◎朱思慧 黃芳一 李威 蔡珺

生物制藥技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺的建設(shè)與思考

◎朱思慧 黃芳一 李威 蔡珺

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合產(chǎn)物。對提高學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力具有重要的意義。本文結(jié)合應(yīng)用型高等學(xué)校人才培養(yǎng)的定位與要求，探討了生物制藥相關(guān)專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺的建設(shè)方案，為此類專業(yè)學(xué)生無法深度進(jìn)入相關(guān)企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)和工程類專業(yè)訓(xùn)練提供的虛實(shí)結(jié)合的解決方案。

教育部、國家發(fā)展改革委、財政部《關(guān)于引導(dǎo)部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的指導(dǎo)意見》中明確指出要將現(xiàn)代信息技術(shù)全面融入教學(xué)改革，推動信息化教學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等廣泛應(yīng)用。武漢生物工程學(xué)院現(xiàn)有生物工程、生物技術(shù)、制藥工程、中藥學(xué)、藥學(xué)、藥品生物技術(shù)、藥品生產(chǎn)技術(shù)等生物制藥類專業(yè)，這些專業(yè)學(xué)生的課程設(shè)計、課程實(shí)訓(xùn)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)均需要進(jìn)入實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)節(jié)開展，但目前企業(yè)自動化程度高，關(guān)鍵崗位操作復(fù)雜，責(zé)任重大，給學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)帶來了一定的阻力；另一方面校內(nèi)實(shí)驗(yàn)中無法和生產(chǎn)設(shè)備匹配，導(dǎo)致人才培養(yǎng)與企業(yè)在實(shí)踐環(huán)節(jié)中有一定程度的脫節(jié)。

生物制藥技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺的建設(shè)思路

為解決目前實(shí)踐教學(xué)所遇到的瓶頸，開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺勢在必行，生物制藥技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺是一種將理論與實(shí)踐相結(jié)合的新教學(xué)平臺，更是未來智能化教育的基礎(chǔ)。為學(xué)生提供了充分動手的機(jī)會。強(qiáng)大的交互性能，使得學(xué)生們可以自己動手設(shè)置各種實(shí)驗(yàn)參數(shù)，并及時地得到結(jié)果，這在真實(shí)世界中往往是無法實(shí)現(xiàn)的。平臺具有開拓學(xué)生的想象空間、增強(qiáng)學(xué)生的自信心和成就感、增強(qiáng)學(xué)生的安全意識等優(yōu)勢。平臺在培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)踐分析能力、工藝研究方法、創(chuàng)新思維和考察新事物等方面有著其他教學(xué)方法所不能替代的獨(dú)到作用。通過計算機(jī)仿真，在虛擬世界中由于錯誤的操作而產(chǎn)生的安全事故，可以提高學(xué)生的警覺，分析故障原因，掌握排除故障的技巧。根據(jù)學(xué)校專業(yè)特點(diǎn)該平臺以“生命科學(xué)與技術(shù)”+“制藥技術(shù)”為建設(shè)思路搭建兩個綜合實(shí)訓(xùn)平臺，由6個子平臺組成。

生命科學(xué)與技術(shù)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺

生命科學(xué)與技術(shù)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺的主要教學(xué)資源包括以下3個部分：基礎(chǔ)生物學(xué)能力培養(yǎng)平臺、現(xiàn)代生物學(xué)綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)平臺及生物工程工藝仿真實(shí)訓(xùn)平臺，形成了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)+綜合實(shí)驗(yàn)+創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)“三層次”，基礎(chǔ)生物學(xué)能力培養(yǎng)平臺+現(xiàn)代生物學(xué)綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)平臺+生物工程工藝仿真實(shí)訓(xùn)平臺“三模塊”，與實(shí)體實(shí)驗(yàn)結(jié)合+與科研項(xiàng)目結(jié)合+與企業(yè)實(shí)踐結(jié)合“三結(jié)合”的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

基礎(chǔ)生物學(xué)能力培養(yǎng)平臺。本平臺包括了常規(guī)的生物學(xué)（動物學(xué)、植物學(xué)、生態(tài)學(xué)、微生物學(xué)等）課程的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)。擬建設(shè)“常見動、植物數(shù)字化分類鑒定系統(tǒng)”、“微生物生長與形態(tài)圖譜識別系統(tǒng)”、“生化技術(shù)單元操作”等多套仿真項(xiàng)目，彌補(bǔ)基礎(chǔ)課程無法有效實(shí)習(xí)和實(shí)習(xí)時間短、范圍有限以及受生長季節(jié)限制等因素。

現(xiàn)代生物學(xué)綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)平臺。生物學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心根據(jù)“微觀實(shí)驗(yàn)可視化、高難度實(shí)驗(yàn)仿真化、危險實(shí)驗(yàn)安全化”的理念，將高精尖技術(shù)和教師的科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，開發(fā)“現(xiàn)代生物學(xué)綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)”的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。本平臺有生物化學(xué)與分子學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)、雙相電泳技術(shù)3D虛擬實(shí)驗(yàn)、免疫學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞遺傳學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)、基因克隆及測序?qū)嶒?yàn)、cDNA文庫構(gòu)建實(shí)驗(yàn)等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

生物工程工藝仿真實(shí)訓(xùn)平臺。生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)是重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)研究型、技能型綜合性人才培養(yǎng)目標(biāo)的主要途徑。本平臺包括“啤酒發(fā)酵工藝仿真系統(tǒng)”、“干紅葡萄酒生產(chǎn)工藝仿真系統(tǒng)”、“青霉素發(fā)酵工藝仿真系統(tǒng)”、“土霉素發(fā)酵工藝仿真系統(tǒng)”、“生物工程設(shè)備單元操作虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”等。

制藥技術(shù)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺

制藥技術(shù)虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺包括兩部分，包括藥物制劑實(shí)訓(xùn)教學(xué)仿真系統(tǒng)、中藥制藥實(shí)訓(xùn)仿真平臺和GSP醫(yī)藥物流仿真實(shí)驗(yàn)室等虛擬仿真系統(tǒng)。

藥品生產(chǎn)GMP虛擬實(shí)訓(xùn)仿真平臺。囊括了國內(nèi)藥品生產(chǎn)的主要工藝流程，包括固體制劑和注射劑的主要關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要有膠囊制劑線、顆粒制劑線、搖擺制粒流程、一步制粒流程、空氣凈化系統(tǒng)、快速攪拌制粒、片劑生產(chǎn)流程、水針劑制劑線、制藥用水系統(tǒng)生產(chǎn)流程等的交互式仿真教學(xué)，實(shí)現(xiàn)了全自動化、全專業(yè)知識點(diǎn)覆蓋。三維仿真操作考核。該平臺結(jié)構(gòu)層次分明由課堂輔助，仿真練習(xí)和實(shí)訓(xùn)考核3個模塊組成。

中藥制藥GMP實(shí)訓(xùn)仿真平臺。中藥制藥GMP實(shí)訓(xùn)仿真平臺中藥材前處理生產(chǎn)線、中藥提取濃縮生產(chǎn)線、中藥口服液生產(chǎn)線、中藥軟膠囊生產(chǎn)線、中藥濃縮丸生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)等仿真系統(tǒng)，提供三維動畫、幻燈片、照片圖文等多種教學(xué)手段，教師可以直接在課堂上調(diào)用、展示這些資料，輔助教授相關(guān)工藝和設(shè)備、生產(chǎn)管理知識。

藥品經(jīng)營質(zhì)量管理規(guī)范（GSP）模擬軟件。本平臺以藥品經(jīng)營質(zhì)量管理模擬認(rèn)證為中心，分為管理員模塊、教師模塊和學(xué)生模塊。學(xué)生登錄后顯示三種模擬實(shí)驗(yàn)部分，分成三個入口：批發(fā)企業(yè)、零售連鎖、零售企業(yè)。學(xué)生可按照教師要求或自由選擇進(jìn)入任一個入口進(jìn)行模擬練習(xí)。

平臺建設(shè)預(yù)期效果

生物制藥技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺可以為生物制藥相關(guān)專業(yè)的課程教學(xué)，課內(nèi)實(shí)訓(xùn)，畢業(yè)實(shí)習(xí)提供教學(xué)實(shí)習(xí)場所，能提高專業(yè)課程的理論及實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，使學(xué)生通過仿真實(shí)訓(xùn)，畢業(yè)后能夠更好地適應(yīng)生產(chǎn)一線的崗位群需要。同時，平臺系統(tǒng)均設(shè)有仿真考核模塊，可實(shí)現(xiàn)無紙化考試，能夠做到考教分離、公平考試、真實(shí)呈現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)成績，設(shè)有多種考核形式，并為學(xué)生提供了自我測試學(xué)習(xí)的方便性。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種新興的教學(xué)方法和手段，實(shí)現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)不具備或難以完成的教學(xué)功能。在涉及高?；驑O端環(huán)境、不可及或不可逆操作，高成本、高消耗、大型或綜合訓(xùn)練等情況下，提供可靠、安全和經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?？梢猿浞终{(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，開拓學(xué)生的想象空間，增強(qiáng)學(xué)生的存在感，提高學(xué)生職業(yè)技能，是實(shí)體實(shí)驗(yàn)室的重要補(bǔ)充和延伸。

(作者單位：武漢生物工程學(xué)院)