●宋春香 任恒鑫 吳莉莉 張舒婷 孫長海

高校藥學專業(yè)的實驗教學，是培養(yǎng)藥學專業(yè)學生理論聯(lián)系實際的重要環(huán)節(jié)，也是造就高素質藥學人才不可或缺的重要組成部分。近年來，多媒體和網(wǎng)絡信息技術的快速發(fā)展，在高等教育實驗教學領域也相應的產(chǎn)生了一些新型的實驗教學方法和模式，其中開放式實驗教學是重點探討和研究的實驗教學方式，而虛擬化仿真模式作為開放式實驗教學的形式之一，在實驗教學中越來越受到高校的青睞。虛擬仿真實驗教學是一種新式的、新觀念的實驗教學手段，它是借助日臻完善的多媒體技術、蓬勃發(fā)展的仿真及虛擬技術在計算機上制作相應的實驗模擬程序，使得傳統(tǒng)實驗各操作環(huán)節(jié)能部分或全部以仿真畫面的方式呈現(xiàn)，虛擬實驗的設計、制作以及可實施必須在建立完善的虛擬實驗室基礎上才能完成，而虛擬實驗室這一說法是由美國的威廉·沃爾夫教授首先提出來的，它設計了一個計算機網(wǎng)絡環(huán)境下的虛擬實驗室環(huán)境，其設計與運用有助于實驗教學創(chuàng)新和發(fā)展。在這個虛擬環(huán)境里，用戶可以虛擬動手操作實驗，這有助于提高實驗操作能力、設計優(yōu)化實驗能力和增強創(chuàng)新意識。日前，教育部批準了三批共300 個國家級虛擬仿真教學實驗中心，涉及多個研究領域。在高校虛擬實驗室中，學生更易獲得相關的知識，經(jīng)過虛擬實驗的科學指導和學生的迅捷反饋，必將使實驗教學更加符合培養(yǎng)人才的要求。建立虛擬仿真實驗室是未來高校實驗教學的發(fā)展方向，能提高實驗教學的伸縮性和發(fā)展性。

把計算機虛擬仿真技術應用于藥學實驗教學中，使藥學專業(yè)的主干課程（藥劑學、藥物分析學、藥理學等）實驗課程，更加生動形象，符合學生由抽象到具體，再由具體到抽象的認知過程，用虛擬現(xiàn)實場景把抽象的知識呈現(xiàn)出來，可以顯著增強學生的學習興趣，提高教學質量和教學的科技含量，在教學效果方面將有質的飛躍。

一、計算機虛擬仿真實驗的特性

（一）虛擬仿真性

在虛擬仿真實驗中，學習者感覺操作的設備就在眼前，觸手可得，但實際上它們并不存在，是虛擬的、仿真的，是對實物的模擬再現(xiàn)。實驗設備實現(xiàn)虛擬化，在很大程度上能減少實驗設備的投入和空間的占用，從而節(jié)約實驗耗材，改善實驗條件，同時達到很好的教學效果，這樣可以把節(jié)省的資源，投入到其他教學環(huán)節(jié)中，因此虛擬仿真實驗為培養(yǎng)高質量的藥學專業(yè)人才提供條件和技術支撐。

（二）實踐操作性

虛擬實驗教學，在學生學習環(huán)節(jié)發(fā)揮著重要作用，具體體現(xiàn)在對新知識的認知與掌握、對原有知識結構的完善、對動手實踐能力的提高等方面。虛擬仿真實驗中的儀器、設備均是按照其原型進行設計，實驗程序的設定和操作規(guī)則也與傳統(tǒng)實驗教學相同，無論是虛擬的還是現(xiàn)實的實驗教學，都是在理論教學指導下開展實施。因此虛擬實驗和現(xiàn)實實驗的組成要素是一致的，學生利用虛擬實驗雖然不能獲得直接經(jīng)驗，但是能提高他們對相關領域的認知，并通過虛擬實驗來改進實踐活動中的操作或規(guī)范操作，同時虛擬實驗也給學生們提供重要的實踐環(huán)節(jié)。

（三）靈活多樣性

在現(xiàn)實教學中，教師通過在實驗室演示或學生自己動手來完成實驗教學，而在虛擬實驗中，教師的實驗教學主要通過計算機軟件來實現(xiàn)的，在一定程度上也可以彌補因為一些不可抗拒的原因導致的現(xiàn)實實驗課程沒法開展的缺陷。另外，考慮到學生客觀存在的水平差異性，所提供的虛擬實驗應該滿足各個層次學習者的要求。當虛擬實驗能滿足針對性實驗要求，并能同時滿足不同層次學生的需求時，虛擬實驗的優(yōu)勢才能得以充分地體現(xiàn)，才更有吸引力，更彰顯其生命力。

在虛擬實驗教學過程中，學生可以很方便地改變實驗條件，并觀察改變條件后所產(chǎn)生的實驗現(xiàn)象，這有利于學生獲得豐富的感性認識，較好地掌握實驗原理及步驟，并大大激發(fā)他們的學習熱情，有助于學生根據(jù)自己改變的實驗條件來假設分析實驗數(shù)據(jù)。靈活的實驗過程使得學生能快速地融入到實驗過程的學習中，不僅能得出實驗結果，而且能體驗設計實驗的樂趣，從而增強學生提出問題、分析問題、解決問題的興趣。

二、虛擬實驗教學模式在藥學尤其是藥物分析實驗教學方面的應用優(yōu)勢

（一）虛擬仿真實驗有教學成本低、污染少的優(yōu)勢

在藥學實驗教學中，特別是藥物分析實驗教學，許多大型昂貴的實驗器材，比如高效液相色譜儀、氣相色譜儀、液質聯(lián)用、氣質聯(lián)用等儀器，由于受各種條件的限制而無法普及應用，還有些因各種原因無法開設的實驗等，可以利用虛擬仿真技術，在計算機上建立虛擬實驗室，學生們便可以身臨其境的操作虛擬儀器，操作結果可以及時反饋給學生，這種實驗既不產(chǎn)生“三廢”，也不消耗器材，還不受場地等外界條件限制，可重復操作，直至實驗操作熟練并得出滿意結果。改變了傳統(tǒng)演示實驗的教學方式和手段，有效地協(xié)調并解決了實驗條件與實驗效果之間的矛盾。

藥學專業(yè)各學科試驗中不可避免地要消耗大量的藥品和水資源，實驗過程中還會產(chǎn)生“三廢”，既污染環(huán)境又影響實驗效果，既不利于學生實驗能力的培養(yǎng)，也不利于環(huán)境保護。而虛擬實驗教學可以避免這些現(xiàn)象的發(fā)生，既能滿足教學要求，又能提高辦學效益，減少實驗耗損。

（二）實驗過程有形象直觀，便于知識的傳授與理解的優(yōu)勢

虛擬實驗室可以模擬出實驗的各個環(huán)節(jié)，甚至將微觀的環(huán)節(jié)也能呈現(xiàn)出來，多媒體動畫等方式可以把不明顯的實驗現(xiàn)象逼真地表現(xiàn)出來，很直觀地展現(xiàn)在學生眼前，有助于教師新知識的講授，有利于學生對新知識的消化和理解，不僅達到實驗教學的預期效果，還能進一步提高教學質量。

（三）傳統(tǒng)實驗室不能很好完成的實驗，虛擬實驗室有替代的優(yōu)勢

教師通過虛擬實驗室來輔助完成課堂實驗演示：比如較復雜的實驗（體內藥物分析）、具有危險性的實驗（毒品分析）、具有極端破壞性實驗（氧瓶燃燒法處理有機氟化藥物）、反應周期過長的實驗（藥物合成）、控制反應過程較困難的實驗（磺胺醋酰鈉的制備），通過虛擬實驗室，這些實驗就可以安全地進行，并直觀地展示出來。

（四）有增強課堂趣味性，提高學生學習興趣的優(yōu)勢

虛擬實驗通過音頻、視頻、圖像、動畫等多媒體技術、虛擬仿真技術、信息技術等構建了一種高度模擬現(xiàn)實的仿真實驗教學模式，使學生們有身臨其境般的體驗，不僅實現(xiàn)了實時互動的實驗教學，而且能最大限度地激發(fā)學生學習的主觀能動性，有助于發(fā)展學生的擴散思維，具有別具匠心的實驗教學作用。

（五）藥學實驗室實驗教學平臺的設計內容

構建藥學虛擬實驗室教學平臺，是虛擬仿真實驗是否能達到預期教學效果的基礎，平臺建設內容包括：文字材料、實驗視頻、虛擬實驗三方面，下面以藥物分析實驗——葡萄糖一般雜質檢查實驗為例進行闡述。

1. 文字材料。本文所構建的虛擬實驗平臺的文字材料與現(xiàn)實實驗的內容相一致，具體有：實驗教學方案的設計，包括實驗目的、實驗原理、實驗方法及步驟；實驗儀器（比色管）使用方法、注意事項及思考題。

2.實驗視頻。視頻內容主要是教師的講解與示范，指出基本操作的注意事項（比色管的配對使用、比色及比濁方法、結論的正確敘述等），同時提供給學生正確的實驗操作過程，使學生對于葡萄糖一般雜質檢查實驗的基本操作有感性的認識，為模擬實驗的開展奠定基礎。

3.虛擬實驗。虛擬仿真實驗以多媒體動畫為主，包括葡萄糖供試品溶液配制的虛擬實驗、比色管使用操作和葡萄糖中氯化物、硫化物等一般雜質檢查實驗的實驗步驟，通過動畫的形式演示比色管正確使用的基本操作過程及要點，進一步規(guī)范學生的實驗操作技能，提高學生的實驗動手能力，經(jīng)過虛擬仿真實驗的多次反復的訓練，學生能進一步加深對實驗原理的深刻認識，強化理論聯(lián)系實際的動手能力。由此可見，虛擬實驗不僅是現(xiàn)實實驗的有力補充，同時更加能強化學生們自主學習能力，增強學生學習藥物分析課程的興趣，為培養(yǎng)專業(yè)的藥品檢驗人員提供平臺。

（六）藥物分析實驗課程虛擬化的評價

學生通過分析虛擬實驗的訓練，可以描述自己參與虛擬實驗的感覺和反應，以此來判斷基本原理、基本操作等掌握的情況，分析問題和解決問題的能力是否提高，從而能意識到自己在本次實驗中存在的問題和不足，并能積極尋求新的解決問題的方法，教師根據(jù)學生的知識掌握、能力提升等方面，綜合分析學生是否通過實驗達到基本的教學目標，比如葡萄糖一般雜質檢查的原理、實驗的基本步驟、比色管的操作及注意事項等等，檢驗教學目標的合理性、實驗知識建構的完整性、實驗技能的準確性等。

三、虛擬實驗教學流程

虛擬實驗教學流程如下圖所示，重點強調的是學生的“學”或者說自學能力，而不是老師的“教”，學生可以通過虛擬仿真軟件主動學習，有助于培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力、利用學生掌握信息資源能力，表面上看教師講課的工作量減輕了，但引導學生學習、回答學生咨詢、控制教學質量、反饋處理等工作和責任相應增加，實際上，老師的工作量不減反增。總之，與真實實驗課堂一樣，需要教師和學生共同配合才能達到較好的教學效果。

虛擬實驗教學的流程

總之，隨著互聯(lián)網(wǎng)和虛擬現(xiàn)實技術的快速發(fā)展，線上理論教學已經(jīng)摩拳擦掌，虛擬實驗教學也必將日益得到廣泛關注和發(fā)展，虛擬環(huán)境的實驗教學比現(xiàn)實的實驗教學有著明顯的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在方便靈活、形象逼真、實時交互的仿真實驗環(huán)境，既能發(fā)揮學生學習的主觀能動性，又能在較短時間內讓知識信息大量呈現(xiàn)在學生面前，可以大幅度的提高教學效率，使教學相長。實驗教學中虛擬仿真技術的巧妙應用，為教師改進教學方法，完善教學手段提供了很好的前提條件，同時因為虛擬仿真實驗既不消耗器材，也不受場地等外界條件限制，又有著很好的安全性和可重復操作性，可以培養(yǎng)學生在操作過程中敢于動手實踐的能力。因此虛擬藥學實驗的開設，可以鍛煉學生綜合實驗的操作技能，糾正學生實驗操作的規(guī)范性，培養(yǎng)其分析問題和解決問題的綜合能力，進而提高教學質量，深化教學改革，為培養(yǎng)高素質、能力強的藥學專業(yè)創(chuàng)新應用型人才提供支持。