王衛(wèi)華，陳清陽，夏亞釗，李麗平

菏澤醫(yī)學(xué)專科學(xué)校，山東菏澤 274000

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)的教育越來越得到廣泛的重視并在不斷地創(chuàng)新與發(fā)展中增加了許多的新方法，例如基于大數(shù)據(jù)的互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)、多媒體教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、智能教學(xué)及虛擬仿真教學(xué)等，多元化的教學(xué)方式有助于我國(guó)教育事業(yè)更加快速地發(fā)展。藥學(xué)作為醫(yī)學(xué)專業(yè)中一門實(shí)踐性較高的學(xué)科， 對(duì)于實(shí)驗(yàn)的需求量非常高，且打好藥學(xué)專業(yè)的良好基礎(chǔ)，學(xué)生需要具備理論與實(shí)踐綜合的能力，從而更好地發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢(shì)。 該文主要就藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)展開討論，對(duì)于藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)方案進(jìn)行簡(jiǎn)單表述并詳細(xì)分析其應(yīng)用效果及評(píng)價(jià)。

1 虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的概念

現(xiàn)如今，由于各類新型實(shí)驗(yàn)的需求量越來越大，很多學(xué)校開始將重心放在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。這是一種以軟件為基礎(chǔ)通過虛擬的方式搭建的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)各類教學(xué)實(shí)驗(yàn)的虛擬化及數(shù)字化，能夠幫助不同專業(yè)學(xué)科的學(xué)生提供教學(xué)及科研環(huán)境，通過虛擬的仿真實(shí)驗(yàn)室與實(shí)際的實(shí)物實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行互補(bǔ)的情況下，既可以幫助學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)步驟及環(huán)節(jié)，還有效避免了很多不必要的材料浪費(fèi)。 這是因?yàn)樵趯?shí)際的教學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中，很多實(shí)驗(yàn)器材造價(jià)相對(duì)較高，常常會(huì)出現(xiàn)老師不舍得用、學(xué)生又不會(huì)用的情況，再加上很多實(shí)驗(yàn)的時(shí)間持續(xù)過長(zhǎng)，正常的教學(xué)中是無法展開的，導(dǎo)致很多學(xué)生連實(shí)物教學(xué)都無法參與。

通過計(jì)算機(jī)可以將虛擬仿真技術(shù)搭建起來，不但讓學(xué)生有身臨其境的感覺，還可以重復(fù)操作加深印象，尤其是對(duì)節(jié)省材料有非常大的幫助，降低了學(xué)校購(gòu)買實(shí)驗(yàn)器材的成本費(fèi)用[1]。此外，由于很多實(shí)驗(yàn)都存在一定的危險(xiǎn)性，例如文中所說的藥學(xué)專業(yè)，在其制劑的實(shí)驗(yàn)中，就會(huì)接觸到大量的放射性物質(zhì)或有毒物質(zhì)，這些實(shí)驗(yàn)如果是讓沒有操作經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生來做的話，一定會(huì)造成非常危險(xiǎn)的后果。所以利用虛擬仿真技術(shù)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)于學(xué)生的安全性也有著很大的提高。 目前，我國(guó)已經(jīng)有多家高校開始研究并建立了高科技的仿真實(shí)驗(yàn)室。

2018 年6 月，國(guó)家教育部官網(wǎng)發(fā)布了首批國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的認(rèn)定結(jié)果通知，并認(rèn)定了105 個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目為首批國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目[2]。

案例說明①：浙江大學(xué)藥學(xué)院就針對(duì)生殖毒性虛擬仿真進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，生殖毒性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)通過三維仿真技術(shù)，將實(shí)驗(yàn)操作真實(shí)地進(jìn)行了還原。在虛擬的系統(tǒng)內(nèi)，學(xué)生可以通過對(duì)實(shí)驗(yàn)人物進(jìn)行實(shí)際的操作和指引其進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室并展開實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中，還可以實(shí)現(xiàn)圖文介紹、界面交互等功能。通過趣味性的知識(shí)點(diǎn)，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生通過三維場(chǎng)景的瀏覽和交互操作，可以有效熟悉實(shí)驗(yàn)操作的注意事項(xiàng)，避免了因?yàn)闆]有經(jīng)驗(yàn)而接觸有害試劑的情況，幫助學(xué)生增強(qiáng)并鞏固了安全意識(shí)和知識(shí)獲取。

案例說明②：南方醫(yī)科大學(xué)通過虛擬實(shí)驗(yàn)課程將人感染高致病性禽流感的事件進(jìn)行了模擬，通過故事情節(jié)的方式，還原了突發(fā)公共衛(wèi)生事件的應(yīng)急及實(shí)驗(yàn)方式。將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)際的課本理論進(jìn)行了相結(jié)合。學(xué)生可以對(duì)該內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)的觀看和實(shí)驗(yàn)[3]，達(dá)到了增強(qiáng)理論知識(shí)和增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)水平的目的。像禽流感這種疾病，由于病情的特殊性，在實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)中是很難完成的，而學(xué)生通過虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以了解到實(shí)際的操作解決辦法。 例如：物資的準(zhǔn)備、個(gè)人的防護(hù)、控制疫情的方式及對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)流行病學(xué)的調(diào)查和樣本采集及現(xiàn)場(chǎng)消毒等，通過實(shí)驗(yàn)操作的方式按照步驟進(jìn)行操作。當(dāng)學(xué)生對(duì)于操作步驟無法拿捏或不敢進(jìn)行判斷時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)自動(dòng)給出提示，指引學(xué)生完成全部的實(shí)驗(yàn)過程，并在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，給出考核分?jǐn)?shù)。

2 當(dāng)前藥學(xué)專業(yè)的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀

我國(guó)各類藥學(xué)院校在近幾年里都展開了有關(guān)于實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式，并對(duì)其中的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式等不同方面進(jìn)行不同程度的改革，獲得了較好的教學(xué)成果。 但在老師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，面對(duì)一些短期內(nèi)無法達(dá)標(biāo)的硬性客觀條件，給實(shí)驗(yàn)教學(xué)也帶來了非常多的困擾[4]。

2.1 教學(xué)條件有限

由于老師帶領(lǐng)學(xué)生的教學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)間有限，所以在教學(xué)中，很多學(xué)生沒有理解其中的重點(diǎn)內(nèi)容，特別是藥學(xué)實(shí)驗(yàn)本身存在持續(xù)性，在進(jìn)行一些藥物濃度測(cè)試、藥物合成及成分提取和結(jié)構(gòu)檢定等綜合實(shí)驗(yàn)時(shí)，大多需要較長(zhǎng)的時(shí)間來進(jìn)行，面對(duì)時(shí)間和地點(diǎn)的限制，導(dǎo)致學(xué)生很難成功完成綜合實(shí)驗(yàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)局限性較高

由于藥學(xué)實(shí)驗(yàn)中存在較多含有毒性成分的試劑、容易燃燒和爆炸的試劑及一些細(xì)胞和細(xì)菌，導(dǎo)致有些實(shí)驗(yàn)存在安全問題[5]，面對(duì)這類實(shí)驗(yàn)的安全性問題，讓并沒有成熟經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生進(jìn)行操作，一旦發(fā)生失誤的情況很容易給身體及環(huán)境帶來極大的傷害，所以很多實(shí)驗(yàn)課程無法開設(shè)，這直接影響了實(shí)驗(yàn)的教學(xué)進(jìn)度。

2.3 器材消耗過高

教學(xué)的成本及設(shè)備器材的成本相對(duì)來說過高，大部分學(xué)校無法滿足每位學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)測(cè)試造成的大量消耗，例如實(shí)驗(yàn)的動(dòng)物、珍貴的細(xì)胞和菌株等，且試劑及藥品的消耗量也非常高，且實(shí)驗(yàn)設(shè)備的數(shù)量本身有限，導(dǎo)致有些學(xué)生沒有操作過，對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作也并不熟練，給實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)帶來較大的影響[6]。

2.4 危險(xiǎn)性較大

不同于其他學(xué)科，藥學(xué)是一門既包含醫(yī)學(xué)又包含化學(xué)的交叉型科目，學(xué)生不但要掌握許多過硬的理論知識(shí)，還要擅于動(dòng)手，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試，這也說明了試驗(yàn)教學(xué)的重要性。在藥學(xué)合成的眾多實(shí)驗(yàn)中，都會(huì)有高溫高壓、易燃易爆的情況，除此之外，還有很多有毒有害的物質(zhì)及氣體散發(fā)。過去傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生親自操刀操作的方式，危險(xiǎn)系數(shù)過高。

3 藥學(xué)虛擬仿真教學(xué)建立的必要性及優(yōu)勢(shì)

由于藥學(xué)對(duì)于學(xué)生的理論及動(dòng)手能力要求均很高，所以其中的分析實(shí)驗(yàn)還會(huì)接觸到較為高尖端的儀器，但很多學(xué)?；旧隙疾痪邆溥@些儀器。大多學(xué)生在畢業(yè)后實(shí)習(xí)的單位也偏向于藥廠，這類化工企業(yè)出于對(duì)安全的考慮，也不會(huì)讓學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)中，而在學(xué)校，由于器械材料的不足和安全問題的原因，也很少能夠允許學(xué)生進(jìn)行頻繁的實(shí)驗(yàn)。 學(xué)生如果只學(xué)習(xí)理論，沒有經(jīng)過實(shí)際的鍛煉，將來在社會(huì)上就業(yè)也是不合格的。 這足以體現(xiàn)藥學(xué)虛擬仿真教學(xué)設(shè)備建立的重要性[7]。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是利用虛擬的方式將現(xiàn)實(shí)中的物件進(jìn)行高度的還原和仿真， 再結(jié)合多媒體的智能技術(shù)，幫助學(xué)生運(yùn)用虛擬的環(huán)境完成藥學(xué)實(shí)驗(yàn)，用此類方式解決在實(shí)際教學(xué)中無法進(jìn)行和操作的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。近年來，在虛擬仿真教學(xué)運(yùn)用得越來越頻繁，隨著時(shí)間的推移，當(dāng)下虛擬仿真教學(xué)已經(jīng)是新型教育中不可缺少的重要組成部分。

虛擬仿真教學(xué)能夠幫助學(xué)生有效提高實(shí)驗(yàn)效率，且在實(shí)驗(yàn)中可以自主拓展，利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的方式不會(huì)存在安全隱患，而且不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制，還具備實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)共享和公開的特點(diǎn)，在當(dāng)今的藥學(xué)高校中，應(yīng)當(dāng)把藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為整個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)和智能化建設(shè)的核心內(nèi)容[8]。 和過去的傳統(tǒng)實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)方式截然不同，利用虛擬仿真教學(xué)的模式能夠幫助學(xué)生增強(qiáng)自主創(chuàng)新發(fā)展的學(xué)習(xí)意識(shí)，大幅度增長(zhǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力且對(duì)教學(xué)器材和成本的節(jié)約有著重要貢獻(xiàn)，是幫助高校進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要改革方式，并與藥學(xué)教育當(dāng)前的發(fā)展與走向完全吻合，幫助學(xué)生利用課下的時(shí)間對(duì)于實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有效的操作，幫助學(xué)校培養(yǎng)了更多優(yōu)秀的藥學(xué)人才。 部分高校為了更好地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，已經(jīng)開通了除藥學(xué)外其他像分析化學(xué)、中藥化學(xué)等虛擬仿真的試驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，并在建立虛擬仿真平臺(tái)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用的價(jià)值[9]。

4 藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)與應(yīng)用

4.1 藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)

有些學(xué)校的平臺(tái)建設(shè)分為多種類型，其中包含了“藥物化學(xué)”“天然藥物化學(xué)”“藥物分析”“新型藥物研發(fā)”“毒理學(xué)”等，但這些藥物的實(shí)驗(yàn)是完全分割開的，這種教學(xué)方式會(huì)導(dǎo)致學(xué)生的整體學(xué)習(xí)思維被切斷，無法進(jìn)行連貫的運(yùn)用和理解。所以學(xué)校應(yīng)當(dāng)在原有課程的基礎(chǔ)上，建立出綜合全面的“藥物設(shè)計(jì)試驗(yàn)”平臺(tái)，課程內(nèi)容也應(yīng)該包含藥學(xué)的所有知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生可以通過自己的興趣點(diǎn)選擇進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn)并展開學(xué)習(xí)。依托專門的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心并根據(jù)藥學(xué)特質(zhì)，進(jìn)行豐富資源的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)，委托相關(guān)開發(fā)公司將虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行開發(fā)， 并把開發(fā)后的仿真技術(shù)與平臺(tái)進(jìn)行結(jié)合，平臺(tái)功能需要包含教師端和學(xué)生端，以此來滿足不同的需求[10]。

學(xué)生端：學(xué)生的預(yù)習(xí)內(nèi)容、演示操作、學(xué)習(xí)方式、考核評(píng)分、上傳報(bào)告、評(píng)價(jià)考核。當(dāng)學(xué)生完成選題后，應(yīng)當(dāng)要求學(xué)生提前將實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)，通過預(yù)習(xí)測(cè)試后，才能進(jìn)入下個(gè)環(huán)節(jié)，而學(xué)生也可以通過該平臺(tái)直接和老師進(jìn)行聯(lián)系和互動(dòng)，提交自己的實(shí)驗(yàn)報(bào)告等[11]。

教師端：資源管理、題目管理、綜合評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)及最終考試成績(jī)管理等不同系統(tǒng)，包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、虛擬的實(shí)驗(yàn)操作、提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、發(fā)展新項(xiàng)目訓(xùn)練、老師與學(xué)生之間的互動(dòng)交流、實(shí)驗(yàn)操作考核及查詢最終成績(jī)的功能[12]。老師也可以在線上對(duì)于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行安排、實(shí)時(shí)查看學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展、對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)作業(yè)進(jìn)行批改等，空閑時(shí)還可以在線解答學(xué)生提出的疑問，并根據(jù)學(xué)生的興趣和強(qiáng)項(xiàng)，建立學(xué)習(xí)小組，指導(dǎo)學(xué)生去參加比賽。

4.2 藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)應(yīng)用

在藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)中共設(shè)置了6 種系統(tǒng)，學(xué)生可以在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行合理的實(shí)驗(yàn)操作和學(xué)習(xí)，有效避免不必要的成本消耗。 此外利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的方式還可以幫助學(xué)生隨時(shí)隨地進(jìn)行有效學(xué)習(xí)[13]。 作為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)應(yīng)當(dāng)將學(xué)生放在第一位，明確自身的教學(xué)理念（即以學(xué)生為中心），在面對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)增強(qiáng)綜合性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的次數(shù)，建設(shè)良好的藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[14]。 由于藥學(xué)的學(xué)科內(nèi)容較為復(fù)雜，在進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)前，應(yīng)當(dāng)將與藥物學(xué)相關(guān)的藥物化學(xué)、藥理學(xué)、藥劑學(xué)藥物分析等其他與藥學(xué)有關(guān)的課程中存在的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)的整理并制定出于藥學(xué)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容；再把大部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行虛擬化，將一些受到時(shí)間、地點(diǎn)限制的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通過虛擬化的方式展開教學(xué)[15]。

4.3 應(yīng)用成果

將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中優(yōu)勢(shì)較為明顯且比過去的傳統(tǒng)教學(xué)模式更加安全：學(xué)生通過仿真技術(shù)進(jìn)行操作，對(duì)于自身的動(dòng)手能力起到了很大的提升作用；在面對(duì)一些含有有毒氣體且存在爆炸等危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，利用仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)既幫助學(xué)生完成了實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作，又避免了可能存在的危險(xiǎn)，對(duì)于現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)起到了較好的輔助作用[16]。

利用虛擬仿真技術(shù)可以鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并解決的技能，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，由于在虛擬系統(tǒng)中有對(duì)于學(xué)生成績(jī)獲取和考核的系統(tǒng)功能，所以學(xué)生的每一次實(shí)驗(yàn)記錄都能夠被老師利用起來，并對(duì)學(xué)生的操作能力和理解能力有清楚的了解并展開評(píng)分，對(duì)于師生間的溝通起到較高的融合作用[17]。 鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力、思維發(fā)展能力及全面的綜合素質(zhì)能力，學(xué)生利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有了清晰的認(rèn)識(shí)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)的操作和過程有了熟悉度，在真實(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)能夠有效減少實(shí)驗(yàn)儀器的損壞，加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)水平，保障了安全性，并有效將實(shí)驗(yàn)成績(jī)提升7%。

5 結(jié)論

當(dāng)前虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是幫助學(xué)生增強(qiáng)實(shí)踐能力的最好方式，通過實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以將教學(xué)中需要的資源及制度通過科學(xué)的方式組合在一起，為學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提供了強(qiáng)勁的技術(shù)支持。藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)和應(yīng)用離不開科學(xué)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)[18]，采用藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)能夠給幫助學(xué)生和老師進(jìn)行更加方便快捷的學(xué)習(xí)，對(duì)于學(xué)生的研究和發(fā)展能力有顯著的提高，提高了整體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。 當(dāng)前越來越被廣泛運(yùn)用的云計(jì)算、人工智能及大數(shù)據(jù)、電子信息等多樣的科學(xué)技術(shù)為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來了巨大的幫助，未來一定還會(huì)創(chuàng)建出更多有助于培養(yǎng)人才的教學(xué)方式，助力教育事業(yè)再次提升。