張碩旭

（河北開(kāi)放大學(xué)， 河北 石家莊 050080）

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來(lái)，新的多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐步運(yùn)用到教育教學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。開(kāi)放教育中實(shí)踐類課程的教學(xué)如果還是采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，已經(jīng)無(wú)法滿足開(kāi)放課程的實(shí)踐教學(xué)需求。在以往的開(kāi)放教育藥學(xué)實(shí)踐教學(xué)中，教師往往在課堂上進(jìn)行模擬演示（圖片、案例、動(dòng)畫(huà)、視頻），只有極少數(shù)的成人院校配備實(shí)驗(yàn)室。原因是課堂演示成本較低，而建設(shè)和維護(hù)一個(gè)實(shí)驗(yàn)室往往需要付出高昂的成本，主要包括實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的施工，設(shè)備的購(gòu)買、搭建、維護(hù)、操作及人員培訓(xùn)等費(fèi)用。此外，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的開(kāi)放使用都有嚴(yán)格限制，無(wú)法讓學(xué)生隨時(shí)隨地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?？偠灾瑢?shí)驗(yàn)室的建設(shè)和使用成本極大地受到“時(shí)間”和“空間”的限制。[1]

因此，在開(kāi)放教育實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中引進(jìn)虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行教學(xué)改革，就顯得尤為重要。這一技術(shù)的使用可以促使課程實(shí)踐教學(xué)從傳統(tǒng)的知識(shí)型教學(xué)向技術(shù)應(yīng)用型教學(xué)轉(zhuǎn)變，進(jìn)而完成培養(yǎng)高質(zhì)量、有創(chuàng)新能力的藥學(xué)專業(yè)人才的目標(biāo)。

一、藥學(xué)專業(yè)實(shí)踐課程教學(xué)的現(xiàn)狀與問(wèn)題

1.辦學(xué)條件相對(duì)不足，實(shí)踐環(huán)節(jié)中課程各項(xiàng)要求落實(shí)不到位

藥學(xué)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)對(duì)人員和場(chǎng)地有較高的要求，但是由于各成人辦學(xué)單位的辦學(xué)條件有限，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)室以及相關(guān)的實(shí)訓(xùn)合作單位，因此實(shí)驗(yàn)課開(kāi)展條件較差成為共性問(wèn)題，這樣勢(shì)必影響實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)課程的開(kāi)展。目前，各辦學(xué)單位的實(shí)踐課主要是在課程中以案例形式或利用學(xué)生工作場(chǎng)所環(huán)境和道具來(lái)完成。而人才培養(yǎng)方案中的畢業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，也多采用學(xué)生邊工作邊實(shí)訓(xùn)，學(xué)校配備畢業(yè)實(shí)踐指導(dǎo)教師進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)的模式來(lái)完成各項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容的要求。

2.實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)方案單一，應(yīng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)

實(shí)踐課程的形式單一，主要為畢業(yè)實(shí)踐和畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。其中畢業(yè)實(shí)踐多是以學(xué)生自身的工作內(nèi)容作為實(shí)踐，最后完成實(shí)踐報(bào)告；畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），也是以往的導(dǎo)師+學(xué)生進(jìn)行選題、寫(xiě)作、答辯的模式。整個(gè)實(shí)踐教學(xué)越來(lái)越不能滿足藥學(xué)行業(yè)發(fā)展對(duì)人才的要求。因此，積極推進(jìn)校企合作，聘請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的藥廠技術(shù)專家、計(jì)算機(jī)專家以及學(xué)校的專業(yè)教師組成“藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)”，對(duì)實(shí)踐教學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行科學(xué)合理的總體設(shè)計(jì)，是解決這些問(wèn)題最好的途徑。

二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)

虛擬仿真（virtual reality，VR）技術(shù)，又稱虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是當(dāng)今非常流行的一種新型教學(xué)媒體。[2]它綜合利用了數(shù)學(xué)模型、人工智能、集成技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互技術(shù)，以及傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等信息技術(shù)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室具有以下優(yōu)勢(shì)：

首先，虛擬仿真技術(shù)可以模擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境并將實(shí)驗(yàn)操作可視化，學(xué)生通過(guò)操作虛擬的實(shí)驗(yàn)器材及設(shè)備來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以達(dá)到接近真實(shí)實(shí)驗(yàn)效果的教學(xué)目的和要求。[3]真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室受“時(shí)空”限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)學(xué)生隨時(shí)隨地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究，但是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室卻可以滿足這一需求。學(xué)生可以隨時(shí)隨地通過(guò)任何一臺(tái)移動(dòng)終端，如手機(jī)、iPad、電腦等，聯(lián)網(wǎng)登陸虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將隨時(shí)冒出的新想法、新創(chuàng)意進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，極大程度地鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力，因此虛擬實(shí)驗(yàn)室又被稱為“隨身實(shí)驗(yàn)室”。

其次，避免藥學(xué)實(shí)踐中各種操作危險(xiǎn)。藥學(xué)實(shí)驗(yàn)中會(huì)涉及一些高危有毒有害的操作，所用到的各種設(shè)備成本高、消耗大，稍有不慎還會(huì)造成人身傷害。如果我們利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，不僅能給學(xué)生提供一個(gè)安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，而且能節(jié)約成本。這樣學(xué)生在走上工作崗位之前，就已經(jīng)通過(guò)我們打造的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境掌握了相關(guān)操作技能，從而最大限度地消除了學(xué)生未來(lái)走上工作崗位后的安全隱患，打下了良好的實(shí)踐基礎(chǔ)。

最后，虛擬實(shí)驗(yàn)室可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維意識(shí)。藥學(xué)實(shí)驗(yàn)尤其是后期的專業(yè)實(shí)驗(yàn)涉及多種設(shè)備，以前教師授課多是紙上談兵，現(xiàn)在有了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，教師可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)室里的3D軟件模擬實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)過(guò)程，甚至可以模擬一些由不當(dāng)操作引發(fā)的安全事故，還可以對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行拆分講解。這種將課程講解和實(shí)驗(yàn)操作相融合的授課模式，必定會(huì)讓學(xué)生對(duì)藥學(xué)枯燥的理論知識(shí)產(chǎn)生更強(qiáng)的興趣，并能激發(fā)學(xué)生投入藥學(xué)科學(xué)研究的熱情。

三、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)規(guī)劃

為使藥學(xué)專業(yè)學(xué)生更好地獲取實(shí)踐知識(shí)，藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)勢(shì)在必行。一個(gè)較為完善的藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室應(yīng)滿足教師課程教學(xué)演示、學(xué)生仿真實(shí)驗(yàn)操作、綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計(jì)計(jì)算、科研創(chuàng)新等五個(gè)方面的需求。因此，我們將藥學(xué)專業(yè)課程體系內(nèi)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合起來(lái)，分成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)三種形式。實(shí)驗(yàn)依托虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室、藥品生產(chǎn)GMP虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)來(lái)進(jìn)行，并設(shè)計(jì)了基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的考核評(píng)價(jià)體系，構(gòu)建了“三位一體”的藥學(xué)實(shí)踐體系。

傳統(tǒng)文化教育是民族文化傳承和民族精神建構(gòu)的基礎(chǔ)工程。文化的認(rèn)同、民族精神的凝聚，必須以弘揚(yáng)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化為依托。習(xí)近平對(duì)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化給予了高度的重視和評(píng)價(jià)，認(rèn)為中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化“是中華民族的突出優(yōu)勢(shì)，是我們最深厚的文化軟實(shí)力?！盵26]對(duì)傳統(tǒng)文化的地位，習(xí)近平認(rèn)為，“博大精深的中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化是我們?cè)谑澜缥幕な幹姓痉€(wěn)腳跟的根基?！盵27]離開(kāi)中國(guó)傳統(tǒng)的教育是“無(wú)根的教育”，傳統(tǒng)文化對(duì)民族精神建構(gòu)的重要性不言而喻。

1.建立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室

根據(jù)本專業(yè)《藥物化學(xué)》《藥劑學(xué)》《藥理學(xué)》等課程教學(xué)大綱的要求，學(xué)生應(yīng)掌握藥物反應(yīng)實(shí)驗(yàn)、各種藥物劑型的制備方法、藥物的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)等。然而，真實(shí)藥學(xué)實(shí)驗(yàn)操作所需的設(shè)備數(shù)量多、價(jià)格昂貴，還要喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)用動(dòng)物，其投入的經(jīng)費(fèi)、人員和場(chǎng)地是巨大的。作為實(shí)行開(kāi)放教育的院校，無(wú)法建設(shè)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室，但又要解決教學(xué)的難題，因此迫切需要建立一個(gè)針對(duì)藥學(xué)專業(yè)的虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)室。

（1）課堂演示：教師使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室中的仿真儀器設(shè)備、試劑及動(dòng)物素材給學(xué)生進(jìn)行課堂演示實(shí)驗(yàn)，其真實(shí)直觀的實(shí)驗(yàn)操作勢(shì)必會(huì)吸引學(xué)生的注意力，并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，便于學(xué)生理解和掌握枯燥的理論知識(shí)。

（2）仿真操作：虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠無(wú)損耗地為學(xué)生模擬實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)的全部過(guò)程，仿真性的實(shí)驗(yàn)操作使學(xué)生身臨其境，在提高學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)還大大提高了學(xué)習(xí)效率。

2.建立藥品生產(chǎn)GMP虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

藥品生產(chǎn)企業(yè)具有生產(chǎn)裝置多、工藝復(fù)雜、生產(chǎn)安全及保密性等特點(diǎn)，不可能接受學(xué)生入廠參觀和生產(chǎn)實(shí)踐。以往學(xué)校多采用給學(xué)生觀看藥廠生產(chǎn)操作視頻的形式來(lái)進(jìn)行授課，但這種形式無(wú)法讓學(xué)生獲取真實(shí)的藥品生產(chǎn)操作技能，而建立藥品生產(chǎn)GMP虛擬實(shí)訓(xùn)仿真平臺(tái)正好可以解決這一難題。

藥品生產(chǎn)GMP虛擬實(shí)訓(xùn)仿真平臺(tái)可以滿足藥學(xué)相關(guān)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)要求，以藥品生產(chǎn)管理規(guī)范（GMP）作為知識(shí)支撐，利用framework、C#、Unity3D等技術(shù)，將現(xiàn)代藥物制劑生產(chǎn)工藝、崗位標(biāo)準(zhǔn)化操作（SOP）、藥物制劑設(shè)備、藥品生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制以及車間管理等內(nèi)容納入其中，并使用游戲、動(dòng)畫(huà)等形式吸引學(xué)生參與其中，彌補(bǔ)了教學(xué)脫離實(shí)際生產(chǎn)的弊端，進(jìn)而提高了學(xué)生對(duì)藥品實(shí)際生產(chǎn)的認(rèn)識(shí)和理解。[4]

（1）片劑生產(chǎn)線：該生產(chǎn)線模擬了濕法制粒工藝，并采用高速旋轉(zhuǎn)壓片機(jī)、片劑四用儀為模型，構(gòu)建了虛擬的片劑生產(chǎn)場(chǎng)景。學(xué)生在此生產(chǎn)線上可以練習(xí)原輔料的處理、制粒、壓片等工序的標(biāo)準(zhǔn)操作，還可以學(xué)習(xí)使用片劑四用儀檢驗(yàn)片劑的硬度、脆碎度、溶出度和崩解度，并進(jìn)行外觀、重量差異限度、主藥含量等項(xiàng)目的藥品質(zhì)量檢驗(yàn)。

（2）顆粒劑生產(chǎn)線：該生產(chǎn)線可以模擬擠壓制粒、攪拌切割制粒、一步制粒三種類型的制粒生產(chǎn)工藝。學(xué)生可以實(shí)踐軟材制備、擠壓制粒、攪拌切割制粒、一步制粒等工序的工藝流程及設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)操作的虛擬實(shí)訓(xùn)練習(xí)。

（3）硬膠囊劑生產(chǎn)線：該生產(chǎn)線可以模擬硬膠囊劑生產(chǎn)流程。學(xué)生在虛擬生產(chǎn)環(huán)境中以第一人稱或第三人稱完成全自動(dòng)膠囊填充機(jī)、鋁塑包裝機(jī)等設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)操作及工藝過(guò)程的無(wú)限制訓(xùn)練。

（4）小容量注射劑生產(chǎn)線：該生產(chǎn)線主要模擬對(duì)乙酰氨基酚注射劑的生產(chǎn)和質(zhì)量控制。學(xué)生可以實(shí)踐濃配稀配、洗瓶烘干、灌封、燈檢等崗位的操作流程。

（5）洗瓶烘干崗位：學(xué)生在該崗位可以模擬操作超聲波洗瓶機(jī)、隧道式滅菌機(jī)，實(shí)踐安瓿三洗三氣操作、干燥和滅菌工藝流程，進(jìn)一步強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)管理、參數(shù)放行等教學(xué)內(nèi)容。[5]

（6）灌封崗位：學(xué)生在該崗位可以模擬操作1/2安瓶灌封機(jī)，實(shí)踐安瓶灌封、裝量調(diào)節(jié)、裝量檢查、封口質(zhì)量檢測(cè)等標(biāo)準(zhǔn)操作訓(xùn)練。

（7）濃配稀配崗位：該崗位以濃配法工藝為模型，描述了配液罐、稱重模塊、在線清洗（CIP）、在線消毒（SIP）等系統(tǒng)，創(chuàng)建虛擬藥液濃配生產(chǎn)場(chǎng)景，用于藥液配制的虛擬化標(biāo)準(zhǔn)操作訓(xùn)練。

（8）燈檢崗位：自動(dòng)燈檢機(jī)采用攝像機(jī)拍攝生產(chǎn)線上藥液的序列圖像，把圖像傳入計(jì)算機(jī)。該崗位實(shí)驗(yàn)通過(guò)三維仿真技術(shù)，為學(xué)生創(chuàng)建了一個(gè)虛擬的安瓿燈檢生產(chǎn)場(chǎng)景。

3.建立基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的考核評(píng)價(jià)體系

基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的考核評(píng)價(jià)體系重點(diǎn)考核學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)能力，從驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)三部分進(jìn)行考核。其中，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)往往在各門理論課程之中，以單元實(shí)驗(yàn)的形式展開(kāi)，最終的成績(jī)也計(jì)入相應(yīng)課程內(nèi)；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在倒數(shù)第二個(gè)學(xué)期開(kāi)設(shè)，占4個(gè)學(xué)分；綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目難度比較大，復(fù)雜性也比較高，在最后一個(gè)學(xué)期開(kāi)設(shè)，占10個(gè)學(xué)分。

（1）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)考核以實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容為主，多種方法并用，主要依托虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室來(lái)實(shí)施。成績(jī)?cè)u(píng)定主要從學(xué)生的預(yù)習(xí)情況、實(shí)驗(yàn)操作情況、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的分析能力、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫(xiě)情況等方面進(jìn)行評(píng)分。

（2）設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)：設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)可替代原藥學(xué)人才培養(yǎng)方案中的畢業(yè)實(shí)踐，主要依托虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)施，主要檢驗(yàn)和考查學(xué)生的創(chuàng)新和探索能力。實(shí)驗(yàn)方案和內(nèi)容可以先由教師定方向，再由學(xué)生查閱資料、進(jìn)行自主設(shè)計(jì)，教師審核通過(guò)實(shí)驗(yàn)方案后方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)完成后及時(shí)書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，最后由指導(dǎo)教師進(jìn)行打分評(píng)定。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)主要從實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的完整性和先進(jìn)性、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目方案的完成情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)情況三個(gè)方面進(jìn)行打分，分?jǐn)?shù)分別占30%、50%、20%。

（3）綜合性實(shí)驗(yàn)：綜合性實(shí)驗(yàn)可替代原藥學(xué)人才培養(yǎng)方案中的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），主要依托藥品生產(chǎn)GMP虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)來(lái)進(jìn)行實(shí)施。綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容復(fù)雜，一般以小組的形式集體完成。學(xué)生可自行結(jié)組，也可以由教師進(jìn)行指定分組，然后在教師的指導(dǎo)下，小組成員集體進(jìn)行整體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目方案的設(shè)計(jì)，教師審核通過(guò)實(shí)驗(yàn)方案后方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)完成后，小組成員合作書(shū)寫(xiě)綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告，最后由指導(dǎo)教師進(jìn)行打分評(píng)定。綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的評(píng)分主要考慮項(xiàng)目整體規(guī)劃以及實(shí)施完成情況兩個(gè)方面，分?jǐn)?shù)分別占40%、60%。

四、結(jié)語(yǔ)

藥學(xué)實(shí)驗(yàn)雖然可以采用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果也稱得上良好，但是仿真不能替代真實(shí)。受困于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展水平，仿真實(shí)驗(yàn)還存在著許多不足，如無(wú)法呈現(xiàn)真實(shí)藥學(xué)實(shí)驗(yàn)視覺(jué)、嗅覺(jué)等方面的感官體驗(yàn)；仿真實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容還不夠豐富，而且多是理想化結(jié)果的呈現(xiàn)，學(xué)生的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)方案受困于技術(shù)水平，有些還無(wú)法實(shí)現(xiàn)等。除此之外，學(xué)生在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上操作實(shí)驗(yàn)，無(wú)法及時(shí)進(jìn)行師生之間的交流溝通，一些實(shí)驗(yàn)中的疑問(wèn)也得不到第一時(shí)間的解答。因此，目前虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不能完全替代傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，只能作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)條件不足情況下的有力補(bǔ)充。

未來(lái)，隨著數(shù)學(xué)模型、集成技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工智能（AI、VR或AR）等仿真技術(shù)的進(jìn)步[6]，可以使軟件呈現(xiàn)更逼真的三維視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)等感受，理想化過(guò)程和結(jié)果可以盡量避免，更多的意外和突發(fā)情景的加入也可讓學(xué)生有身臨其境的體驗(yàn)。不斷發(fā)展完善的虛擬仿真技術(shù)將會(huì)使硬件設(shè)備、軟件升級(jí)的價(jià)格不斷下降。不久的將來(lái)，虛擬仿真技術(shù)將會(huì)受到更多學(xué)校、教師和學(xué)生的青睞，也必將進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)教育事業(yè)的發(fā)展。