浅谈虚拟仿真在药学实验教学中的运用

武毅君

[摘           要]  通过虚拟仿真技术与现代药学教育有机结合，提高药学实验教学质量，培养学生工作后的岗位胜任能力，弥补传统教学的不足。阐述了药学虚拟仿真实验教学的优劣势，并提出从线上到线下的实验教学融合能提高学生的创新能力和实践能力，培養出适应新时代发展的高水平创新型药学人才。

[关    键   词]  药学;虚拟仿真;实验教学

[中图分类号]  G642                 [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603（2021）33-0136-02

药学是实践性很强的学科，实验教学在培养药学学生实践和创新能力方面具有重要的作用，但现实中存在濒危药材采集鉴定难做、大型精密实验仪器高成本、制剂生产环境要求高、中试型综合性实验训练价格昂贵等困难，使得药学的发展受到了阻碍。而以信息科学和网络技术为代表的现代科学，为药学教育的发展带来新的机遇。

虚拟现实（Virtual reality，VR）技术可以借助高科技手段构建一个逼真的虚拟环境，实现视、触、听的一体化，使学生像在现场一样感受虚拟实验环境。实验模拟教学是以虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通信技术为基础，建立虚拟实验室和实验对象，在虚拟环境中进行实验，完成目前条件下难以完成的实验课程。伴随着互联网信息管理技术的进步，长江雨课堂、MOOC、毕博平台、可汗学院、虚拟仿真实验数据平台等线上教学工作平台或工具的开发，提供了实验教学模式改革研究的必要条件[1]。近年来，虚拟仿真分析实验数据平台这一新的教学方法是对传统实验教学管理的补充和改进，在高校得到了广泛的认可[2-4]。

在2020年特殊时期，大学生不得不推迟返校。为全面完成教学任务，达到药学专业培养目标，依托虚拟仿真技术的药学实验教学改革愈发迫切。

一、传统药学实验教学的不足

药学是一门介于医学和化学之间的交叉学科。它一方面要求学生具有扎实的理论知识，另一方面要求学生具有较强的实验能力。实验教学是药学专业学生教育的重要组成部分，它是培养学生实践能力和创新思维的重要环节[5-6]。药学专业学生对医药行业前沿知识的了解途径非常有限，而前沿技术所涉及的仪器、耗材较贵，且试剂多具有一定危险性。比如一些纳米药物的合成需要用到很多尖端的实验仪器，由于条件的限制，很多大学没有这些仪器。而且合成过程中存在高温高压、易燃易爆、有毒有害的实验环境，学生在传统实验室中操作是不可行的。一般学生毕业前均在制药厂实习，制药厂属于化工企业。由于安全原因，在传统的生产实践中不允许学生真正参与药品的生产和检验，使得生产实践流于形式，在校学习期间学生的实际动手能力得不到该有的锻炼。

在目前教育改革的政策要求下，教师在教学过程中不仅要重视向学生传授知识，更要重视培养学生科学的思维方法，从而提高学生获取知识和应用知识的能力。就我个人教授的工业药剂学课程来说，教学依然呈现传统教学模式的特点，即凭着自己有限的经验进行简单重复的教学实践，在对学生学习能力培养的过程中只重视对学生基础知识和基本技能的训练，而不注重对其思维能力和思维习惯的培养。为改变工业药剂学课程的现状，考虑到专业课大部分章节是以知识的掌握为核心目的，肯定有枯燥无味的时候，提前把一些简单易于理解的内容分组布置给学生，让学生课下查资料，制作成课件，自主学习，以便于将更多的时间分配给实验教学，但一方面由于实验设备、实验室空间、学校设备紧缺等客观原因，大部分学生因为不熟悉实验设备，无法在规定时间内完成实验操作，反而容易给学生造成挫败感。另一方面工业药剂学大部分实验设备主要安装于工厂，学校不具备设备安装条件，仅通过图片、视频向学生展示现代制药的生产线流程，无法使学生产生具体概念，造成对这门课的理解支离破碎，每道工序无法有效衔接，考试全靠死记硬背。

二、开设虚拟仿真实验教学的优势

（一）贯穿药物生产全过程，实现综合训练

现有的药学教育模式是以药学二级学科为导向的实验体系，即药学、药物分析、工业药学、药物化学、药理学等，其实验教学是完全独立的。这样的教学使学生的学习思维被动、不连续、不平衡。虚拟仿真实验可以根据专业特点进行实验内容设计，建立药物分析虚拟仿真和药物制剂（GMP）基于虚拟仿真教学系统，构建了药学综合实验系统。利用虚拟平台，学生可以反复练习大型仪器设备操作，可以按照实验需求，自由选取虚拟实验设备组装操作;还可以自由结合并进行多模块集成，建立贯穿整个药物生产过程的综合虚拟仿真实验训练项目。

（二）开启校企共建共管共享的“双赢”模式

高校可以通过与制药企业的合作，将学生未来就业所需的相关实践技能融入虚拟仿真教学内容中，如GAP、GMP、GSP等国家食品药品监督管理总局颁布的相关质量管理规范所要求的实践技能，并同高校一起制定药学专业的培养目标和方案，合力开发课程体系和开放性实验项目，建立药学专业虚拟仿真实验过程的标准化教学体系。学生可以利用制药企业现有的设备和生产线来支持虚拟仿真实验，企业也可以根据自己的实际生产需要，对学校的虚拟仿真实验平台建设提出一些建议，以便于后期可以利用共建的虚拟仿真教学管理系统对新员工进行网上远程培训和网上理论知识的延伸，从而形成双赢的局面。

（三）建立以学生为主体的教学组织形式与教学方法

从“教”到“学”是高等教育人才培养模式改革的核心。首先，要角色转换，从以教师为中心到以学生为中心，利用视频、网络仿真、多媒体等现代化科技手段，为学生自主实验创造个性化的学习实验环境。各高校可以先从虚拟仿真实验教学平台及相关软件的开发开始，为学生课外自我学习、自主考核提供功能支持，后期再通过同兄弟院校共享平台等手段建立优质的实验教学网络资源，并逐步培训教师以智能化主导的实验教学思维。其次，教学管理模式由教师主导教学活动转变为由学生自主设计教学过程，进一步锻炼学生的创新型思维和实践动手能力。