验室仿真练习，老师对于本次的实验的相关教学和实验内容进行仿真教学，在教学过程中，结合虚拟仿真实验软件操作的演练，将实验过程中应当注意的细节进行强调。

3.实验教学。在完成虚拟仿真实验后，学生快速进入实验室，对本次实验的具体内容进行实际操作，对于实验条件能够满足学生实验需求的实验内容，要求每一个学生实际动手操作。对于一些受实验条件限制，只能通过老师演示的完成的实验项目，因为有前面的仿真教学，所以在这一环节，老师在演示过程中可以对前面的仿真教学内容进行查缺补漏。学生在前期学习的基础上带着问题与疑惑在实际实验环境中向老师提问，整个互动教学过程能够让学生不再是一味听取、记忆，而是作为主体积极参与到实验教学中。

4.實验反馈。实验结束后，学生对于本次实验的内容以实验报告的形式书写记录，老师对于学生提交的实验报告予以评分评价。此外，仿真实验室在实验结束后仍然对学生开放。由于实验条件的限制，有些学生在实际实验中未能亲自上手操作，或者参与度不高，所以想在实际实验结束后再次进入虚拟仿真实验室学习。

四、结语

虚拟仿真技术应用于药学实验教学优势明显，“虚—实—虚”的创新完整实验教学模式取得了良好的效果反馈，获得了学生的肯定。药学专业要培养实用创新型人才，实验教学的作用不可忽视，受益于信息技术的飞速发展，将虚拟仿真应用于药学实验教学，能够在继承传统实验教学的精华的基础上，克服传统实验教学在学科发展、人才培养目标、实验教学条件等要求中显示出的不足。

参考文献

[1]谭妙娟.虚拟仿真实验在天然药物化学实验教学中的应用[J].中国继续医学教育，2019，11（06）：30-32.

[2]刘宁，吴春，黎晨晨，等.仿真技术在仪器分析实验中的应用探讨[J].实验室科学，2018，21（06）：95-97.

[3]黄家利.以“药品生产GMP虚拟实训平台”为例浅析药学类虚拟仿真教学平台的开发[J].海峡药学，2017，29（11）：282-284.