賽那 李瑞娟 顧艷麗 呂曉潔 劉佳 李海歐

隨著我國制藥設(shè)備行業(yè)的快速發(fā)展、國內(nèi)制藥企業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級基本完成，藥學(xué)人才的培養(yǎng)方式和對人才的需求類型也隨之發(fā)生了巨大變化，專業(yè)性強、復(fù)合能力拓展范圍寬的應(yīng)用型人才越來越受到制藥行業(yè)的重視[1]，加強學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)有助于提高其專業(yè)技術(shù)能力與綜合素質(zhì)，從而提高其就業(yè)能力與就業(yè)滿意度[2]。藥物制劑設(shè)備課程以藥劑學(xué)、工程制圖、機械原理、儀表與自動控制、藥品生產(chǎn)管理等學(xué)科為基礎(chǔ)，主要講授相關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理、使用方法、注意事項等理論知識，是藥物制劑專業(yè)的專業(yè)必修課，具有明顯的多學(xué)科交叉特點[3]，由于該課程應(yīng)用性、實踐性較強，傳統(tǒng)的教學(xué)方法已經(jīng)無法滿足當(dāng)前人才培養(yǎng)的要求[4]，文章將5E 模式與虛擬仿真實驗相結(jié)合，通過該模式提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和實際應(yīng)用能力，培養(yǎng)應(yīng)用型人才。

1 傳統(tǒng)教學(xué)的不足

藥物制劑設(shè)備的教學(xué)內(nèi)容主要是介紹臨床應(yīng)用中不同劑型的制造設(shè)備，其中每種設(shè)備又可以細(xì)分，需要講授的設(shè)備種類和數(shù)量多、內(nèi)容繁雜，對于沒有機械基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)者來說，學(xué)習(xí)效果常常欠佳[5]。制劑設(shè)備的外觀和結(jié)構(gòu)通常涉及專利保護，教材中一般無法采用實物圖的方式展示，通常采用的方法是以平面圖、示意圖的方式附注，如果教師在教學(xué)過程中不結(jié)合生產(chǎn)實際，照本宣科，會導(dǎo)致學(xué)生難以理解、學(xué)習(xí)困難[6]。目前，很多專業(yè)院校沒有建立實訓(xùn)車間，加之藥品生產(chǎn)企業(yè)需嚴(yán)格執(zhí)行藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（good manufacturing practice，GMP）[7]，難以安排學(xué)生在制藥企業(yè)參觀和學(xué)習(xí)，上述原因?qū)е聦W(xué)生對于本門課程缺乏學(xué)習(xí)興趣和主動性。

2 5E 模式的內(nèi)涵與應(yīng)用

5E 教學(xué)模式在美國最早應(yīng)用于生物學(xué)科的教學(xué)[8]。主要由5 個環(huán)節(jié)組成：吸引（engagement）、探究（exploration）、解釋（explanation）、遷移（elaboration）和評價（evaluation）[9]。5E 教學(xué)模式的各個教學(xué)環(huán)節(jié)突出了學(xué)生的主體地位，強調(diào)學(xué)習(xí)過程，突出知識運用和創(chuàng)新，教師在整個教學(xué)過程中主要起橋梁作用，從而激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知興趣和思維，最終促進學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提升和學(xué)科知識體系的構(gòu)建。該教學(xué)模式適用范圍廣、應(yīng)用較為靈活，即可應(yīng)用于某一學(xué)科的教學(xué)，也可應(yīng)用于具體某一節(jié)課[10]。

劉暢等[11]研究了5E 教學(xué)模式在中藥鑒定學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，從學(xué)生觀察葉類中藥植物形態(tài)入手，通過分組討論，歸納葉類中藥的植物形態(tài)特征、飲片特征及顯微特征，結(jié)合實驗課程展開教學(xué)，最后通過師生共評進行全面評價。5E 教學(xué)模式有助于提升學(xué)生總結(jié)歸納能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性。王志等[12]研究了5E教學(xué)模式在藥學(xué)文獻檢索教學(xué)中的應(yīng)用，通過自主選題、小組討論的方式引入，進一步向?qū)W生說明獲取文獻的方法與策略，通過小組合作，對文獻進行分析、評述，對文獻查詢結(jié)果以幻燈片（power point，PPT）的方式進行小組匯報，總結(jié)評價，發(fā)現(xiàn)5E 教學(xué)模式提高了學(xué)生文獻信息篩選、探索和綜合利用能力，有助于創(chuàng)新能力的提升。

3 虛擬仿真實驗的內(nèi)涵與應(yīng)用

虛擬仿真實驗是利用互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建虛擬實驗場景、實驗內(nèi)容、實驗對象并加入豐富多彩的交互環(huán)節(jié)，使學(xué)生能夠突破時間和空間的限制進行在線實驗的新型教學(xué)工具[13]。虛擬仿真實驗?zāi)軌蜉o助、部分替代甚至完全替代傳統(tǒng)實驗操作環(huán)節(jié)，實驗者可以像在真實環(huán)境中一樣，操作儀器和設(shè)備，完成各種實驗項目，獲得的實驗結(jié)果與真實環(huán)境下獲得的結(jié)果相當(dāng)[14]。虛擬仿真實驗作為互聯(lián)網(wǎng)+教育的一種新形式，豐富了傳統(tǒng)教學(xué)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，對引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，增強實踐能力具有重要意義[15]。

付靜靜等[16]研究GMP 虛擬仿真實驗在制劑設(shè)備教學(xué)中的應(yīng)用，以顆粒劑、膠囊劑的生產(chǎn)為例，應(yīng)用虛擬仿真實驗提供了多種素材，包括視頻講解、3D 演示、動畫模擬、圖片描述等，讓學(xué)生直觀的了解設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、使用程序，通過角色扮演，感受藥廠生產(chǎn)過程，包括進入潔凈區(qū)的程序、原輔料和中間體的轉(zhuǎn)運、崗位操作標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程、生產(chǎn)設(shè)備的參數(shù)設(shè)置、在線質(zhì)量控制、生產(chǎn)后的清場等。發(fā)現(xiàn)虛擬仿真實驗?zāi)苡行У亟档驼鎸嵅僮鳝h(huán)境下的失誤率，增強學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和實踐操作能力。范高福等[17]研究了虛擬仿真實驗在顆粒劑設(shè)備教學(xué)中的應(yīng)用，通過對相關(guān)設(shè)備進行三維拆裝，觀看生產(chǎn)操作演示視頻，按照生產(chǎn)工藝流程規(guī)范操作等方式展開虛擬實訓(xùn)，實訓(xùn)內(nèi)容包括粉碎、篩分、混合、制軟材、制粒、干燥、總混過程，發(fā)現(xiàn)虛擬仿真實驗對學(xué)生制劑設(shè)備理論理解、設(shè)備操作規(guī)范化和實驗安全意識有明顯的提升作用。

4 5E 模式結(jié)合虛擬仿真實驗教學(xué)方案設(shè)計

在5E 模式的基礎(chǔ)上融合其他模式可進一步提高學(xué)習(xí)的主動性、互動性和趣味性，提高學(xué)習(xí)效果。如劉亞莉等[18]提出將5E 模式結(jié)合以問題為導(dǎo)向的教學(xué)法（problem-based learning，PBL）應(yīng)用于心力衰竭教學(xué)可進一步提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和歸納能力，發(fā)現(xiàn)聯(lián)合教學(xué)法可以有效地提高學(xué)生在病例分析匯總、知識梳理拓展以及構(gòu)建知識架構(gòu)等方面的能力，有助于提高知識綜合能力。筆者認(rèn)為將虛擬仿真實驗融入5E 模式中，既可以為5E 模式為代表的參與式教學(xué)提供新方法，豐富學(xué)習(xí)內(nèi)容，又能充分利用虛擬仿真手段，使理論緊密聯(lián)系實踐，增加學(xué)生對知識的理解與應(yīng)用，并以“壓片設(shè)備”為例，闡述教學(xué)方案設(shè)計。

4.1 吸引

吸引是新的教學(xué)內(nèi)容或活動開始之前引導(dǎo)學(xué)生進入學(xué)習(xí)的行為活動，是5E 教學(xué)模式的起始環(huán)節(jié)[19]。引入時通常將抽象的問題與學(xué)生已有知識或熟悉的事物聯(lián)系起來，將學(xué)習(xí)任務(wù)和已經(jīng)形成的前概念進行類比，激發(fā)學(xué)生的前認(rèn)知并產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣。引入使用的內(nèi)容應(yīng)新穎或帶有趣味性，以便產(chǎn)生充分的注意力吸引效果、活躍課堂氣氛[20]，如：采用史料、故事、時事或前沿研究進展，安排學(xué)生思考自己使用過哪些類型的片劑，或片劑的形狀、顏色、使用途徑、特點等，逐步引入至片劑是如何制備出來的。

4.2 探究

4.2.1 理論探究

學(xué)習(xí)探究由芝加哥大學(xué)施瓦布于1961 年在哈佛大學(xué)所做報告《作為探究的科學(xué)教學(xué)》中首次提出，是5E教學(xué)模式的重點環(huán)節(jié)[21]。在這個階段中，教師要向?qū)W生提供一些必要的背景知識和學(xué)習(xí)材料并結(jié)合上一階段（吸引環(huán)節(jié)）的認(rèn)知準(zhǔn)備，根據(jù)課程目標(biāo)引導(dǎo)學(xué)生進行自主探究。在探究過程中，學(xué)生是主體，教師的主要作用是引導(dǎo)和幫助，教師應(yīng)注意觀察和傾聽，了解學(xué)生探究的過程和深度，適時提供必要的指導(dǎo)和幫助[22]。在探究過程中，可采用圖片的方式展示壓片機的結(jié)構(gòu)，以動畫的方式展示壓片機調(diào)節(jié)機構(gòu)的作用，以視頻的方式展示壓片機工作過程，并以壓片機各結(jié)構(gòu)的可能功能、工作原理作為探究問題。

4.2.2 虛擬仿真實驗輔助探究過程

對于理論學(xué)習(xí)，靜態(tài)學(xué)習(xí)法可以有效地幫助學(xué)生迅速構(gòu)建知識框架，搭建理論體系，然而，靜態(tài)學(xué)習(xí)法的效果是有限的，以實踐為目的的動態(tài)學(xué)習(xí)同樣重要，理論與實踐學(xué)習(xí)應(yīng)同步進展。所以在具備了一定的基礎(chǔ)知識后，最好及時向?qū)W生提供實驗儀器和實驗材料進行實驗體驗，可產(chǎn)生較好的學(xué)習(xí)效果[23-24]。在教學(xué)過程中，讓學(xué)生進入虛擬仿真實驗空間，按照適當(dāng)提示對壓片機完成拆解、組裝，對壓片機的加料斗、轉(zhuǎn)臺、沖頭、壓輪、飼粉器、片重調(diào)節(jié)器、壓力調(diào)節(jié)器、出片調(diào)節(jié)器、電機、傳動裝置、減速蝸輪、緊急停機裝置等結(jié)構(gòu)進行實踐性認(rèn)知，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，并形成形象記憶。

4.3 解釋

4.3.1 理論學(xué)習(xí)

在解釋階段，首先應(yīng)將課堂內(nèi)容集中在展示和分析學(xué)生探究過程和結(jié)果上，為他們提供充分的機會展示探究過程獲得的概念、方法或技能，并讓學(xué)生嘗試用自己的理解來闡述探究的內(nèi)容[25]?？赏ㄟ^小組內(nèi)展示（通過討論、互相講解、合作完成基本問題）、小組交叉展示（小組派代表到其他小組進行學(xué)習(xí)，將本組共同的問題請教學(xué)習(xí)，進行講解，展示給自己的組員，或請外組的成員到本組來講解展示，從而教會本組成員），最終通過小組PPT 總結(jié)匯報的方式展示探究過程和結(jié)果。然后教師可以直接介紹概念、方法或技能，以形成正確的理論認(rèn)知，此過程，應(yīng)結(jié)合學(xué)生前一階段（探究環(huán)節(jié)）獲得的結(jié)果進行逐步推斷講解，同時糾正學(xué)生的一些錯誤理解[26]。解釋過程中，可結(jié)合多種現(xiàn)代多媒體手段對壓片機的分類、設(shè)計原理、詳細(xì)結(jié)構(gòu)、具體功能、工作過程和原理、操作方法和注意事項等內(nèi)容進行細(xì)致講解，完成教學(xué)目標(biāo)的內(nèi)容。

4.3.2 虛擬仿真實驗輔助解釋過程

借助虛擬仿真實驗可輔助解釋過程，進一步加深學(xué)生在此階段的理解和記憶，學(xué)生進入虛擬片劑生產(chǎn)車間，模擬參與片劑生產(chǎn)，包括：壓片機使用前檢查（檢查壓片機各部件安裝是否正確，沖模規(guī)格是否合適）、壓制片劑（將物料加至加料斗內(nèi)，調(diào)整壓力調(diào)節(jié)器、片重調(diào)節(jié)器，藥片稱重，調(diào)節(jié)片重調(diào)節(jié)器至片重合適，繼續(xù)調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器至片劑硬度符合要求，進入正常壓片）、壓片機清理（將加料斗、飼粉器等可拆卸部件拆下，用清水沖洗干凈，用熱風(fēng)循環(huán)烘箱烘干，用軟毛刷清潔上、下沖和模圈上殘留的藥粉，用潔凈的軟質(zhì)干抹布蘸取少量乙醇，擦拭上、下沖和模圈，清潔完畢后將各部件安裝回原位）。

4.4 遷移

遷移是引導(dǎo)學(xué)生將新知識遷移應(yīng)用于新情況以解決新問題的行為活動。在遷移過程，教師的主要作用是為新問題創(chuàng)造適宜情景以引導(dǎo)學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上豐富知識結(jié)構(gòu)[27]?？梢酝ㄟ^設(shè)置壓片過程中遇到的各種問題：如顆粒硬度不夠、顆粒含水量過高、沖頭和模圈磨損、上下沖長短不一、壓片壓力過大、壓片速度過快、飼粉器未安裝到位等原因?qū)е滤善?、黏沖、含量不均勻、崩解遲緩、裂片、表面斑點等影響片劑質(zhì)量的問題，引導(dǎo)學(xué)生分析壓片過程中出現(xiàn)問題的原因并給出詳細(xì)的解決方案，以拓展知識內(nèi)容。

4.5 評價

教學(xué)評價是根據(jù)教學(xué)目標(biāo)判斷教學(xué)過程和結(jié)果的效果并為教學(xué)決策提供服務(wù)的行為活動[28]。教學(xué)評價包括兩個環(huán)節(jié)：教師教學(xué)工作評價（教學(xué)設(shè)計、教學(xué)組織、教學(xué)實施等）和學(xué)生學(xué)習(xí)效果評價（測試和考試）[29]，5E 教學(xué)模式的評價主要是學(xué)生學(xué)習(xí)效果評價，評價方法包括定量評價和定性評價[30]。上述過程結(jié)束后，教師可通過提問、發(fā)放課堂測驗、查看虛擬仿真實驗后臺數(shù)據(jù)的方式檢驗學(xué)生是否全面掌握學(xué)習(xí)目標(biāo)的要求，最后通過課后作業(yè)的形式，讓學(xué)生制作壓片設(shè)備章節(jié)思維導(dǎo)圖，構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，最后將測試結(jié)果和思維導(dǎo)圖等學(xué)習(xí)材料通過學(xué)習(xí)通或者智慧樹的方式上傳，進一步鞏固知識記憶。

5 總結(jié)

5E 教學(xué)模式作為一種以學(xué)生主動探究為中心的閉環(huán)教學(xué)模式，具有連貫性強、教學(xué)效率高、能提高學(xué)習(xí)主動性、培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題與解決問題能力的特點。虛擬仿真實驗與5E 模式相結(jié)合，既能豐富5E 模式的學(xué)習(xí)形式，又能通過真實場景模擬，讓學(xué)生在理論學(xué)習(xí)中結(jié)合應(yīng)用，更好地掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，培養(yǎng)實踐應(yīng)用能力。該綜合教學(xué)模式對促進藥物制劑設(shè)備課程教學(xué)方法創(chuàng)新，培養(yǎng)應(yīng)用型人才具有一定的參考價值，但也存在一些不足，如目前虛擬仿真實驗的教學(xué)資源不足，還需要不斷研發(fā)，虛擬仿真實驗軟件的內(nèi)容還不夠充實和完整，操作不夠方便，還需進一步探索研究。