基于虚拟仿真平台的制药工程专业线上实践教学的探索

2021-11-29张文君杨硕王立

药学研究 2021年7期

张文君，杨硕，王立

(哈尔滨商业大学药学院，黑龙江哈尔滨 150076)

突如其来的新冠肺炎疫情给企业的复工复产、学校的复学带来了极大影响。为保证教育教学工作的顺利进行，教育部提倡2020春季学期延期开学、“停课不停教、不停学”，倡导积极利用优质的网上教学资源，为学生搭建云课堂，解决学生在家学习的问题[1]。线上教学更是“互联网+教育”这一新型的教育模式的应用展示。

制药工程作为一个工科类专业，实践教学是制药工程专业建设的重中之重。近年来，虚拟仿真实验的兴起为实践教学的发展添砖加瓦，新颖的、沉浸式的教育体验是传统实践模式所欠缺的。鉴于特殊时期，学院借助欧倍尔云课堂虚拟仿真学习平台完成制药工程专业学生的线上实践教学工作。本文将对虚拟仿真应用于教学中的优势、虚拟仿真在医药类专业实践教学中的应用，以及基于欧倍尔云课堂虚拟仿真平台的制药工程专业线上实践教学进行综述，为实践教学渠道的多元化提供参考。

1 虚拟仿真应用于教学中的优势

虚拟仿真(virtual reality，VR)是一种计算机技术，利用该技术可以创建出的一个虚拟的三维世界，并以交互的形式呈现出来。该三维世界中可以模拟出用户的物理状态，并与由计算机创建出的角色或环境互动[2]。在过去的几年中，虚拟仿真已从游戏领域发展到专业领域，并为医学、药学、物理科学、工程学等学科的理论和实践教学开辟了新的领域。

虚拟仿真提供了一种沉浸式的动手学习体验，将抽象概念具体化、可视化，将其应用于教育教学中发挥独特的作用。与传统教学模式相比，虚拟仿真为学生提供了一种可互动的、身临其境的、新颖的学习体验。虚拟仿真的新颖性和娱乐性对学生而言充满吸引力，使学生产生兴趣、积极探索、激发学生的学习潜力。

虚拟仿真创建出的情景式教学环境可以为学生提供临场感和沉浸感，使教学内容更加生动，学生可以在能够增加学习潜力的环境中学习，这是传统教学模式所无法比拟的。

虚拟仿真还可以使学生能够根据自身的想象力创建任何东西，并实现可视化、可互动化，可以使难以理解的抽象概念更容易掌握。尤其在涉及一些昂贵、危险或特殊空间的教学内容时，虚拟仿真技术具有巨大的潜力。

综上，将虚拟仿真技术应用于教学，既可以提高学生的参与度、激发学生学习潜力，又能为学生提供更加新颖、生动的学习环境。作为体验时代的教育工作者，我们应该利用更好的方法，为学生提供更有效的学习体验。利用优质的教学资源，推动教学的改革与创新，而虚拟仿真技术为我们提供了新的机遇。

2 虚拟仿真在医药类专业实践教学中的应用

根据教育部关于《教育信息化十年发展规划(2011—2020年)》[3]和《2017年教育信息化工作要点》[4]的要求，强调要不断推进高等教育实验教学与信息技术融合，优化实验教学资源的建设及应用，并开展虚拟仿真实验教学项目建设工作。各高校积极响应教育部的号召，建立虚拟仿真实践教学平台。

安徽医科大学创建了医学微生物学中霍乱弧菌的感染与诊断的虚拟仿真实验教学系统[5]，和病原微生物学中破伤风梭菌毒素致小鼠肌肉痉挛虚拟仿真实验系统[6]。运用该系统既保障了微生物实验教学的安全性，又增加了课程的趣味性，提高教学质量，促进教学模式的改革。南华大学医学院[7]搭建的医学微生物学虚拟仿真实验服务于各专业的医学生，解决了生物安全、实验经费紧张等问题，有助于提高学生的专业技能。

华中科技大学同济医学院第一临床学院[8]采用了胃管置入术“虚实结合”的教学模式，将虚拟仿真实践教学与传统模拟设备实践教学相结合，使学生的临床操作技能得到提高。

深圳大学医学部[9]创建了生殖细胞分离提取与体外受精虚拟仿真实验系统，作为传统实验教学的补充，该系统以解决临床不孕不育问题为目的，包含有实验操作视频和虚拟交互操作两部分，有助于学生理解和掌握相关医学知识、实验基本操作流程。

郑州大学基础医学院[10]开发了医学机能学虚拟仿真实验平台，采用混合式教学方法，将传统线下教学与线上教学相结合。多数学生认为虚拟仿真实验平台作为传统教学的补充，能够起到辅助教学的作用。

南京医科大学口腔医学院[11]运用虚拟仿真牙医培训系统对学生进行口腔临床前训练，得到学生的高度认可。该系统包含各个口腔专业的常规实践操作板块，并解决了应用传统仿真头模安全性差、价格昂贵、消耗大等问题。

暨南大学[12]和河北医科大学[13]建设了药学虚拟仿真实验平台，将信息化技术与药学主干学科内容相结合，虚拟仿真实验教学内容不仅包括基础实验操作，还包含科研理念，为培养药学专业创新型人才提供了优质教育资源。

上海中医药大学教学实验中心[14]建设了中药学高效液相色谱分析技术虚拟仿真实验系统，并将虚拟仿真实验与真实实验相结合，降低实验教学成本，提高实验教学质量。

南京中医药大学[15]建设了中药制药专业虚拟仿真实验教学平台，旨在提高中药制药专业学生的实践创新能力，并达到实验教学资源共享的目的。湖南中医药大学[16]开展六味地黄丸提取工艺的虚拟仿真实验课程，学生反映学习效果佳。

广东工业大学[17]构建的制药工程专业虚拟仿真实习平台，主要包含化学制药生产工艺、青霉素生产工艺、药物制剂生产实习虚拟仿真系统，模拟了制药企业药物工业化生产的全过程，学生通过该虚拟仿真实习平台能够无限次操作制剂生产的工艺流程，更好地将理论知识与实践结合，使学生对药品生产质量管理规范(GMP)和标准操作流程(SOP)有切身体验，并加深理解。

3 基于“欧倍尔云课堂”虚拟仿真平台的制药工程专业线上实践教学

3.1 线上实践教学的目的由于新冠肺炎疫情的影响，我校药学院制药工程专业学生首次采用欧倍尔云课堂虚拟仿真平台进行线上实践教学。该虚拟仿真平台以现代药厂为参照，以GMP为标准，用Unity3D技术构建一个高度仿真的虚拟生产环境，实现了工厂仿真实训的辅助教学功能，为制药工程专业学生提供了一个仿真度高、可全程参与、可提供操作指导、虚拟仿真的现代化制药厂GMP生产模拟操作平台。学生可以通过该平台切身体验制剂生产全过程、了解制剂生产环境、操作制剂生产设备、学习GMP相关知识等。促进学生将理论知识真正运用于实践，利于学生将来步入社会后，能迅速融入实际工业生产中去。

相比于传统的线下实践教学，采用该虚拟仿真平台只需要一台电脑和互联网即可完成。传统的线下实践教学时间和场地有限，且常常为几人一组，难以保证每位同学得到充分的实践训练，而采用该虚拟仿真平台的线上实践教学可以使学生无限次模拟实践操作，保证每位同学都能参与到全部生产工艺流程中去，得到充分的实践训练。

3.2 线上实践教学的应用欧倍尔云课堂虚拟仿真平台需登录该平台网站，并下载相应软件，即可操作。针对制药工程专业的线上实践教学单元有：AB级人员更衣、CD级人员更衣、软胶囊、硬胶囊、湿法混合制粒、压片岗位、安瓿瓶检漏灭菌、药品检验等。

课前由指导教师发布预习内容和实践要求，学生进行自主学习，内容包括固体制剂、液体制剂生产工艺流程，GMP相关知识，生产设备的名称、工作原理、SOP等。学生了解工业生产的整个流程，并进行讨论交流，提出疑问。

由于新冠肺炎疫情的影响，教师采用在钉钉APP线上教学的方式进行集中授课，对线上实践训练的几个单元进行详细讲解，并通过窗口共享的方式，指导学生“欧倍尔云课堂”虚拟仿真平台的操作方法，并对学生预习过程中提出的问题进行答疑。

学生在虚拟仿真平台上进行各个单元的操作。以压片岗位为例，软件会设置片剂生产前检查、压片操作、设备状态表示更改、清场记录填写、生产合格证领取、清场合格证填写、生产记录填写等任务，学生按任务列表相继完成相应操作，软件会给出学生每一个操作步骤的得分、这一单元的总成绩，并标出哪些步骤操作有误。学生可反复多次练习，学习压片机操作、压片岗位SOP、设备运行原理、中控检测、生产文书的书写等内容。

除了操作模式外，软件还提供了漫游模式，包括固体制剂车间、液体制剂车间、车间外部漫游系统，此模式下学生可以在场景中任意行走、观察、点击学习相应知识点、操作设备等，在学习专业知识的同时增加了趣味性。

3.3 线上实践教学的成效采用欧倍尔云课堂虚拟仿真平台的线上实践教学模式广受学生好评。该软件用更直观、生动、形象的方式，展现了虚拟的药厂生产车间场景，解决了学生无法真正深入生产车间内部的问题，帮助学生掌握药品生产企业GMP的基本要求、各岗位的SOP、掌握制剂的生产工艺操作、流程，对今后步入的工作岗位有进一步的了解。