基于Web的药物制剂技术虚拟实训系统

孙礼仕, 张朝燕, 于庆梅

(1. 上海海洋大学 教务处, 上海 201306; 2. 上海海洋大学 食品学院,上海 201306; 3. 上海海洋大学 信息学院, 上海 201306)

“药物制剂技术”是指在药剂学理论指导下的药物制剂生产与制备技术,是药剂学理论在药品生产制备过程中的体现和应用,是研究将药物制成各种剂型的配制理论、生产技术以及质量控制的一门综合应用技术科学[1],也是高职高专食品药品监督管理专业、药物制剂技术专业和制药专业的核心课程之一。该门课程旨在将药学基本理论应用于制药工业生产实践,培养学生掌握制剂工艺理论、制剂生产处方的组合原则、产品与半成品的质量标准等,并将这些理论应用于制剂生产的原料、流程、质量控制以及设施设备运行管理过程中。然而,传统的实训教学受到环境、设备等条件限制,不能满足实训课程对学生实践能力培养的要求[2]。然而,利用信息技术开发具有开放、灵活和共享等特点的虚拟实训系统,可以解决药物制剂技术实训教学中存在的局限性、安全性和可操作性等问题,提高“药物制剂技术”实训课程的教学效果。

1 药物制剂技术实训教学存在的问题

药物制剂技术实训教学是“药物制剂技术”课程的重要补充,是培养学生动手实践、逻辑思维和解决实际问题能力的重要环节[3-4]。通过实训教学,加深学生对药物制剂处方设计、生产工艺优化、质量控制及合理应用全过程的认识,提升学生的操作技能和创造思维,提高学生的综合素质。

传统的“药物制剂技术”实训教学存在的主要问题是：

(1) 局限性问题：“药物制剂技术”实训教学是在完成一个阶段的理论课教学后,指导教师带领学生在培训基地或药厂进行的实地训练,目的是提高学生的实践操作动手技能,加深对理论知识的理解和应用,但是受实训场地、时间以及人员等因素的制约,学生实践机会少,在一定程度上影响实训教学效果；

(2) 安全性问题：由于学生缺乏对大型制药设备及其操作规范的了解,在实训中如果出现操作错误,可能造成原材料浪费和仪器设备的损坏,甚至发生危险；

(3) 可操作性问题：在实践实训教学过程中,指导教师难以对学生进行个性化教学指导,对学生操作中出现的问题以及操作错误不能及时纠正和处理。

鉴于以上问题和实训教学需要,开发了基于Web的“药物制剂技术”虚拟实训系统。学生通过该系统模拟各种典型药剂的制作工艺,然后进入实训基地或药厂的不同制剂生产场地,从而提高实践操作能力,“药物制剂技术”课程的教学质量和效果也因此得到提高。

2 药物制剂技术虚拟实训系统的构建思路

虚拟实训系统是应用计算机网络、通信技术和多媒体技术的虚拟实践教学系统[5]。借助虚拟实训教学系统,学生可以在计算机软件模拟的仿真环境中完成实训项目,达到学习和训练的目的,其效果甚至优于在真实环境中实训的效果[6-8]。充分利用现代信息技术和虚拟实践教学的优势,可以弥补“药物制剂技术”实训中环境、设备、场地的不足,实现传统实践教学不具备的资源开放与共享的功能,充分发挥虚拟实训教学的重要作用[9-14]。

2.1 药物制剂技术虚拟实训系统的基本功能

虚拟实训的优势在于它很大程度上实现传统实践教学不具备或难以完成的教学功能。考虑“药物制剂技术”实训课程的要求,该虚拟实训系统包括3项基本功能：

(1) 满足高职高专学生实训教学的需要。建设虚拟实训系统的目的是学生可以在可视化虚拟环境下进行虚拟操作,经过虚拟实训阶段的制剂开发与制剂车间的生产工艺流程的学习和生产操作,熟悉药品的研发与生产的步骤和流程,具备从事常见药物剂型生产岗位操作能力,为获得职业资格证书奠定基础。

(2) 突破实践教学条件的限制。虚拟实训系统通过建立交互性的虚拟实训环境,不再受时间、设备和场地等条件的限制,学生可以在网络环境下进行反复多项操作练习,熟悉操作过程,在操作中不会因操作错误酿成安全事故。虚拟实训系统是对实际实训教学的必要补充。

(3) 实现教学和实践资源的整合与共享。基于Web的虚拟实训系统可以让学生通过网络进行练习,并实现资源共享,该系统不仅为学生提供操作练习,还对实训项目、操作规程进行讲解,提供游戏化操作检测功能和教学内容的在线测试。

2.2 虚拟实训辅助系统的框架

药物制剂技术虚拟实训系统是一个基于Web的互动式、体验式和自主学习式的实践教学系统,该系统采用B/S架构,其运行不依赖于学生端的外围设备,系统内所有实训项目均可通过学生用户端的网页浏览器完成,方便学生在互联网上学习，且不受时间和空间的限制。用户端需要安装Flash组件才能显示虚拟操作。

系统的开发采用Dreamweaver、Fireworks和Flash“网页三剑客”制作多媒体资源,其中Dreamweaver是一个所见即所得的可视化网站开发工具,主要用于动态网页和静态网页的开发；Fireworks是网络图形编辑软件,主要用于对jpg、gif等格式的文件进行制作和处理,同时用于制作网页布局；Flash主要用于制作动画,根据实训项目构建场景,设计脚本和交互操作功能,制作的动画嵌入到网页中。该系统采用ASP.NET编程，实现网页设计以及在线测试功能,服务器端安装Internet Information Server(互联网信息服务)组件。

该实训系统结合实际实训场景构建虚拟实训平台,实现理论与实践相结合、虚拟与实际相结合。平台主要由3部分组成：

(1) 实训操作准备：讲解岗位要求与操作规程,熟悉实训设备和生产原料；

(2) 实训虚拟操作：模拟岗位操作场景,设置生产环境,既可进行操作演示,也可进行互动操作,还可检验学生实训的效果；

(3) 实训实地展示：给出药物制剂技术实训现场教学视频,作为虚拟实训的补充,方便学生认识药物生产的真实场景。

3 虚拟实训教学系统的功能模块

药物制剂技术虚拟实训系统由3部分、6个功能模块组成。按照“药物制剂技术”虚拟实训课程要求,以盐酸黄连素片剂、水杨酸软膏剂、生理盐水注射液、硝苯地平软胶囊、复方丹参滴丸和六味地黄丸这6种药物,分别代表片剂、软膏剂、注射剂、软胶囊、滴丸和丸剂进行制备操作,培养学生的生产操作能力。

3.1 实训操作准备部分

实训操作准备部分内含实训大纲、实训指导、实训设备和操作规程等4个功能模块。

实训大纲模块给出教学目标及任务、实践教学内容安排、教学组织和注意事项以及需要完成的具体实训项目。

实训指导模块以页面嵌入文字的方式给出各种药物制剂的制备指导步骤。图1以盐酸黄连素片剂实训指导为例,在页面里面嵌入PDF格式文件,方便学生在实训前做好预备知识的储备。

图1 盐酸黄连素片剂实训指导

实训设备模块以图片、图像、视频等多媒体形式介绍实训项目中用到的设备,学生可以了解制药设备的结构与功能。图2所示是包衣机设备。

图2 包衣机设备

操作规程模块以图文并茂的形式帮助学生掌握药物制剂设备的操作规程。例如在盐酸黄连素片剂制备中,除了物料粉碎操作规程外,还给出物料筛分、物料混合、湿法制粒和压片的规程。同样,对于其他药物剂型的制备也给出操作规程。

3.2 实训虚拟操作部分

实训虚拟操作是实训系统的核心部分,包括盐酸黄连素片剂、水杨酸软膏剂、生理盐水注射液、硝苯地平软胶囊、复方丹参滴丸和六味地黄丸等6种不同剂型的药物制备。

以盐酸黄连素片剂制备为例,内容涵盖实训目标、片剂工艺、生产设备布置图以及片剂生产过程中的物料粉碎、物料筛分、物料混合、湿法制粒和压片的操作。生产设备布置图给出片剂制备中使用的设备以及设备所在的车间,即生产设备的部署(见图3)。通过动画,边演示、边部署设备,在部署过程中会有提示和介绍。学生在虚拟环境中通过练习操作,掌握不同生产设备的用途,并根据工艺要求进行生产设备的部署。系统会提示部署得正确与否,如果学生部署错误,可以重新部署。

图3 盐酸黄连素片剂生产设备部署实训

药物制剂技术虚拟实训系统设置了生产模拟操作环节。图4是复方丹参滴丸制剂操作过程中的一个界面图。学生可以根据提示按步操作,掌握滴丸制备生产工艺和操作方法,提高操作技能。

图4 滴丸制备虚拟操作平台

该药物制剂技术虚拟实训系统具有盐酸黄连素片剂、水杨酸软膏剂、生理盐水注射液、硝苯地平软胶囊、复方丹参滴丸和六味地黄丸等6个实训项目的交互式虚拟操作功能。学生以游戏的方式参与完成实训项目并能即时得到操作评价。

虚拟实训系统达到了学生动手操作的目的,并且解决了传统实验受时间和地点制约以及实训操作中的安全性问题。

3.3 实训实地展示部分

实训DV模块是把真实的实训基地现场录制成视频(见图5),是对虚拟实训操作的补充。该模块帮助学生了解真实的药物制剂工厂厂区、车间情况,了解同一功能、不同型号的生产设备和工艺等情况,熟悉药物制剂不同工作岗位的环境和条件。

图5 丹参滴丸制备实训现场视频截图

4 虚拟实训系统的特点与应用效果

药物制剂技术虚拟实训系统基于Internet环境,运用了计算机技术、多媒体技术和网络技术等技术手段,其特点是：

(1) 节约成本,改善条件：利用软件模拟实训过程中各种制剂制备的环境和设备,大量节省学生到工厂实训所需的费用；

(2) 平台互动,增加趣味：学生在虚拟实训系统中,通过动画和游戏的形式操作实训设备和检验学习效果,判断操作是否合规,激发了学习兴趣；

(3) 开放灵活,网络共享：只要有互联网就可以练习操作,随时随地练习操作步骤、提高学习效率,为进入工作岗位打下良好的实践技能基础。

5 结语

在“药物制剂技术”实训教学中,把虚拟实训系统与实地工厂实训有机地结合起来,可以有效地促进课堂教学,为进一步拓展实训项目提供思路、延长时间和降低成本,为实训教学提供更灵活、更便利、更安全的实验环境,教学效果明显提高。但是该虚拟实训系统只对于片剂、软膏剂、注射剂、软胶囊、滴丸和丸剂制备各选取了一种典型的药物作为案例,还需要开发更多制剂品种的虚拟实训内容。