实验基本操作虚拟仿真平台在药物分析实验中的构建与应用

周 卿，张 艳，张建永，张倩茹，李洪玉，周旭美

（遵义医科大学药学院，贵州 遵义 563003）

药物分析是一门研究药品全面质量分析与控制的学科，也是药学相关专业的一门重要的专业课程，具有较强的综合性与实践性。而药物分析实验是药物分析课程的重要组成部分，是培养学生扎实的药品检验技能和严谨求实的科学作风的重要环节。在实践教学中，学生对实验基本操作技能的掌握是对培养其创新能力与科学素养的重要基础，并且由于药物分析研究对象的特殊性，对操作者的实验操作技能提出了更高的要求，因此，有必要在开展药物分析实验教学之初就加强学生实验基本操作技能规范性、严谨性以及熟练程度的培养，为此我们专门开设了药物检验操作规范实验来进行训练。但是，由于涉及药物分析实验基本操作的实验项目较多，还有学生人数、学时限制，不能保证每一个学生在课堂上都能得到充分锻炼，而虚拟仿真实验作为一种新型的实验教学手段，借助于图形图像、仿真和虚拟现实操作等技术模拟传统实验，改变了传统的教育模式，在越来越多的实验课程中都得到了运用，故而根据我们在教学中面临的实际问题，借助虚拟仿真实验强大的自主性、交互性、开放性的特点构建了以锻炼学生实验基本操作技能为目的的药物分析实验基本操作虚拟仿真平台，并与课堂教学相结合，做到“虚实互补”，更好地为后续药物分析实验打好基础，具有实际的应用意义[1-4]。

1 药物分析实验基本操作虚拟仿真平台的构建及应用

依据药物分析实验课程内容、课程目标，并结合我院药学各专业学生特点和职业需求，设计了滴定分析、溶液的配制、减重称量3个操作单元。分为3个模块进行设计：（1）文字材料演示实验的目的、内容、原理、基本操作过程及注意事项；（2）采用Adobe Flash cs6软件设计模拟仿真实验场景供学生进行操作练习；（3）设计在线测试系统，根据操作过程中要点的完成情况给出“优、良、合格、不合格”的评价。设计考查的要点包括：①滴定分析操作：滴定管的选择、滴定管的润洗、手握滴定管活塞的方法、临近终点滴定液的加入、滴定终点颜色的判断、滴定管的读数、结果的计算等。②溶液的配制：待称量样品的计算、称量容器的选择、样品的稀释转移操作、容量瓶的使用方法、振摇的操作、刻度线的观察等。③减重称量：电子天平的使用原则和方法、称量瓶的使用方法、结果的记录等。每个实验项目内容不仅是简单地操作训练，还包括各种基本实验操作的练习及结果的计算，譬如，在滴定分析实验中加入移液管使用的练习，结果需要根据滴定管的读数计算出滴定溶液的浓度；在溶液的配制实验中考查电子天平的使用方法；在称量练习中需要根据所配制溶液的浓度计算称量的质量，根据被称物的性质选择合适的称量器皿等。该虚拟仿真实验平台的应用主要在课堂上教师进行实验内容的详细演示与讲解后，供学生在课后利用空余时间在电脑或手机终端进行练习，最后成绩的评价需要学生进入考核模块逐一通过3个实验项目的操作才能得到最终成绩[5-6]。

2 学生对药物分析实验基本操作虚拟仿真平台的评价

以我院2017级药学、药物制剂、临床药学专业参与药物分析实验的162名学生为研究对象，虚拟实验结束后借助问卷星进行网络匿名问卷调查，调查问卷内容包括虚拟仿真实验开设的必要性、能力提升度、优势、满意度等，每个问题均设“非常满意、满意、一般、不满意”4种选项，同时还设置了主观问答题，例如：你认为虚拟仿真实验可以代替传统实验教学吗？为什么？在使用虚拟仿真实验进行操作和学习以后，请简述你对此学习模式的评价。从收回的147份有效调查问卷（有效率90.7%）中可看出，认为有必要开设该虚拟实验的学生占51.70%，认为很有必要的占32.65%；认为通过虚拟仿真实验操作项目训练对涉及药物分析实验基本操作规范的内容掌握率达80%以上的占60.54%；认为该虚拟仿真实验项目的引入对提高实验基本操作技能有帮助的占52.38%，很有帮助的占24.49%；而对此次虚拟仿真实验设计满意的占51.37%，非常满意的占19.73%。在多选题虚拟仿真实验的优点方面，74.15%的学生赞同实验过程更安全，64.63%的学生赞同实验消耗更节约，62.59%的学生赞同教学内容更直观，只有45.58%的学生认为学习趣味更浓厚。从调查结果可知，大部分学生认为虚拟仿真实验具有无可比拟的优越性，但是仍不能代替传统实验教学，而以锻炼学生实验基本操作技能为目的的虚拟仿真实验有开设的必要性。通过该虚拟实验平台的反复训练，明显规范了学生的操作技能，提高了实验结果的准确性，有利于学生对药物质量观念重要性的理解，而且通过对实验基本操作技能的锻炼，本年级各专业学生的实践动手能力要优于以往其他年级学生，而实验成绩也得到了提高。

3 药物分析实验中开展虚拟仿真实验的应用体会

虚拟仿真实验是依托于计算机和虚拟现实以及网络通信等技术来模拟现实的实验环境和过程，彻底打破了时间、空间和设备的限制，使学生的学习过程更加高效、自主。通过以锻炼学生实验基本操作技能为目的的虚拟实验的开展，极大丰富了药物分析实验的内容和形式，提高了学生的学习能力，充分调动了学生的学习热情，夯实了学生实验基本操作技能的基础。因此，在药物分析实验中开设此虚拟仿真实验很有必要性[7-8]。

3.1 虚拟仿真实验的开展有助于提高学生自主学习能力

依据最新《药学类专业教学质量国家标准》提出要培养学生自主学习能力的要求，虚拟仿真实验的开展无疑为这一培养目标的达成提供了很好的途径。以我校药物检验操作规范实验为例，通常是由任课教师讲解完每一项涉及基本操作的实验内容及注意事项后，学生按实验步骤进行操作即可，在此过程中，学生缺乏足够的独立思考的时间，遇到问题更多依赖于教师的发现和解决，而受上课时间限制，学生并没有足够的时间去反复练习，从而也难以达到通过此次实验规范学生实验基本操作的目的。以培养学生实验基本操作技能的虚拟仿真实验的开展，激发了学生的主观能动性，让学生可以自主合理安排学习时间。课堂上教师实物演示实验的详细操作过程和要点后，学生通过虚拟仿真实验可以反复练习直至掌握全部的操作流程，同时也可以通过练习中设置的一些易错点和考查点加强对实验的理解。最后进行自主在线测试，成绩合格后方可进行后续的药物分析实验。调查结果也显示，认为虚拟仿真实验可增强自主学习能力的学生占80%以上。在实验教学中，学生成为主导者，参与的积极性与主动性得到充分调动，学习效率随之提高，促进了对药物分析课程的学习。

3.2 虚拟仿真实验的开展有助于提高学生的实践动手能力

药物分析实验是一门实践性极强的课程，对于学生的实践操作技能有着较高要求，对于培养学生全面的药品质量观念，使学生熟悉药品检验程序、具备药品检验能力具有重要意义。虽然学生实验基本操作技能的培养在无机化学、分析化学等实验教学中均有涉及，但由于教学目的、教学要求与药物分析实验不同，部分学生在学习药物分析实验时仍存在实验操作不规范、实验态度不严谨的问题，例如，有学生在称量药品时通常直接称量，而忽视先对电子天平的水平调节与观察；在使用移液管时，忽视移液管的停、靠等操作。药物分析的对象是与人的生命和健康息息相关的药品，不规范、不熟练的操作势必会得出错误的实验结果。而在传统的药物分析实验教学中，由于受学生人数限制，每个人动手的机会不多，主动性或自觉性差的学生常得不到充分有效的训练，授课教师也难以全面观察到每个学生的实验操作情况。而虚拟仿真实验采用一人一机的形式，在一定程度上强制了每个学生都必须参与实验的整个过程，锻炼了学生的实践动手能力。另外，药物分析实验中常涉及一些大型仪器的使用，诸如高效液相色谱仪、紫外分光光度计、气相色谱仪等，由于受实验条件限制，在实验中学生往往得不到充分的上机操作，对仪器的使用也是一知半解，将其以动画形式设计成虚拟仿真实验，在实验前，学生可通过虚拟仿真实验自主学习，熟悉仪器的结构、原理和工作方式，掌握仪器的操作要点、操作步骤，反复练习后，在正式实验时，就能很快熟练操作仪器，培养了学生的动手能力。

3.3 虚拟仿真实验的开展有助于培养学生的创新能力

虚拟仿真实验并不是简单让学生按照提示进行操作训练，其提供了一种灵活的开放式环境，可以在虚拟实验中设置创新模块，利用虚拟程序中设定的实验仪器设备和实验技术，让学生厘清实验对象的结构与方法选择之间的关系，选择不同的设备与技术自主构建虚拟实验，并且可以灵活增加各种探索性实验内容，观察不同的实验结果及现象，系统性完成从药物鉴别、检查到含量测定的整个知识体系的学习。例如，在我们构建的培养学生实验基本操作技能的虚拟仿真实验中，每一个操作步骤都有与之相关的各种器皿的选择，学生可以自由选择并进行操作，从而得到不同的实验操作结果，从结果的正确与否，学生可以有效思考实验过程中的选择是否合理，从而找到解决问题的方法。通过这样的方式，不仅可以激发学生探究问题的积极性，还可以开阔学生的视野，打开思路，促进学生对课程知识的理解、掌握、拓展和深化，增强创新意识的培养以及提高分析问题与解决问题能力。

4 结语

实验基本操作虚拟仿真实验平台在药物分析实验教学中的引入，规范了学生的实验操作，培养了学生实事求是的科学态度，激发了学生的学习热情，提高了药物分析实验教学效果，具有与传统教学模式不可比拟的优势。但是，也需要克服其局限性，虚拟仿真实验无法提供给学生在实践过程中对实物的感官认识；不利于培养学生的团队协作能力；无法预知不确定的实验结果等。因此，虚拟仿真实验的开展仍需要与传统实验相结合，做到虚实结合，以虚促实，这样才能为培养学生的基础实践能力和自主创新能力提供有力保障。此外，在药物分析实验中，虚拟仿真实验的发展方向除了根据实验内容的要求进行设计外，还可关注与药品实际流通中各种检验岗位相联系的实验，将职业能力的培养纳入学习中，让学生尽快适应社会发展的需要。