中药学虚拟仿真实验教学实践的回顾与展望

徐冰 史新元 乔延江

【摘要】国内中药学虚拟仿真实验课程经过十余年的建设，已基本形成了以教育信息化为主线，以国家级虚拟仿真实验教学中心为基础，以国家虚拟仿真实验教学一流课程为依托，以信息技术和智能技术与教育融合为特征的教学体系。该文以时间为轴，将中药学虚拟仿真实验教学发展历程分为萌芽期、平台建设期和内涵建设期三个阶段，系统总结了国内中药学虚拟仿真教学实践经验，并探讨了未来发展方向，为进一步促进中药学实验教学改革与发展提供参考。

【关键词】中药学  虚拟仿真  一流课程  信息技术

【基金项目】教育部产学合作协同育人项目（YG-bjzyydx-20210818;BUCM-2021-JWC-CXY-03）;北京中医药大学教学名师工作坊（MSGZF-202002）。

【中图分类号】G642;R-4   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）40-0099-02

中药学是实践性很强的应用学科，由于学科的自身特点，在实验实训教学工作中往往存在一些困难，如野外实践无法涵盖药用植物生长全周期和全环境、制药实验难以进入企业核心工艺区、高端大型设备难以进课堂、学生临床实践受限等。虚拟仿真实验课程借助现代信息技术，实现“虚拟做真实验”，着力解决真实实验条件不具备或运行困难，或涉及高危、高成本、高消耗实验问题。与真实实验相互辅助，可激发学生的学习兴趣，有效提升实验教学质量。本文以时间为轴，系统梳理国内中药学虚拟仿真实验教学实践历程，分阶段总结实践经验，并探讨了未来发展方向，为进一步促进中药学实验教学改革与发展提供参考。

一、萌芽期

本世纪初至2012年，相继出现了零星的中药学数字化教学资源的开发和应用案例。如数字化中药标本馆建设[1]，实现中药材标本在Internet上的展示和检索。陶欧等[2]采用虚拟现实（Virtual reality，VR）技术构建了虚拟中药材模型，实现了药材几何形状和表面纹理特征的计算机表达。刘洋等[3]探讨了采用VR技术进行中药化学实验可行方案。庄义修等[4]开发了中药制药实训仿真教学软件，模拟生产工艺的操作。谭鹏等[5]总结了中药炮制数字化平台建设的经验。龚梦鹃等[6]采取虚拟实验和传统实验相结合的方式进行中药药理实验教学。通过这些探索，对中药学各课程的实验教学起到了有效的辅助和促进作用。但总的来说，这一阶段对中药学虚拟仿真实验教学体系尚缺乏有效的整合和归纳，属于中药学虚拟仿真实验教学的“萌芽期”。

二、平台建设期

该阶段从2012年至2016年，标志性事件为教育部于2012年3月颁布的《教育信息化十年发展规划2011-2020》，推动信息技术与高等教育深度融合，并提出“遴选和开发1500套虚拟仿真实训实验系统”。随后，教育部于2013年至2016年间，遴选了300所国家级虚拟仿真实验教学中心。其中，中医药类国家级虚拟仿真实验教学中心共5个，如表1所示。除国家平台外，部分中医药院校自建了相应平台，如北京中医药大学中药学虚拟仿真实验教学中心、贵阳中医学院苗医药虚拟仿真实验教学中心、河南中医学院中医药虚拟仿真实验教学中心等。虚拟仿真实验教学中心的建设有效整合了各类虚拟课程资源，提高了虚拟实验室的质量，实现了教学资源信息化管理和共享。

三、内涵建设期

该阶段对应2017年至今。实验教学项目是高校开展实验教学的基本单元，其建设水平直接决定实验教学的整体质量。2017年至2020年间，教育部组织开展了示范性虚拟仿真实验教学项目建设。在2017年和2018年，共支持了12项国家级中药学相关的虚拟仿真实验教学项目，如表2第1～12项所示。为全面提高课程建设质量，教育部在2018年新时代中国高等学校本科教育工作会议上明确提出“淘汰水课”“打造金课”，启动一流本科课程建设“双万计划”。2020年认定了首批国家级一流本科课程，上述12个示范教学项目归类为国家虚拟仿真实验教学一流课程，另外，在植物类课程中有3个与中药学密切相关的项目，见表2第13～15项。在疫情防控期间，上述优质虚拟仿真实验教学资源在www.ilab-x.com网站实现了全天候免费开放。该阶段建设的虚拟仿真实验教学课程具备了优质、开放、共享等突出特征，属于虚拟仿真实验教学的“内涵建设期”。

（中药虚拟仿真实验类）

内涵建设期间，在教育部指导下，虚拟仿真实验教学创新联盟于2019年在清华大学成立，已完成《虚拟仿真实验教学课程建设指南》编制工作，该联盟正在制定《虚拟仿真实验教学课程建设技术规范》。部分高校教师积极利用教育部产学合作协同育人项目政策等，争取企业支持并进行虚拟仿真教学资源建设。据作者统计，在2019-2020年间，约有15项中药类虚拟仿真实验教学课题获得教育部产学合作协同育人项目的资助（见表3），增强现实（Augmented reality，AR）、TensorFlow和大数据等人工智能工具、以及流体力学机理模型开始用于中药类虚拟仿真实验课程。此外，还有大量的省级虚拟仿真实验教学项目[7]。

四、未来展望

经过十余年的建设，国内已基本形成了以教育信息化为主线，以国家级虚拟仿真实验教学中心为基础，以国家虚拟仿真实验教学一流课程等建设为依托，以信息技术和智能技术与教育融合为特征的中药学虚拟仿真实验教学体系。疫情防控期间的经验表明，虚拟仿真实验将成为教学新常态和人才培养的重要手段。笔者认为，未来中药学虚拟仿真实验教学应做到以下几点：（1）进一步突出中药学特色，加强校企合作和知识产权保护[8];（2）面向社会需求和科技前沿，注重实验内容的创新，积极转化引入科研前沿和重大工程实践成果;（3）融入智能实验的设计理念，培育学生解决中药学复杂科学和工程问题的能力;（4）进一步推动信息技术与实验教学的深度融合，加强教学效果评价，提高虚拟仿真实验教学水平。

参考文献：

[1]王荣祥，蔡宇.中药标本馆的网络建设.辽宁中医药大学学报，2007，9（5）：198-199.

[2]陶欧，王耘，乔延江.虚拟现实技术在中药远程教学中的应用.药学教育，2008，24（4）：26-28.

[3]劉洋，石任兵，刘斌.中药化学精品课程中的计算机虚拟现实教学.药学教育，2008，24（2）：10-11.

[4]庄义修，段启，项朝阳，等.中药制药实训仿真系统软件开发研究.黑龙江生态工程职业学院学报，2010，23（5）： 84-86.

[5]谭鹏，杜红，李向日，等.中药炮制学科数字化平台建设的探讨.中国中医药现代远程教育，2012，10（4）：85.

[6]龚梦鹃，王晖，胡旭光，等.中药药理实验教学改革的探索. 中药与临床，2012，3（2）：54-55.

[7]李孟，李玉贤，孙彦君，等.虚拟仿真法在中药化学实验教学的建设和思考.中国中医药现代远程教育，2021，19（9）：3-5.

[8]苏成福，刘雅敏，李玉贤，等.创建中药学类虚拟仿真实验教学中心的思考和建设思路.中国中医药现代远程教育，2016，14（17）：1-3.

作者简介：

徐冰（1985年-），男，山东菏泽人，副教授，主要从事中药虚拟仿真实验教学工作。

史新元（1976年-），女，陕西安康人，教授，主要从事中药信息学教育工作。

乔延江（1956年-），男，山东乳山人，教授，主要从事中药学高等教育工作。