药学虚拟仿真实验教学平台的建设与应用效果评价

王卫华，陈清阳，夏亚钊，李丽平

菏泽医学专科学校，山东菏泽 274000

随着科学技术的不断发展，我国的教育越来越得到广泛的重视并在不断地创新与发展中增加了许多的新方法，例如基于大数据的互联网教学、多媒体教学、网络教学、智能教学及虚拟仿真教学等，多元化的教学方式有助于我国教育事业更加快速地发展。药学作为医学专业中一门实践性较高的学科， 对于实验的需求量非常高，且打好药学专业的良好基础，学生需要具备理论与实践综合的能力，从而更好地发挥专业优势。 该文主要就药学虚拟仿真实验教学展开讨论，对于药学虚拟仿真实验教学平台的建设方案进行简单表述并详细分析其应用效果及评价。

1 虚拟仿真教学平台的概念

现如今，由于各类新型实验的需求量越来越大，很多学校开始将重心放在虚拟仿真实验教学中。这是一种以软件为基础通过虚拟的方式搭建的实验教学系统，可以实现各类教学实验的虚拟化及数字化，能够帮助不同专业学科的学生提供教学及科研环境，通过虚拟的仿真实验室与实际的实物实验室进行互补的情况下，既可以帮助学生熟悉实验步骤及环节，还有效避免了很多不必要的材料浪费。 这是因为在实际的教学实验过程中，很多实验器材造价相对较高，常常会出现老师不舍得用、学生又不会用的情况，再加上很多实验的时间持续过长，正常的教学中是无法展开的，导致很多学生连实物教学都无法参与。

通过计算机可以将虚拟仿真技术搭建起来，不但让学生有身临其境的感觉，还可以重复操作加深印象，尤其是对节省材料有非常大的帮助，降低了学校购买实验器材的成本费用[1]。此外，由于很多实验都存在一定的危险性，例如文中所说的药学专业，在其制剂的实验中，就会接触到大量的放射性物质或有毒物质，这些实验如果是让没有操作经验的学生来做的话，一定会造成非常危险的后果。所以利用虚拟仿真技术来进行实验，对于学生的安全性也有着很大的提高。 目前，我国已经有多家高校开始研究并建立了高科技的仿真实验室。

2018 年6 月，国家教育部官网发布了首批国家虚拟仿真实验教学项目的认定结果通知，并认定了105 个虚拟仿真实验教学项目为首批国家虚拟仿真实验教学项目[2]。

案例说明①：浙江大学药学院就针对生殖毒性虚拟仿真进行了实验，生殖毒性虚拟仿真实验通过三维仿真技术，将实验操作真实地进行了还原。在虚拟的系统内，学生可以通过对实验人物进行实际的操作和指引其进入实验室并展开实验。在实验学习中，还可以实现图文介绍、界面交互等功能。通过趣味性的知识点，增强了学生的学习兴趣，学生通过三维场景的浏览和交互操作，可以有效熟悉实验操作的注意事项，避免了因为没有经验而接触有害试剂的情况，帮助学生增强并巩固了安全意识和知识获取。

案例说明②：南方医科大学通过虚拟实验课程将人感染高致病性禽流感的事件进行了模拟，通过故事情节的方式，还原了突发公共卫生事件的应急及实验方式。将虚拟仿真实验与实际的课本理论进行了相结合。学生可以对该内容进行反复的观看和实验[3]，达到了增强理论知识和增强实验水平的目的。像禽流感这种疾病，由于病情的特殊性，在实验试验中是很难完成的，而学生通过虚拟实验平台可以了解到实际的操作解决办法。 例如：物资的准备、个人的防护、控制疫情的方式及对于现场流行病学的调查和样本采集及现场消毒等，通过实验操作的方式按照步骤进行操作。当学生对于操作步骤无法拿捏或不敢进行判断时，系统还会自动给出提示，指引学生完成全部的实验过程，并在实验结束后，给出考核分数。

2 当前药学专业的学习现状

我国各类药学院校在近几年里都展开了有关于实验的教学方式，并对其中的教学内容和教学方式等不同方面进行不同程度的改革，获得了较好的教学成果。 但在老师带领学生进行教学实验中，面对一些短期内无法达标的硬性客观条件，给实验教学也带来了非常多的困扰[4]。

2.1 教学条件有限

由于老师带领学生的教学实验时间有限，所以在教学中，很多学生没有理解其中的重点内容，特别是药学实验本身存在持续性，在进行一些药物浓度测试、药物合成及成分提取和结构检定等综合实验时，大多需要较长的时间来进行，面对时间和地点的限制，导致学生很难成功完成综合实验。

2.2 实验局限性较高

由于药学实验中存在较多含有毒性成分的试剂、容易燃烧和爆炸的试剂及一些细胞和细菌，导致有些实验存在安全问题[5]，面对这类实验的安全性问题，让并没有成熟经验的学生进行操作，一旦发生失误的情况很容易给身体及环境带来极大的伤害，所以很多实验课程无法开设，这直接影响了实验的教学进度。

2.3 器材消耗过高

教学的成本及设备器材的成本相对来说过高，大部分学校无法满足每位学生作为实验测试造成的大量消耗，例如实验的动物、珍贵的细胞和菌株等，且试剂及药品的消耗量也非常高，且实验设备的数量本身有限，导致有些学生没有操作过，对于实验操作也并不熟练，给实验学习带来较大的影响[6]。

2.4 危险性较大

不同于其他学科，药学是一门既包含医学又包含化学的交叉型科目，学生不但要掌握许多过硬的理论知识，还要擅于动手，对实验进行测试，这也说明了试验教学的重要性。在药学合成的众多实验中，都会有高温高压、易燃易爆的情况，除此之外，还有很多有毒有害的物质及气体散发。过去传统的实验中，学生亲自操刀操作的方式，危险系数过高。

3 药学虚拟仿真教学建立的必要性及优势

由于药学对于学生的理论及动手能力要求均很高，所以其中的分析实验还会接触到较为高尖端的仪器，但很多学校基本上都不具备这些仪器。大多学生在毕业后实习的单位也偏向于药厂，这类化工企业出于对安全的考虑，也不会让学生参与到实验中，而在学校，由于器械材料的不足和安全问题的原因，也很少能够允许学生进行频繁的实验。 学生如果只学习理论，没有经过实际的锻炼，将来在社会上就业也是不合格的。 这足以体现药学虚拟仿真教学设备建立的重要性[7]。

虚拟仿真实验教学是利用虚拟的方式将现实中的物件进行高度的还原和仿真， 再结合多媒体的智能技术，帮助学生运用虚拟的环境完成药学实验，用此类方式解决在实际教学中无法进行和操作的实验测试。近年来，在虚拟仿真教学运用得越来越频繁，随着时间的推移，当下虚拟仿真教学已经是新型教育中不可缺少的重要组成部分。

虚拟仿真教学能够帮助学生有效提高实验效率，且在实验中可以自主拓展，利用虚拟仿真实验的方式不会存在安全隐患，而且不受时间和地点的限制，还具备实现实验共享和公开的特点，在当今的药学高校中，应当把药学虚拟仿真实验教学作为整个仿真实验教学和智能化建设的核心内容[8]。 和过去的传统实际操作实验方式截然不同，利用虚拟仿真教学的模式能够帮助学生增强自主创新发展的学习意识，大幅度增长了学生的动手能力且对教学器材和成本的节约有着重要贡献，是帮助高校进行实验教学的重要改革方式，并与药学教育当前的发展与走向完全吻合，帮助学生利用课下的时间对于实验进行有效的操作，帮助学校培养了更多优秀的药学人才。 部分高校为了更好地进行实验教学，已经开通了除药学外其他像分析化学、中药化学等虚拟仿真的试验教学平台，并在建立虚拟仿真平台的同时，实现了应用的价值[9]。

4 药学虚拟仿真实验教学平台的建设与应用

4.1 药学虚拟仿真实验教学平台建设

有些学校的平台建设分为多种类型，其中包含了“药物化学”“天然药物化学”“药物分析”“新型药物研发”“毒理学”等，但这些药物的实验是完全分割开的，这种教学方式会导致学生的整体学习思维被切断，无法进行连贯的运用和理解。所以学校应当在原有课程的基础上，建立出综合全面的“药物设计试验”平台，课程内容也应该包含药学的所有知识点，学生可以通过自己的兴趣点选择进行不同的实验并展开学习。依托专门的化学实验教学示范中心并根据药学特质，进行丰富资源的虚拟仿真实验教学平台建设，委托相关开发公司将虚拟仿真技术进行开发， 并把开发后的仿真技术与平台进行结合，平台功能需要包含教师端和学生端，以此来满足不同的需求[10]。

学生端：学生的预习内容、演示操作、学习方式、考核评分、上传报告、评价考核。当学生完成选题后，应当要求学生提前将实验的相关内容进行预习，通过预习测试后，才能进入下个环节，而学生也可以通过该平台直接和老师进行联系和互动，提交自己的实验报告等[11]。

教师端：资源管理、题目管理、综合评价统计及最终考试成绩管理等不同系统，包括实验教学资源、虚拟的实验操作、提交实验报告、发展新项目训练、老师与学生之间的互动交流、实验操作考核及查询最终成绩的功能[12]。老师也可以在线上对于学生的实验进行安排、实时查看学生的实验进展、对学生的实验作业进行批改等，空闲时还可以在线解答学生提出的疑问，并根据学生的兴趣和强项，建立学习小组，指导学生去参加比赛。

4.2 药学虚拟仿真实验教学平台应用

在药学虚拟仿真实验教学平台中共设置了6 种系统，学生可以在教师的指导下进行合理的实验操作和学习，有效避免不必要的成本消耗。 此外利用网络教学的方式还可以帮助学生随时随地进行有效学习[13]。 作为虚拟仿真实验教学平台应当将学生放在第一位，明确自身的教学理念（即以学生为中心），在面对教学实验时，应当增强综合性创新实验在教学实验中的次数，建设良好的药学虚拟仿真实验教学模式[14]。 由于药学的学科内容较为复杂，在进行仿真实验教学前，应当将与药物学相关的药物化学、药理学、药剂学药物分析等其他与药学有关的课程中存在的虚拟仿真实验教学内容进行科学的整理并制定出于药学相关的实验教学内容；再把大部分实验项目进行虚拟化，将一些受到时间、地点限制的实验内容通过虚拟化的方式展开教学[15]。

4.3 应用成果

将虚拟仿真技术应用在药学实验教学中优势较为明显且比过去的传统教学模式更加安全：学生通过仿真技术进行操作，对于自身的动手能力起到了很大的提升作用；在面对一些含有有毒气体且存在爆炸等危险的实验时，利用仿真技术的优势既帮助学生完成了实际的实验操作，又避免了可能存在的危险，对于现实实验起到了较好的辅助作用[16]。

利用虚拟仿真技术可以锻炼学生发现问题并解决的技能，培养学生的科学思维，由于在虚拟系统中有对于学生成绩获取和考核的系统功能，所以学生的每一次实验记录都能够被老师利用起来，并对学生的操作能力和理解能力有清楚的了解并展开评分，对于师生间的沟通起到较高的融合作用[17]。 锻炼了学生的动手能力、思维发展能力及全面的综合素质能力，学生利用虚拟仿真实验的方式对实验标准有了清晰的认识，并对实验的操作和过程有了熟悉度，在真实实验时能够有效减少实验仪器的损坏，加强了实验水平，保障了安全性，并有效将实验成绩提升7%。

5 结论

当前虚拟仿真实验教学是帮助学生增强实践能力的最好方式，通过实验平台可以将教学中需要的资源及制度通过科学的方式组合在一起，为学生的实践经验提供了强劲的技术支持。药学虚拟仿真实验教学平台的建设和应用离不开科学技术和实验教学[18]，采用药学虚拟仿真实验教学平台能够给帮助学生和老师进行更加方便快捷的学习，对于学生的研究和发展能力有显著的提高，提高了整体的实验教学质量。 当前越来越被广泛运用的云计算、人工智能及大数据、电子信息等多样的科学技术为虚拟仿真实验教学带来了巨大的帮助，未来一定还会创建出更多有助于培养人才的教学方式，助力教育事业再次提升。