王衛(wèi)華，陳清陽，夏亞釗，李麗平

菏澤醫(yī)學(xué)?？茖W(xué)校，山東菏澤 274000

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的教育越來越得到廣泛的重視并在不斷地創(chuàng)新與發(fā)展中增加了許多的新方法，例如基于大數(shù)據(jù)的互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)、多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、智能教學(xué)及虛擬仿真教學(xué)等，多元化的教學(xué)方式有助于我國教育事業(yè)更加快速地發(fā)展。藥學(xué)作為醫(yī)學(xué)專業(yè)中一門實踐性較高的學(xué)科， 對于實驗的需求量非常高，且打好藥學(xué)專業(yè)的良好基礎(chǔ)，學(xué)生需要具備理論與實踐綜合的能力，從而更好地發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢。 該文主要就藥學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)展開討論，對于藥學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的建設(shè)方案進行簡單表述并詳細分析其應(yīng)用效果及評價。

1 虛擬仿真教學(xué)平臺的概念

現(xiàn)如今，由于各類新型實驗的需求量越來越大，很多學(xué)校開始將重心放在虛擬仿真實驗教學(xué)中。這是一種以軟件為基礎(chǔ)通過虛擬的方式搭建的實驗教學(xué)系統(tǒng)，可以實現(xiàn)各類教學(xué)實驗的虛擬化及數(shù)字化，能夠幫助不同專業(yè)學(xué)科的學(xué)生提供教學(xué)及科研環(huán)境，通過虛擬的仿真實驗室與實際的實物實驗室進行互補的情況下，既可以幫助學(xué)生熟悉實驗步驟及環(huán)節(jié)，還有效避免了很多不必要的材料浪費。 這是因為在實際的教學(xué)實驗過程中，很多實驗器材造價相對較高，常常會出現(xiàn)老師不舍得用、學(xué)生又不會用的情況，再加上很多實驗的時間持續(xù)過長，正常的教學(xué)中是無法展開的，導(dǎo)致很多學(xué)生連實物教學(xué)都無法參與。

通過計算機可以將虛擬仿真技術(shù)搭建起來，不但讓學(xué)生有身臨其境的感覺，還可以重復(fù)操作加深印象，尤其是對節(jié)省材料有非常大的幫助，降低了學(xué)校購買實驗器材的成本費用[1]。此外，由于很多實驗都存在一定的危險性，例如文中所說的藥學(xué)專業(yè)，在其制劑的實驗中，就會接觸到大量的放射性物質(zhì)或有毒物質(zhì)，這些實驗如果是讓沒有操作經(jīng)驗的學(xué)生來做的話，一定會造成非常危險的后果。所以利用虛擬仿真技術(shù)來進行實驗，對于學(xué)生的安全性也有著很大的提高。 目前，我國已經(jīng)有多家高校開始研究并建立了高科技的仿真實驗室。

2018 年6 月，國家教育部官網(wǎng)發(fā)布了首批國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目的認定結(jié)果通知，并認定了105 個虛擬仿真實驗教學(xué)項目為首批國家虛擬仿真實驗教學(xué)項目[2]。

案例說明①：浙江大學(xué)藥學(xué)院就針對生殖毒性虛擬仿真進行了實驗，生殖毒性虛擬仿真實驗通過三維仿真技術(shù)，將實驗操作真實地進行了還原。在虛擬的系統(tǒng)內(nèi)，學(xué)生可以通過對實驗人物進行實際的操作和指引其進入實驗室并展開實驗。在實驗學(xué)習(xí)中，還可以實現(xiàn)圖文介紹、界面交互等功能。通過趣味性的知識點，增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生通過三維場景的瀏覽和交互操作，可以有效熟悉實驗操作的注意事項，避免了因為沒有經(jīng)驗而接觸有害試劑的情況，幫助學(xué)生增強并鞏固了安全意識和知識獲取。

案例說明②：南方醫(yī)科大學(xué)通過虛擬實驗課程將人感染高致病性禽流感的事件進行了模擬，通過故事情節(jié)的方式，還原了突發(fā)公共衛(wèi)生事件的應(yīng)急及實驗方式。將虛擬仿真實驗與實際的課本理論進行了相結(jié)合。學(xué)生可以對該內(nèi)容進行反復(fù)的觀看和實驗[3]，達到了增強理論知識和增強實驗水平的目的。像禽流感這種疾病，由于病情的特殊性，在實驗試驗中是很難完成的，而學(xué)生通過虛擬實驗平臺可以了解到實際的操作解決辦法。 例如：物資的準(zhǔn)備、個人的防護、控制疫情的方式及對于現(xiàn)場流行病學(xué)的調(diào)查和樣本采集及現(xiàn)場消毒等，通過實驗操作的方式按照步驟進行操作。當(dāng)學(xué)生對于操作步驟無法拿捏或不敢進行判斷時，系統(tǒng)還會自動給出提示，指引學(xué)生完成全部的實驗過程，并在實驗結(jié)束后，給出考核分數(shù)。

2 當(dāng)前藥學(xué)專業(yè)的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀

我國各類藥學(xué)院校在近幾年里都展開了有關(guān)于實驗的教學(xué)方式，并對其中的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式等不同方面進行不同程度的改革，獲得了較好的教學(xué)成果。 但在老師帶領(lǐng)學(xué)生進行教學(xué)實驗中，面對一些短期內(nèi)無法達標(biāo)的硬性客觀條件，給實驗教學(xué)也帶來了非常多的困擾[4]。

2.1 教學(xué)條件有限

由于老師帶領(lǐng)學(xué)生的教學(xué)實驗時間有限，所以在教學(xué)中，很多學(xué)生沒有理解其中的重點內(nèi)容，特別是藥學(xué)實驗本身存在持續(xù)性，在進行一些藥物濃度測試、藥物合成及成分提取和結(jié)構(gòu)檢定等綜合實驗時，大多需要較長的時間來進行，面對時間和地點的限制，導(dǎo)致學(xué)生很難成功完成綜合實驗。

2.2 實驗局限性較高

由于藥學(xué)實驗中存在較多含有毒性成分的試劑、容易燃燒和爆炸的試劑及一些細胞和細菌，導(dǎo)致有些實驗存在安全問題[5]，面對這類實驗的安全性問題，讓并沒有成熟經(jīng)驗的學(xué)生進行操作，一旦發(fā)生失誤的情況很容易給身體及環(huán)境帶來極大的傷害，所以很多實驗課程無法開設(shè)，這直接影響了實驗的教學(xué)進度。

2.3 器材消耗過高

教學(xué)的成本及設(shè)備器材的成本相對來說過高，大部分學(xué)校無法滿足每位學(xué)生作為實驗測試造成的大量消耗，例如實驗的動物、珍貴的細胞和菌株等，且試劑及藥品的消耗量也非常高，且實驗設(shè)備的數(shù)量本身有限，導(dǎo)致有些學(xué)生沒有操作過，對于實驗操作也并不熟練，給實驗學(xué)習(xí)帶來較大的影響[6]。

2.4 危險性較大

不同于其他學(xué)科，藥學(xué)是一門既包含醫(yī)學(xué)又包含化學(xué)的交叉型科目，學(xué)生不但要掌握許多過硬的理論知識，還要擅于動手，對實驗進行測試，這也說明了試驗教學(xué)的重要性。在藥學(xué)合成的眾多實驗中，都會有高溫高壓、易燃易爆的情況，除此之外，還有很多有毒有害的物質(zhì)及氣體散發(fā)。過去傳統(tǒng)的實驗中，學(xué)生親自操刀操作的方式，危險系數(shù)過高。

3 藥學(xué)虛擬仿真教學(xué)建立的必要性及優(yōu)勢

由于藥學(xué)對于學(xué)生的理論及動手能力要求均很高，所以其中的分析實驗還會接觸到較為高尖端的儀器，但很多學(xué)?；旧隙疾痪邆溥@些儀器。大多學(xué)生在畢業(yè)后實習(xí)的單位也偏向于藥廠，這類化工企業(yè)出于對安全的考慮，也不會讓學(xué)生參與到實驗中，而在學(xué)校，由于器械材料的不足和安全問題的原因，也很少能夠允許學(xué)生進行頻繁的實驗。 學(xué)生如果只學(xué)習(xí)理論，沒有經(jīng)過實際的鍛煉，將來在社會上就業(yè)也是不合格的。 這足以體現(xiàn)藥學(xué)虛擬仿真教學(xué)設(shè)備建立的重要性[7]。

虛擬仿真實驗教學(xué)是利用虛擬的方式將現(xiàn)實中的物件進行高度的還原和仿真， 再結(jié)合多媒體的智能技術(shù)，幫助學(xué)生運用虛擬的環(huán)境完成藥學(xué)實驗，用此類方式解決在實際教學(xué)中無法進行和操作的實驗測試。近年來，在虛擬仿真教學(xué)運用得越來越頻繁，隨著時間的推移，當(dāng)下虛擬仿真教學(xué)已經(jīng)是新型教育中不可缺少的重要組成部分。

虛擬仿真教學(xué)能夠幫助學(xué)生有效提高實驗效率，且在實驗中可以自主拓展，利用虛擬仿真實驗的方式不會存在安全隱患，而且不受時間和地點的限制，還具備實現(xiàn)實驗共享和公開的特點，在當(dāng)今的藥學(xué)高校中，應(yīng)當(dāng)把藥學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)作為整個仿真實驗教學(xué)和智能化建設(shè)的核心內(nèi)容[8]。 和過去的傳統(tǒng)實際操作實驗方式截然不同，利用虛擬仿真教學(xué)的模式能夠幫助學(xué)生增強自主創(chuàng)新發(fā)展的學(xué)習(xí)意識，大幅度增長了學(xué)生的動手能力且對教學(xué)器材和成本的節(jié)約有著重要貢獻，是幫助高校進行實驗教學(xué)的重要改革方式，并與藥學(xué)教育當(dāng)前的發(fā)展與走向完全吻合，幫助學(xué)生利用課下的時間對于實驗進行有效的操作，幫助學(xué)校培養(yǎng)了更多優(yōu)秀的藥學(xué)人才。 部分高校為了更好地進行實驗教學(xué)，已經(jīng)開通了除藥學(xué)外其他像分析化學(xué)、中藥化學(xué)等虛擬仿真的試驗教學(xué)平臺，并在建立虛擬仿真平臺的同時，實現(xiàn)了應(yīng)用的價值[9]。

4 藥學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的建設(shè)與應(yīng)用

4.1 藥學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺建設(shè)

有些學(xué)校的平臺建設(shè)分為多種類型，其中包含了“藥物化學(xué)”“天然藥物化學(xué)”“藥物分析”“新型藥物研發(fā)”“毒理學(xué)”等，但這些藥物的實驗是完全分割開的，這種教學(xué)方式會導(dǎo)致學(xué)生的整體學(xué)習(xí)思維被切斷，無法進行連貫的運用和理解。所以學(xué)校應(yīng)當(dāng)在原有課程的基礎(chǔ)上，建立出綜合全面的“藥物設(shè)計試驗”平臺，課程內(nèi)容也應(yīng)該包含藥學(xué)的所有知識點，學(xué)生可以通過自己的興趣點選擇進行不同的實驗并展開學(xué)習(xí)。依托專門的化學(xué)實驗教學(xué)示范中心并根據(jù)藥學(xué)特質(zhì)，進行豐富資源的虛擬仿真實驗教學(xué)平臺建設(shè)，委托相關(guān)開發(fā)公司將虛擬仿真技術(shù)進行開發(fā)， 并把開發(fā)后的仿真技術(shù)與平臺進行結(jié)合，平臺功能需要包含教師端和學(xué)生端，以此來滿足不同的需求[10]。

學(xué)生端：學(xué)生的預(yù)習(xí)內(nèi)容、演示操作、學(xué)習(xí)方式、考核評分、上傳報告、評價考核。當(dāng)學(xué)生完成選題后，應(yīng)當(dāng)要求學(xué)生提前將實驗的相關(guān)內(nèi)容進行預(yù)習(xí)，通過預(yù)習(xí)測試后，才能進入下個環(huán)節(jié)，而學(xué)生也可以通過該平臺直接和老師進行聯(lián)系和互動，提交自己的實驗報告等[11]。

教師端：資源管理、題目管理、綜合評價統(tǒng)計及最終考試成績管理等不同系統(tǒng)，包括實驗教學(xué)資源、虛擬的實驗操作、提交實驗報告、發(fā)展新項目訓(xùn)練、老師與學(xué)生之間的互動交流、實驗操作考核及查詢最終成績的功能[12]。老師也可以在線上對于學(xué)生的實驗進行安排、實時查看學(xué)生的實驗進展、對學(xué)生的實驗作業(yè)進行批改等，空閑時還可以在線解答學(xué)生提出的疑問，并根據(jù)學(xué)生的興趣和強項，建立學(xué)習(xí)小組，指導(dǎo)學(xué)生去參加比賽。

4.2 藥學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺應(yīng)用

在藥學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺中共設(shè)置了6 種系統(tǒng)，學(xué)生可以在教師的指導(dǎo)下進行合理的實驗操作和學(xué)習(xí)，有效避免不必要的成本消耗。 此外利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的方式還可以幫助學(xué)生隨時隨地進行有效學(xué)習(xí)[13]。 作為虛擬仿真實驗教學(xué)平臺應(yīng)當(dāng)將學(xué)生放在第一位，明確自身的教學(xué)理念（即以學(xué)生為中心），在面對教學(xué)實驗時，應(yīng)當(dāng)增強綜合性創(chuàng)新實驗在教學(xué)實驗中的次數(shù)，建設(shè)良好的藥學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)模式[14]。 由于藥學(xué)的學(xué)科內(nèi)容較為復(fù)雜，在進行仿真實驗教學(xué)前，應(yīng)當(dāng)將與藥物學(xué)相關(guān)的藥物化學(xué)、藥理學(xué)、藥劑學(xué)藥物分析等其他與藥學(xué)有關(guān)的課程中存在的虛擬仿真實驗教學(xué)內(nèi)容進行科學(xué)的整理并制定出于藥學(xué)相關(guān)的實驗教學(xué)內(nèi)容；再把大部分實驗項目進行虛擬化，將一些受到時間、地點限制的實驗內(nèi)容通過虛擬化的方式展開教學(xué)[15]。

4.3 應(yīng)用成果

將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在藥學(xué)實驗教學(xué)中優(yōu)勢較為明顯且比過去的傳統(tǒng)教學(xué)模式更加安全：學(xué)生通過仿真技術(shù)進行操作，對于自身的動手能力起到了很大的提升作用；在面對一些含有有毒氣體且存在爆炸等危險的實驗時，利用仿真技術(shù)的優(yōu)勢既幫助學(xué)生完成了實際的實驗操作，又避免了可能存在的危險，對于現(xiàn)實實驗起到了較好的輔助作用[16]。

利用虛擬仿真技術(shù)可以鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并解決的技能，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，由于在虛擬系統(tǒng)中有對于學(xué)生成績獲取和考核的系統(tǒng)功能，所以學(xué)生的每一次實驗記錄都能夠被老師利用起來，并對學(xué)生的操作能力和理解能力有清楚的了解并展開評分，對于師生間的溝通起到較高的融合作用[17]。 鍛煉了學(xué)生的動手能力、思維發(fā)展能力及全面的綜合素質(zhì)能力，學(xué)生利用虛擬仿真實驗的方式對實驗標(biāo)準(zhǔn)有了清晰的認識，并對實驗的操作和過程有了熟悉度，在真實實驗時能夠有效減少實驗儀器的損壞，加強了實驗水平，保障了安全性，并有效將實驗成績提升7%。

5 結(jié)論

當(dāng)前虛擬仿真實驗教學(xué)是幫助學(xué)生增強實踐能力的最好方式，通過實驗平臺可以將教學(xué)中需要的資源及制度通過科學(xué)的方式組合在一起，為學(xué)生的實踐經(jīng)驗提供了強勁的技術(shù)支持。藥學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的建設(shè)和應(yīng)用離不開科學(xué)技術(shù)和實驗教學(xué)[18]，采用藥學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)平臺能夠給幫助學(xué)生和老師進行更加方便快捷的學(xué)習(xí)，對于學(xué)生的研究和發(fā)展能力有顯著的提高，提高了整體的實驗教學(xué)質(zhì)量。 當(dāng)前越來越被廣泛運用的云計算、人工智能及大數(shù)據(jù)、電子信息等多樣的科學(xué)技術(shù)為虛擬仿真實驗教學(xué)帶來了巨大的幫助，未來一定還會創(chuàng)建出更多有助于培養(yǎng)人才的教學(xué)方式，助力教育事業(yè)再次提升。