張嘯環(huán)，張洪濤，孟靈旭，張靜，王淑敏

（長春中醫(yī)藥大學，吉林 長春 130117）

虛擬仿真（Virtual Reality,VR）技術(shù)又稱模擬技術(shù)，就是用一個系統(tǒng)模擬另一個真實系統(tǒng)的技術(shù)，實際上是一種可創(chuàng)建和體驗的虛擬世界的計算機系統(tǒng)，應用到實驗教學當中，就是以計算機網(wǎng)絡為核心，利用多媒體技術(shù)虛擬實驗環(huán)境進行人機交互和仿真，學生利用虛擬實驗教學平臺，在模擬真實的環(huán)境中完成實驗項目，達到教學目的。美國最早提出仿真技術(shù)并將其應用在教育教學中；英國在虛擬仿真技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，并應用在教學儀器和工業(yè)安全培訓等方面[1]。近年來，在我國這種仿真實驗技術(shù)被各大院校所采用，出現(xiàn)了各類仿真實驗項目和教學平臺[2]。特別是教育部發(fā)布的〔2013〕94號文件，在全國開展“國家級虛擬仿真實驗教學中心”認定工作，虛擬實驗教學已經(jīng)迅速發(fā)展成為現(xiàn)代實驗教學的重要方式之一。教育部共批準300個國家級虛擬仿真實驗教學中心，其中醫(yī)藥學類共計33個[3]。由此可見，作為一種新的教學手段和模式，虛擬仿真技術(shù)正在逐步應用于中醫(yī)藥各學科教學。

1 中藥炮制學實驗教學中虛擬仿真技術(shù)應用現(xiàn)狀

中藥炮制學是中醫(yī)藥院校的特色專業(yè)課。炮制技術(shù)經(jīng)過上千年的傳承與發(fā)展，積淀很多有價值的古法操作和經(jīng)驗傳承。傳統(tǒng)教學模式只能抽象講解及實現(xiàn)一部分簡單實驗操作?；趯嶒灲虒W面臨的問題，有文獻提出了虛擬仿真技術(shù)在其實驗教學中應用的可行性[4]。分析指出,中藥炮制實驗內(nèi)容與虛擬信息技術(shù)的有機結(jié)合，可提高學生學習興趣，培養(yǎng)學生獨立自主的學習能力，加深學生對中藥炮制基本理論的理解和基本技能的掌握。尚有以具體實驗項目為例進行虛擬仿真實驗教學，虛實結(jié)合，不但形象、生動、直觀地提高了學生飲片炮制的操作技能，而且有效地培養(yǎng)了學生解決問題和協(xié)作等的能力，明顯提高了教學的效果和質(zhì)量[5]。

2 中藥炮制學實驗教學運用虛擬仿真技術(shù)的意義

中藥炮制技術(shù)是《中藥炮制學》教學最基本的要素，也是學生必須掌握的基本知識要點。目前基于如實驗條件欠缺、經(jīng)費不足、課時短缺及教學資源開發(fā)不足等多方面原因，嘗試開展虛擬實驗平臺建設研究[6]。以虛補實，利用虛擬仿真技術(shù)再現(xiàn)傳統(tǒng)古法操作，取代課堂抽象講解，讓學生身臨其境，加深對中藥炮制的理解和傳統(tǒng)制藥技術(shù)的掌握，實現(xiàn)傳統(tǒng)炮制技術(shù)的傳承和中藥炮制學課程教學的延伸和拓展。利用虛擬仿真技術(shù)虛擬呈現(xiàn)高耗資名貴藥材、有毒藥材的炮制方法與技術(shù)，解決資金投入不足和實驗安全等問題，保證實驗教學的系統(tǒng)性和完整性，且虛擬實驗教學平臺的建設對激發(fā)學生求知欲、培養(yǎng)學生創(chuàng)造性和自主學習能力以及提高學生專業(yè)技能均具有重要意義[7]。

3 中藥炮制學虛擬仿真實驗教學平臺構(gòu)建的探討

虛擬仿真實驗教學平臺的構(gòu)建，應是在對課程內(nèi)涵、學生特點、課程目標、現(xiàn)狀調(diào)研和軟硬件條件等多因素全面分析的基礎上進行總體設計，并請相關(guān)行業(yè)專家進行指導，評估平臺運行的可行性與實用性。總體設計思路見圖1。

圖1 中藥炮制學虛擬仿真實驗教學平臺構(gòu)建圖Fig.1 Constructions of the virtual simulation experimental teaching platform of TCM processing science

3.1 平臺建設研究的背景分析

深度分析中藥炮制學實驗教學需要和學生學習特點及專業(yè)人才培養(yǎng)目標，凸顯中醫(yī)藥院校教育教學模式，結(jié)合課程改革的基本要求和課程特點，依據(jù)虛擬仿真教學設計基本原則，對平臺建設進行全面評估和分析。

一方面，對于教授對象，采取問卷調(diào)查和訪談的方式對學生的學習特點與學習需求進行認真調(diào)查和分析，以便更加深入了解學生的知識儲備、年齡特征和學習需求，做到有的放矢地進行實驗教學相關(guān)設計；另一方面，對于教授內(nèi)容，通過文獻檢索和情況調(diào)研，充分學習并借鑒中醫(yī)藥學類課程仿真實驗教學平臺建設經(jīng)驗，結(jié)合中藥炮制學實驗教學特色，遵循“虛實結(jié)合、能實不虛、以虛補實”的原則，將信息技術(shù)與中藥炮制學教學特點、實驗環(huán)境、實驗資源及實驗教學內(nèi)容等進行有機結(jié)合。

在充分調(diào)研和具體分析的情況下，構(gòu)建基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、以虛擬仿真教學資源為內(nèi)涵及方便教與學的中藥炮制學虛擬仿真實驗教學平臺，在虛擬平臺上實現(xiàn)教、學、做、考一體化實驗教學。

3.2 虛擬仿真實驗教學現(xiàn)狀調(diào)研

調(diào)研全國同類院校中藥炮制學實驗教學虛擬仿真技術(shù)運用情況，分析目前被采用的中藥炮制虛擬仿真實驗教學項目的設計、采用方法手段、技術(shù)要求、教學反饋和學生評價等，論證目前虛擬仿真實驗項目或平臺存在的利弊，有哪些優(yōu)勢及不足，同時調(diào)研分析在虛擬仿真實驗教學項目或平臺使用上比較有特色的其他學科的經(jīng)驗加以借鑒，在掌握充分的背景分析的前提下，再進行平臺相關(guān)內(nèi)容的設計與構(gòu)建。

3.3 虛擬仿真實驗教學平臺基本框架

3.3.1 基本信息 對平臺進行必要介紹，包括平臺實施的主要目的、項目內(nèi)容、適用專業(yè)年級和硬件設備要求等。

3.3.2 課前預習 包括實驗教學圖片資源、教學大綱、實驗指導、實驗考核要求和實驗報告撰寫要求等內(nèi)容。

3.3.3 虛擬操作 包括實驗項目目錄、實驗材料與器具和虛擬環(huán)境下具體實訓操作設計。

3.3.4 考核與評價 包括課程基本知識測試、實驗操作檢查測試、實驗記錄填寫和學生考試成績自動核算并記錄。教師在網(wǎng)絡環(huán)境下，設置相關(guān)的文字考題模塊和三維仿真操作考核模塊，組合成為一份網(wǎng)絡試卷，供學生檢測自己在實訓期間的學習效果。

3.3.5 拓展鏈接 收集實驗項目相關(guān)知識信息、古今文獻，拓展中藥炮制實驗教學的廣度和深度。

3.4 實驗項目設計

根據(jù)中藥炮制學學科特點，擬設以下3個實驗操作模塊。

3.4.1 虛擬實現(xiàn)古法炮制技術(shù) 篩選古籍文獻中的經(jīng)典古法炮制技術(shù)和炮制品種，如瀕臨失傳的傳統(tǒng)炮制工藝：粉碎工藝中的舂杵、礱碾、壓研等；發(fā)酵工藝中的釀酒、制曲和秘制工藝中的九蒸九曬等。代表品種如扣鍋煅血余炭、荷葉，九轉(zhuǎn)膽南星、黃精，青黛打靛等，將這些優(yōu)秀古法炮制技術(shù)及傳統(tǒng)飲片，利用虛擬仿真技術(shù)再現(xiàn)，取代抽象講解，讓學生身臨其境，加深對中藥炮制的理解和傳統(tǒng)制藥技術(shù)的掌握，實現(xiàn)傳統(tǒng)炮制技術(shù)的傳承和中藥炮制學課程教學的延伸和拓展。

3.4.2 虛擬實現(xiàn)毒性藥材的加工炮制方法 中醫(yī)臨床用藥的兩大特點，一是復返配伍，再就是炮制入藥，許多中藥雖有較好的療效，但毒性大，臨床應用安全性低，必須經(jīng)過炮制減毒后才能用于中醫(yī)臨床，許多有毒的中藥如半夏、附子、天南星等曾作為天然藥物被許多國家使用過，但因為毒性問題最終被淘汰，在我國卻有上千年的應用歷史，并被列入《中國藥典》，其中一個主要原因就是炮制減毒，通過炮制成飲片后用于中醫(yī)臨床。這些毒性藥材在千百年的醫(yī)療實踐中，形成了各種獨特的炮制解毒技術(shù)。目前實驗室安全管理及國家毒性藥材管理逐漸嚴格，可以利用虛擬仿真技術(shù)實現(xiàn)這些炮制解毒的方法與技術(shù)，在規(guī)避風險的同時，還可加深學生對中藥炮制傳統(tǒng)理論與方法的掌握，凸顯中藥炮制學科的傳承與發(fā)展。

3.4.3 虛擬實現(xiàn)高耗資的名貴藥材的特色加工炮制技術(shù) 傳統(tǒng)實驗教學項目，如砂燙穿山甲、蛤粉炒阿膠、滑石粉炒水蛭等實驗操作項目，動物類藥材均價在3 000～4 000元/kg，通過虛擬仿真技術(shù)，可彌補傳統(tǒng)實驗教學經(jīng)費不足，保證中藥炮制實驗教學的系統(tǒng)性和完整性。

4 平臺運行與管理

結(jié)合學生的學習特點以及中藥炮制實驗教學特色及專業(yè)培養(yǎng)目標，與專業(yè)網(wǎng)絡設計公司合作，運用虛擬仿真技術(shù)，開發(fā)更加接近現(xiàn)實工作場景的實驗教學情境。同時充分利用平臺的良好展示功能，構(gòu)建完整、系統(tǒng)的中藥炮制實驗教學圖片材料資源庫。平臺內(nèi)除設置相關(guān)學習、操作訓練和考試等基本內(nèi)容外，同時也對專業(yè)班級、老師、學生等進行管理及配置，形成考核與評價系統(tǒng)，力爭在實驗教學中，將各種先進的教學理念與方法有機融合，提高實驗教學效果。教學過程充分考慮學生的反應和需求，不斷改進相關(guān)設計與配置，及時調(diào)整教學方法。結(jié)合課程內(nèi)容和教學目標，對軟件內(nèi)容進行不斷完善，師生共同打造最合理的虛擬實驗教學環(huán)境[8]。

總之，虛擬仿真技術(shù)在教育教學中已被逐漸廣泛使用，中藥炮制學又是一門實踐性非常強的傳統(tǒng)學科，炮制技術(shù)的傳承尤為重要。充分分析目前中藥炮制學教學中存在的劣勢與不足，圍繞課程教學目標，將無法在真實實驗教學中開展的代表性炮制技術(shù)和傳統(tǒng)特色飲品的制備過程等通過虛擬仿真技術(shù)實現(xiàn)于實驗教學，并與理論教學有機結(jié)合，完善學科教學體系，在虛擬實驗教學平臺上，通過學生預習、模擬操作和實驗考核等環(huán)節(jié)調(diào)動學生學習的積極性和主動性，培養(yǎng)學生自主學習能力，提高教學效果。將虛擬仿真技術(shù)運用到中藥炮制學科實驗教學中，具有可操作性、實用性和可行性，探索構(gòu)建中藥炮制學虛擬仿真實驗教學平臺具有重要意義。