浅谈虚拟实验在药物化学实验教学中的应用展望

辛颖

（内蒙古民族大学蒙医药学院，内蒙古通辽 028000）

药物化学是内蒙古民族大学药物制剂（蒙授）专业学生的一门必修课程。药物化学作为药学领域中的重要带头学科，是连接生命科学与化学的重要桥梁，是一门发明与发现新药、合成化学药物、阐明药物化学性质、研究药物分子与机体细胞（生物大分子）之间相互作用规律的综合性学科。药物化学的实验教学在整个药物化学的教学中具有不可替代的地位，具有专业性、理论性和实践性强、信息量大、学科交叉范围广等特点。在传统教学中，由于实验仪器设备的更新速度相对较慢，有些仪器的数量有限，学生亲自动手操作的机会缺少，导致学生的学习积极性和主动性不足，妨碍学生创新思维的培养，也不利于药物化学教学质量的提高[1-2]。随着网络技术和计算机虚拟仪器技术的发展，将虚拟实验引入药物化学的实验教学中是必要而可行的，这不仅有助于帮助传统实验教学走出困境，促进教育信息化，还能为今后药物化学的教学改革提供新的方向。

虚拟实验是应用计算机和互联网技术，对实验中所用的仪器、材料等实体进行图像采集，应用文本、图像、动画、视频和音频等方式形成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，学生可通过媒介与虚拟空间实现人机互动方式，不受时间和空间限制，可以反复学习虚拟实验平台上的实验项目，并产生身临其境的感受和体验，为学生创造一个仿真的实验环境[3-4]。目前，虚拟实验在实验教学中的应用越来越广泛，涉及多个专业和学科，国内外很多的高校、科研院所以及远程教育机构都积极地投入虚拟仿真实验平台的构建[5]。因此，将虚拟实验应用于药物化学实验教学中，不仅可以补充传统教学方法的不足，也可以提高药物化学课程的教学质量，实现教育信息化。

1 药物化学的传统实验教学目前面临的问题

1.1 仪器设备更新较慢，学生动手操作能力的锻炼不足

药物化学的传统实验教学中，教学资源成本是非常重要的，由于资金与实验场地的限制，学校在开展药物化学实验教学的过程中，只能购进部分相关的仪器设备，这就造成了学生人数与仪器设备数量不匹配的局面，造成了现有的实验仪器不能满足大多数学生操作需求的矛盾。动手意识不强或者操作能动性差一点的学生几乎在课堂上不会亲自动手进行实验，导致部分学生的动手操作能力不足。

1.2 实验学时数少，无法重复实验

药物化学课程的有些实验内容，因为受学时数限制，无法全部开展，使学生无法完全了解和掌握相关的实验项目。每个实验项目需要学生动手操作的时间非常有限，而且步步紧扣，上一步的实验结果直接影响下一步的实验，如果某个环节操作失误，将会导致结果不理想。当学生实验结果不理想，想重复再操作一遍以获得好的结果是几乎不可能的，因为时间不允许。如果学生想回顾做过的一些重要实验时，也只能看实验讲义或者实验报告上记录的文字内容，抽象而枯燥，无直观印象和认识，很难回顾，无法加深学生的印象。

1.3 实验材料浪费，存在安全隐患

在传统的药物化学实验教学过程中，每一次课每一小组都需要供应的实验材料非常种类数量较多，最后得到的实验品大多数都需要采用丢弃或销毁的方式处理，再利用的可能性非常小，这就导致了大量教学资源的浪费。而且，在实验过程中还存在一些安全隐患，普通的本科教学实验室的安全防护设施及环境一般相对比较简陋，如在实验过程中需要用到的大量化学试剂，都会对学生的身体健康存在不利的影响，特别是对长期工作于这种环境下的从事实验教学的人员的身体更易造成大的伤害。

1.4 学生学习的积极性不高，创新思维不强

药物化学的传统实验教学中的实验项目多为验证性实验，均是先由教师讲授和示教，再由学生按照实验步骤进行操作，属于被动式的接受模式。这种传统教学模式根本不利于调动学生的学习积极性，也不符合当前以学生为本的教育理念。学生在课堂上能做的就是，在有限的时间内，按着实验讲义和教师讲授的内容，机械地按步骤地完成实验任务，在实验过程中基本是缺乏主动性思考和主观能动性的，这些肯定都严重地制约学生创新思维和能力的培养。

2 药物化学实验教学中使用虚拟实验教学模式的必要性

2.1 增设实验项目，拓展学生的知识面

药物化学的传统实验教学因为要受学时数的限制，有些实验项目无法开展。比如，走进化学实验室之安全防护篇、三废与处置篇、环境与管理篇等实验项目，可以使学生进一步掌握实验室安全与防护，巩固实践基础。使用虚拟实验教学可以增设实验项目，提高实验教学质量，拓展学生知识面。

2.2 降低实验材料成本，节省人力物力

将虚拟实验运用到药物化学的实验教学中，可以无须再购买以前传统实验教学中需要购进的一些昂贵的实验设备和大量实验试剂与耗材，这不仅减轻了实验教师的实验准备工作负担，还节约了教学实验经费，达到节能减排效果。虚拟实验教学时采取单人单机形式，每个学生都有独立操作的机会，这都缓解了目前实验室建设中常见的实验经费严重短缺、实验基础设施不能达标以及学生规模不断扩大等长期困扰的问题，通过虚拟实验这些问题均能得到根本性的解决。

2.3 保障实验安全，排除危险隐患

实验室安全是目前所有高校都在高度重视的问题，开展实验项目的前提必须是实验安全。药物化学的实验教学中应用到的一部分化学试剂具有很大的刺激味，过多吸入对人体会有一些影响，虽不致命，但会产生不舒服的感觉；还有一些试剂可能具有易燃易爆的特性，需要实施小心谨慎安全的保管措施。如果应用虚拟实验教学，可以避免实验试剂带来的危害与隐患，对学生和实验教师都是有百利而无一害的。

2.4 学习不受时间和空间限制，操作简便便于学生接受

虚拟实验的学习一般不受时间和空间的限制，这种自由学习的方式容易让学生接受。在虚拟实验教学模式中，学生可以根据自己的时间去反复学习，模拟真实的实验操作，在虚拟实验平台上进行测试。在此过程中，学生可自己选择合适的实验器材，按照步骤进行实验，如果选择有误，系统将提示无法进入下一步，经过反复练习与锻炼，可以不断激发学生的学习兴趣，提高学生的实验技能。

2.5 立体化教学，激发学生的学习兴趣

虚拟实验可以为学生创造一个仿真、丰富的立体化教学实验环境，是应用计算机和互联网技术，对实验中所用的仪器、材料等实体进行图像采集，应用文本、图像、动画、视频和音频等方式将复杂变为简单，化抽象为具体，将微观结构、实验过程表现得形象生动，使学生在学习和测试实验项目过程中像玩游戏过关一样充满趣味性，容易激发学习兴趣，取得事半功倍的成效。

3 结语

虚拟仿真技术由于其专业性、过程性、交互性、智能性与趣味性等特征越来越广泛地应用于国内外多个专业和学科的实验教学中。目前，我国多所著名大学、科研院所都认识到了虚拟技术的潜力和价值，先后开展虚拟实验平台的构建。迄今为止，我国教育部已经批准了300多个国家级虚拟仿真教学实验中心，涉及多个研究领域[6]。虚拟仿真技术的应用目前已成为高等医药学教育的重要组成部分，开展虚拟仿真教学在教学，特别是实验教学中意义重大。

虚拟仿真实验教学作为一种新的实验教学模式，可为药物化学课程的实验教学提供新的思路，可使学生理论联系实际，既加深了学生对所学理论知识的理解，又提高了学生对所学知识实践应用的能力。通过虚拟实验还可培养学生的动手操作能力，培养学生对实验研究的兴趣，激发学生的科学与创新思维。相信虚拟药物化学实验教学的开展，将有利于教育资源的共享与优化，有利于推进教育教学质量的不断提升。