虚拟仿真技术在蒙药药理学实验教学中的应用与实践

2023-09-16敖日格乐娜木哈其其格胡伊力格其王欢

高教学刊 2023年26期

敖日格乐　娜木哈其其格　胡伊力格其　王欢

摘要：近年来，虚拟仿真技术（VR）在高等教育教学领域已得到广泛应用，在蒙医药专业技术领域内开展虚拟仿真实验教学是蒙医药高等教育教学信息化的重要途径之一，其具体应用将会越来越广泛。该文以蒙药药理学虚拟仿真实验为例，介绍该项技术在内蒙古民族大学蒙医药学虚拟仿真实验教学中心的建设及运行情况，为相关专业虚拟仿真实验教学的改革和创新提供经验和参考借鉴。

关键词：蒙药药理学；虚拟仿真技术；实验教学；教育改革创新；教学信息化

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2023）26-0019-04

Abstract： Recently， virtual reality technology has been widely used in the field of higher education. Carrying out virtual simulation experimental teaching is one of the important way to informatize mongolian medical higher education and its specific application will become more widespread. This paper introduced the construction and operation of the technology in the virtual simulation experimental teaching center of traditional mongolian medicine in Inner Mongolia Minzu University， taking the "Mongolian Pharmacology" virtual simulation experiment as an example， and provide experience and reference for the reform and innovation of the virtual simulation experiment teaching of relevant major.

Keywords： Mongolian pharmacology; VR technology; experimental teaching; educational reform and innovation; educational informatization

蒙药药理学是以实验为基础的蒙医学与蒙药学、基础医学与临床医学之间的“桥梁”学科[1]，是蒙医药高等院校一门实践性很强的专业基础课程，除了要求学生具有扎实的蒙医药理论基础外，还必须具有熟练的实践操作能力。高等院校蒙药学专业旨在培养能够在蒙医药教学、科研、生产、检验、质量控制与评价等领域具备实践应用能力和创新创业精神的高层次人才。蒙药药理学实验教学在蒙医药专业人才培养过程中发挥不可或缺的作用，但是在具体实施过程中存在着诸多的实际问题与困难。随着虚拟仿真/虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术的产生、应用和植入，虚拟仿真实验教学是高等院校实验课程建设的一个重要环节，也是未来实验教学改革的一个主要发展趋势和重点突破方向[2]。蒙医药教学中应用VR技术，构建高度仿真的“虚实结合、以虚促实”新型教学模式，坚持深化教育改革创新，不断地给传统蒙医药学教育模式注入“新鲜血液”，才能克服蒙药药理学传统实验教学中的缺点与不足，提高蒙医药教学质量，培养出更多适应高质量发展的蒙医药学人才[3]。

一蒙药药理学传统实验教学中存在的问题

蒙药药理学传统实验教学模式存在着诸多的弊端[4-8]，如老教材演示和验证性实验所占的比例过大且课堂讲授效果不好；设计性、综合性实验较少；实验过程易出错，安全隐患时有发生；试剂损耗大，产生废液多；分组实验教学组织管理和教学方法不恰当；缺乏督促、检查实验教学的评估制度等，这些因素大大制约了蒙药药理学实验教学质量，严重影响着蒙医药学教育教学质量的提高。除此之外，在蒙药药理学课程的理论教学中，一些理论知识所涉及的领域属于宏观和微观，具有理论深奥、内容抽象的特点，现实世界很难有具体的案例进行演示[9]，如蒙医三根理论中的“赫依、希拉、巴达干”等；有些实验教学项目要构建大量实验动物模型，其方法复杂、操作烦琐、成本较高，缺乏让学生动手实践的条件，如幽门结扎性肝损伤模型的建立及其连翘-4干预机制研究等；还有一些实验项目必须通过采用贵重精密仪器设备才能够完成，故成本高、消耗大、不可逆，并且贵重仪器设备数量不能满足本科生实践教学要求，如利用核磁共振仪提取分离蒙药药效化合物结构鉴定与合成等。

二应用虚拟仿真实验教学的必要性

蒙药药理学传统实验教学必须全面、彻底、系统地改革和创新教学方法及教学模式，以适应现代教育的发展要求。VR技术是以相似原理、信息技术、系统技术等多种学科和理论为基础的一种新型的学习资源，可以突破传统实验室的时空限制，满足学生随时随地学习的需求，为学生创造更好的学习体验和条件，在实践教学方面具有突出的优势[10]。虚拟仿真实验技术的引入，将有效结合“虚拟仿真”+“真实实验”的授课方式和“线上”+“线下”混合式教学模式[11]，解决蒙药药理学传统实践教学环节中学生无法实现或不能完成的实验内容，可对学生多层次、多形式、全方位开展实践应用能力和创新创业精神的培养和训练，實现教学资源的“零消耗”、实验过程的“零污染”、实验空间的“无限化”，丰富实验教学内容，补充学生实践训练的机会，为提高应用型、创新型蒙医药专业本科人才培养的质量提供可靠的保障[9]。

三蒙药药理学虚拟仿真实验教学平台建设

现以内蒙古民族大学蒙药药理学实验教学为例，介绍蒙药药理学虚拟仿真实验教学平台建设的情况。

（一）建设背景

蒙医药是祖国传统医药的重要组成部分，是中华民族文化的瑰宝。传承、创新、发展蒙医药文化是一项艰巨而紧迫的任务。随着我国经济社会快速发展和实施“健康中国”战略和“一带一路”倡议，国内外蒙医药高等院校、科研院所、蒙医医院、药材种植基地、蒙药生产企业和药品检验机构等的蒙医药教学、科研、医疗、种植、生产营销和检验等众多领域对蒙药学专业实践应用型人才的需求日益增长。而内蒙古民族大学蒙药学作为国家级一流本科专业建设点，现有的蒙药学专业传统人才培养模式远不能满足社会需求，蒙药学现代化、标准化、国际化和市场化建设不能适应经济社会、医疗卫生事业发展要求，实践应用型人才短缺现象非常突出，已经成为制约蒙药学发展的瓶颈，突显了探索新的信息化教学模式培养蒙药学专业实践应用型人才的重要性和紧迫性。

（二）建设现状

开展虚拟仿真实验教学是蒙医药教育教学信息化的重要途径之一。针对以上情况，内蒙古民族大学就紧跟时代步伐，根据实验教学需要，结合学校自身情况，发挥学科特色和优势，深化校企合作[12-13]，积极筹建蒙医药学虚拟仿真实验教学中心。目前，已建成蒙医诊断学虚拟仿真实验教学平台、蒙医基础理论虚拟仿真实验教学平台、蒙药炮制学虚拟仿真实验教学平台和蒙药药理学虚拟仿真实验教学平台等，并着手建设了各平台对应的虚拟仿真实验教学课程群。以上虚拟仿真实验平台均采用“前台＋后台”的运行模式，其中，“前台”为系统操作界面，包括实验简介、实验原理、实验模拟等功能模块，各功能模块包含的具体内容及相互关联逻辑如图1所示；“后台”为隐藏式数据监视分析程序。蒙药药理学虚拟仿真实验教学平台系统主界面及实验操作界面如图2所示。

1 蒙医精华与糟粕分解虚拟仿真软件

该软件详细展示饮食经过人体内的精华与分解模拟过程，包含血、肉、肝和骨髓活力素等七大模块，人物可以在虚拟场景中点击任意模块，并弹出相应知识介绍，如图3所示。学生可以顺着信号指示逐一熟悉蒙医精华与糟粕的概念，了解其形成与分解过程，能够让学生进一步加深对课堂理论知识的理解和掌握。

2 大鼠实验认知与解剖虚拟仿真软件

该软件是通过详细展示大鼠各器官和系统的三维结构，让学生360°无障碍观察学习，并充分了解大鼠的生理结构，同时让每位学生在虚拟环境中亲自动手解剖实验大鼠的基本操作，如图2（b）所示。

在蒙药药理学虚拟仿真实验教学中，学生通过观察具体反应现象，进行一对一动手操作，进而充分地理解和掌握实验原理、基本操作等，同时还能对操作过程和结果进行客观地考核和评定。实验项目结束后，对操作者的项目评价和考核结果如图4所示，这有利于及时了解学生对实验项目的实际掌握情况和存在的问题。

四开展蒙药药理学虚拟仿真实验教学的成效

由于蒙医药理论体系独特、疗法独特等，很多内容无法用真实的实验或者教具进行表达，传统实验教学中教师只能通过语言文字进行传授，这就要求学生有较强的想象力，需要花费较多的时间才能领会，因此学校结合自身学科优势与特色，建设蒙药药理学虚拟仿真实验教学资源必将是蒙医药事业发展历史上一次崭新的突破。

（一）填补蒙医药教学资源历史性的空白

蒙药药理学虚拟仿真实验教学资源的建设，在蒙医学、蒙药学及药物制剂等领域将填补历史性的空白，让千百年的教学中只能用语言文字描述的抽象内容变为可眼观、可操作，学生能沉浸其中的虛拟场景，可有效提高教学效果。

（二）蒙医药实际实验与仿真实验紧密结合

蒙药药理学虚拟仿真实验教学平台将虚拟仿真与真实实验相结合，构成完整的实验体系，学生在相应的平台上完成相应的实验内容，达到在理解课程知识的基础上感受真实的应用场景，有效激发学生学习的积极性和主动性，极大提高学生学习效率。

（三）蒙医药教学与科研紧密结合

蒙医药学虚拟仿真实验教学中心借助教学团队科研优势，紧密结合专业特色和学科领域最新研究成果，紧密结合学校定位和人才培养特点，采用VR技术与实验教学项目深度融合，把高水平的科研成果“高活力与应用”转化为本科生实验教学内容，把成熟的科研技术和方法引入本科生实验教学和实习实训过程，提高了虚拟仿真实验教学资源的水平和层次，拓展了教学内容的广度和深度，延伸了实验教学的时间和空间[14-18]。如蒙药药理学虚拟仿真实验平台在国家自然科学基金项目和其他各级各类科研项目研究的基础上，将科研成果进一步转化为实验教学内容，服务于本科教学。

（四）仿真形式多样化

根据实验教学内容的需要，采用多种形式的仿真，既有实际的硬件设备仿真，如采用核磁共振仪分析中（蒙）药材有效成分和其化学结构；也有纯软件仿真，如各种仪器设备分析软件等；既有二维平面实验场景仿真，也有三维立体实验设备仿真，如超高效液相色谱仪的三维立体再现及动态操作等。通过虚实结合全方位搭建实验仿真环境，开展丰富实验教学内容，能够充分调动学生实验的主动性和积极性，更好地提高了教学效果[19-20]。

五结束语

VR 技术应用于蒙药药理学实验教学中优势明显，“虚拟”和“现实”有机结合的创新实验教学模式取得了良好的教学效果反馈，并获得了师生的肯定。蒙医药学专业要培养创新型、应用型、技能型人才，实验教学的作用不可忽视。随着信息技术的飞速发展和广泛应用，虚拟仿真实验教学必将是蒙医药学高等教育未来实验教学改革的必然趋势，也是蒙医药学教育自身提升发展的方向与路径。在继承和发扬传统实验教学精华的同时，健全立德树人落实机制，坚持深化教育改革创新，不断探索顶层设计、整体推进、重点突破和试点先行的新路径，克服传统实验教学在高校学科建设、人才培养、科学研究和服务社会等要求中显现出的缺点与不足，将VR 技术全面应用于蒙医药学实验教学中。

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