基于OBE理念的制药工程虚拟仿真实验室建设思考

马小双，常 征，高明菊，李付惠，黄再强

（文山学院 三七医药学院，云南 文山 663099）

近年来，随着教育改革的持续推进，社会经济的高速发展，应用型高校制药工程专业的教学设计逐渐由传统的“照本宣科”模式向基于OBE（outcomes-based education）理念的教学模式转变。OBE教育理念强调以成果为导向，注重培养学生能力，并对学生学习效果进行评价[1]。制药工程是化学、生物学、药学和工程学等学科交叉渗透而形成的一门工科背景专业，是适应现代经济和医药产业需求而产生的[2]。制药工程专业设立的目标是培养适应我国医药产业建设和发展的药学类人才，要求学生具备良好的专业知识、创新能力以及工程技术能力，并能在制药类相关企事业单位从事药物研发和教学实践等方面的工作[3]。在接轨国际人才培养标准同时，如何更有效提升制药工程专业毕业生未来能力，适应社会需求，成为应用型高校亟须解决的主要矛盾。在网络技术、多媒体技术、数字仿真等科学技术的迅猛发展背景下，虚拟仿真技术在制药工程教学中的运用无疑成为解决这一矛盾的有力抓手。文章结合本专业实际教学经验通过查阅、参考相关文献资料后，对基于OBE理念的制药工程教育中虚拟仿真实验室建设思考分析如下。

1 认识OBE理念及特点

1.1 OBE理念

OBE是成果导向教育英文缩写，20世纪90年代在北美最早发展起来，并应用于工程教育领域，是一种以学生的学习成果为导向的教育理念。OBE理念要求从预期成果出发，反向推导各类专业课程为满足目标达成而需要的知识、能力和素质要求，将课程的设置放在专业人才培养的预期成果导向之下[4]。

1.2 特点

在这一教学模式之下， 教师由传统的知识讲授者变成了教学的引导者，教师需要以学生为主体[5]。始终坚持学生的中心地位，学习成果的目标导向，教师作为学生学习过程的指导者和辅助者，着重对学生自主思考、自主钻研、自主学习、自主解决问题能力的培养，确保学生在学习过程中对于实质技能和素养的掌握与提升，而不仅仅是在此过程中理论知识和内容的量化积累[6]。将理论知识灵活的应用于实践，形成学生的自身技能，服务于行业、市场和社会需求，是这一模式下应用型高校的人才培养目标和方向。

2 虚拟仿真技术简介

虚拟仿真（Virtual Reality）实际上是一种可创建和体验虚拟世界（ Virtual World） 的计算机系统[7]。利用计算机系统生成的模拟环境再现现实世界，用户通过与计算机的虚拟系统交流互动，形成类似真实的感受，计算机系统再根据用户与虚拟环境交流所产生的各种反应形成相应数据反馈到用户，从而形成较为逼真和及时的现实感受，产生类似现实实践的身心体验。

3 基于OBE理念的制药工程虚拟仿真实验室建设必要性

虽然每年国内高校有大量制药工程专业毕业生，但仍无法满足药企的需求，究其原因是毕业生水平参差不齐，理论基础薄弱，同时因缺乏工程实践能力，没有工程意识，面对实际问题，缺少切实可行的解决方法[8]。基于OBE理念的制药工程专业教育的最终目标是根据制药工程专业特点，在实现专业目标的过程中使毕业生具备为自身创造价值的能力，促进行业、企业创新发展和技术进步的能力，服务社会经济发展的能力。针对制药工程专业学生培养过程中存在的诸多问题，研究建立集实验、实训于一体的智能化虚拟仿真实验室，对夯实学生理论及实践技能基础，提升基于OBE理念的制药工程专业教学效果具有极大促进作用。

4 基于OBE理念的制药工程虚拟仿真实验室建设的意义

4.1 解决教师队伍缺乏行业实践经验问题

制药工程专业的专任教师大多由基础理论型和学科型的教育转型，普遍存在着重基础理论研究，轻应用与实践技能以及实践能力较低的不足[9]。近年来，因地方高校快速发展，急需壮大教师队伍，大量“从校门到校门”高学历青年教师被引进，这些教师虽然基础知识、理论较强，但因自身社会、企业实践等经验欠缺，导致在教学中实现OBE教学理念困难。教师可以通过虚拟仿真实验室先期开展各种实验实践研究，弥补自身社会、企业实践等经验欠缺的问题，以更好地指导学生完成学习及各种实训。

4.2 解决校内实训不够，理论与实践结合不好，影响学习效果问题

制药工程专业包含化学、生物学、药学和工程学等多学科知识，很多理论知识需要通过实验实践方式来理解和加深印象，但因一些实验实践风险大、消耗多、花费高及部分教师本身尚无法有效完成，导致学生知识点掌握不够全面和过硬，难以满足社会行业需求。通过虚拟仿真实验室，可以降低学生实验、实训风险，降低实验药品、器械损耗，可以节约实验、实训成本，同时让学生通过模拟实践更直观地理解和掌握课本上枯燥的理论知识，同时激发学生学习热情，提高学习效果，完成教学目标。

4.3 解决校外实习实训落实不够问题

制药生产涉及的化学物质和原料存在较大的安全隐患，如易燃、易爆、有毒等，且一些药物的生产条件非常苛刻，直接进行生产的危险性大，一旦运行出现问题，后果不堪设想[10]。教学的成本以及因培训不到位而造成车间污染的可能性增高，实习单位没有能力也没有意愿接纳人数众多的在校学生进入车间进行实际的动手操作，多数情况下，学生只能在走廊上参观见习，听讲解、提问题，实习的效果很难得到保证，完全无法充分体现实习环节的教学目标[11]。通过虚拟仿真实验室的建立，可以完成学生进入企业前的实训培训，使学生提前了解生产设备结构、性能，熟悉操作流程，熟悉制备流程等，增强安全生产意识，避免因受制于制药企业GMP（good manufacturing practice）管理要求，无法进入洁净、安全要求高的生产区域进行实训实习的尴尬。

4.4 通过虚拟仿真实验教学培养学生创新改进能力

虚拟仿真操作过程，除了可以完成既定的操作外，也可以让学生根据自己对知识的理解和掌握程度，修改设备参数和实验药品等完成按照个人想法的一系列操作，或者是教师根据一些生产过程中出现的问题，启发学生完成一系列针对性问题解决方案尝试。因为是虚拟仿真操作，学生不必担心因实验失败或数据不合理等造成真实的实验药品消耗、设备损坏、危险性等一系列问题，既降低了实验成本，确保了实验安全，更主要的是通过反复实验验证，深化了学生对工艺流程、设备运行、流程选择、参数优化、风险控制等深层次知识的理解，提升了学生在制药工程行业中的创新改进能力和解决复杂工程问题的能力。

5 基于OBE理念的制药工程虚拟仿真实验室建设的措施与应用

在设计前责成软件公司的开发团队必须充分调研了解企业和实验室使用对象（教师与学生）需求，设计团队、使用对象、企业之间要建立及时有效的沟通互动平台，共同制定指导思想和应用内容，要能充分体现专业特点和行业技术工艺，从而使软件既满足基于OBE理念的制药工程教学普遍要求，又满足使用者的针对性需求。

实验室建成投入应用后，除常规运转维护外，开发团队还要引导使用者形成正确的实验室使用观念与使用流程，避免因“游戏化”等错误观念及使用流程认识偏差、不足等影响应用积极性。同时还要不断收集使用者的各种反馈信息，了解行业发展需求，及时对系统进行升级改造，不断提升实验室在制药工程教学中的作用。

6 结语

制药工程对从业人员的知识、技能以及设备、生产环境有着极高要求。同时因为其特殊性，该行业的发展壮大对地方乃至整个社会的发展具有强大的促进作用，因此，基于OBE理念的制药工程专业教育教学意义深远。通过以学生实验、实训能力提升、创造思维培养等方向建立虚拟仿真实验室，可以增强教师教学趣味性，学生学习主动性，极大地解决制药工程专业人才培养中存在的诸多问题，从而实现基于OBE理念的制药工程教育教学目标，培养出具备为自身创造价值能力，具备促进行业、企业创新发展和技术进步能力，能够服务社会经济发展的制药工程人才。当然，我们在使用实践中也要注意其存在的不足，限于目前技术水平，模拟系统不能完全取代教师教学及所有实际操作和实习实训，必须有机结合；同时还要避免使用过程中部分教师学生对系统的认识偏差，形成模拟操作的“游戏化”印象，造成实验、生产实际操作过程中不够严肃、认真的态度。只有扬长避短，真正发挥好其辅助作用，才能有效提升教学质量。