張嘯環(huán)，張洪濤，孟靈旭，張靜，王淑敏

（長春中醫(yī)藥大學(xué)，吉林 長春 130117）

虛擬仿真（Virtual Reality,VR）技術(shù)又稱模擬技術(shù)，就是用一個(gè)系統(tǒng)模擬另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)，實(shí)際上是一種可創(chuàng)建和體驗(yàn)的虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，就是以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為核心，利用多媒體技術(shù)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行人機(jī)交互和仿真，學(xué)生利用虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，在模擬真實(shí)的環(huán)境中完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，達(dá)到教學(xué)目的。美國最早提出仿真技術(shù)并將其應(yīng)用在教育教學(xué)中；英國在虛擬仿真技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，并應(yīng)用在教學(xué)儀器和工業(yè)安全培訓(xùn)等方面[1]。近年來，在我國這種仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)被各大院校所采用，出現(xiàn)了各類仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和教學(xué)平臺(tái)[2]。特別是教育部發(fā)布的〔2013〕94號(hào)文件，在全國開展“國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”認(rèn)定工作，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)迅速發(fā)展成為現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要方式之一。教育部共批準(zhǔn)300個(gè)國家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，其中醫(yī)藥學(xué)類共計(jì)33個(gè)[3]。由此可見，作為一種新的教學(xué)手段和模式，虛擬仿真技術(shù)正在逐步應(yīng)用于中醫(yī)藥各學(xué)科教學(xué)。

1 中藥炮制學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

中藥炮制學(xué)是中醫(yī)藥院校的特色專業(yè)課。炮制技術(shù)經(jīng)過上千年的傳承與發(fā)展，積淀很多有價(jià)值的古法操作和經(jīng)驗(yàn)傳承。傳統(tǒng)教學(xué)模式只能抽象講解及實(shí)現(xiàn)一部分簡單實(shí)驗(yàn)操作?；趯?shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的問題，有文獻(xiàn)提出了虛擬仿真技術(shù)在其實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的可行性[4]。分析指出,中藥炮制實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與虛擬信息技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，可提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立自主的學(xué)習(xí)能力，加深學(xué)生對(duì)中藥炮制基本理論的理解和基本技能的掌握。尚有以具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為例進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，虛實(shí)結(jié)合，不但形象、生動(dòng)、直觀地提高了學(xué)生飲片炮制的操作技能，而且有效地培養(yǎng)了學(xué)生解決問題和協(xié)作等的能力，明顯提高了教學(xué)的效果和質(zhì)量[5]。

2 中藥炮制學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)的意義

中藥炮制技術(shù)是《中藥炮制學(xué)》教學(xué)最基本的要素，也是學(xué)生必須掌握的基本知識(shí)要點(diǎn)。目前基于如實(shí)驗(yàn)條件欠缺、經(jīng)費(fèi)不足、課時(shí)短缺及教學(xué)資源開發(fā)不足等多方面原因，嘗試開展虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)研究[6]。以虛補(bǔ)實(shí)，利用虛擬仿真技術(shù)再現(xiàn)傳統(tǒng)古法操作，取代課堂抽象講解，讓學(xué)生身臨其境，加深對(duì)中藥炮制的理解和傳統(tǒng)制藥技術(shù)的掌握，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)炮制技術(shù)的傳承和中藥炮制學(xué)課程教學(xué)的延伸和拓展。利用虛擬仿真技術(shù)虛擬呈現(xiàn)高耗資名貴藥材、有毒藥材的炮制方法與技術(shù)，解決資金投入不足和實(shí)驗(yàn)安全等問題，保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的系統(tǒng)性和完整性，且虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)對(duì)激發(fā)學(xué)生求知欲、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性和自主學(xué)習(xí)能力以及提高學(xué)生專業(yè)技能均具有重要意義[7]。

3 中藥炮制學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建的探討

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建，應(yīng)是在對(duì)課程內(nèi)涵、學(xué)生特點(diǎn)、課程目標(biāo)、現(xiàn)狀調(diào)研和軟硬件條件等多因素全面分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，并請(qǐng)相關(guān)行業(yè)專家進(jìn)行指導(dǎo)，評(píng)估平臺(tái)運(yùn)行的可行性與實(shí)用性。總體設(shè)計(jì)思路見圖1。

圖1 中藥炮制學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建圖Fig.1 Constructions of the virtual simulation experimental teaching platform of TCM processing science

3.1 平臺(tái)建設(shè)研究的背景分析

深度分析中藥炮制學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要和學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)及專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，凸顯中醫(yī)藥院校教育教學(xué)模式，結(jié)合課程改革的基本要求和課程特點(diǎn)，依據(jù)虛擬仿真教學(xué)設(shè)計(jì)基本原則，對(duì)平臺(tái)建設(shè)進(jìn)行全面評(píng)估和分析。

一方面，對(duì)于教授對(duì)象，采取問卷調(diào)查和訪談的方式對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)與學(xué)習(xí)需求進(jìn)行認(rèn)真調(diào)查和分析，以便更加深入了解學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備、年齡特征和學(xué)習(xí)需求，做到有的放矢地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)設(shè)計(jì)；另一方面，對(duì)于教授內(nèi)容，通過文獻(xiàn)檢索和情況調(diào)研，充分學(xué)習(xí)并借鑒中醫(yī)藥學(xué)類課程仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合中藥炮制學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)特色，遵循“虛實(shí)結(jié)合、能實(shí)不虛、以虛補(bǔ)實(shí)”的原則，將信息技術(shù)與中藥炮制學(xué)教學(xué)特點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)資源及實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容等進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。

在充分調(diào)研和具體分析的情況下，構(gòu)建基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、以虛擬仿真教學(xué)資源為內(nèi)涵及方便教與學(xué)的中藥炮制學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，在虛擬平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、做、考一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

3.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)研

調(diào)研全國同類院校中藥炮制學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)虛擬仿真技術(shù)運(yùn)用情況，分析目前被采用的中藥炮制虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、采用方法手段、技術(shù)要求、教學(xué)反饋和學(xué)生評(píng)價(jià)等，論證目前虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或平臺(tái)存在的利弊，有哪些優(yōu)勢(shì)及不足，同時(shí)調(diào)研分析在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目或平臺(tái)使用上比較有特色的其他學(xué)科的經(jīng)驗(yàn)加以借鑒，在掌握充分的背景分析的前提下，再進(jìn)行平臺(tái)相關(guān)內(nèi)容的設(shè)計(jì)與構(gòu)建。

3.3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)基本框架

3.3.1 基本信息 對(duì)平臺(tái)進(jìn)行必要介紹，包括平臺(tái)實(shí)施的主要目的、項(xiàng)目內(nèi)容、適用專業(yè)年級(jí)和硬件設(shè)備要求等。

3.3.2 課前預(yù)習(xí) 包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)圖片資源、教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)考核要求和實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫要求等內(nèi)容。

3.3.3 虛擬操作 包括實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目目錄、實(shí)驗(yàn)材料與器具和虛擬環(huán)境下具體實(shí)訓(xùn)操作設(shè)計(jì)。

3.3.4 考核與評(píng)價(jià) 包括課程基本知識(shí)測(cè)試、實(shí)驗(yàn)操作檢查測(cè)試、實(shí)驗(yàn)記錄填寫和學(xué)生考試成績自動(dòng)核算并記錄。教師在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，設(shè)置相關(guān)的文字考題模塊和三維仿真操作考核模塊，組合成為一份網(wǎng)絡(luò)試卷，供學(xué)生檢測(cè)自己在實(shí)訓(xùn)期間的學(xué)習(xí)效果。

3.3.5 拓展鏈接 收集實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)知識(shí)信息、古今文獻(xiàn)，拓展中藥炮制實(shí)驗(yàn)教學(xué)的廣度和深度。

3.4 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

根據(jù)中藥炮制學(xué)學(xué)科特點(diǎn)，擬設(shè)以下3個(gè)實(shí)驗(yàn)操作模塊。

3.4.1 虛擬實(shí)現(xiàn)古法炮制技術(shù) 篩選古籍文獻(xiàn)中的經(jīng)典古法炮制技術(shù)和炮制品種，如瀕臨失傳的傳統(tǒng)炮制工藝：粉碎工藝中的舂杵、礱碾、壓研等；發(fā)酵工藝中的釀酒、制曲和秘制工藝中的九蒸九曬等。代表品種如扣鍋煅血余炭、荷葉，九轉(zhuǎn)膽南星、黃精，青黛打靛等，將這些優(yōu)秀古法炮制技術(shù)及傳統(tǒng)飲片，利用虛擬仿真技術(shù)再現(xiàn)，取代抽象講解，讓學(xué)生身臨其境，加深對(duì)中藥炮制的理解和傳統(tǒng)制藥技術(shù)的掌握，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)炮制技術(shù)的傳承和中藥炮制學(xué)課程教學(xué)的延伸和拓展。

3.4.2 虛擬實(shí)現(xiàn)毒性藥材的加工炮制方法 中醫(yī)臨床用藥的兩大特點(diǎn)，一是復(fù)返配伍，再就是炮制入藥，許多中藥雖有較好的療效，但毒性大，臨床應(yīng)用安全性低，必須經(jīng)過炮制減毒后才能用于中醫(yī)臨床，許多有毒的中藥如半夏、附子、天南星等曾作為天然藥物被許多國家使用過，但因?yàn)槎拘詥栴}最終被淘汰，在我國卻有上千年的應(yīng)用歷史，并被列入《中國藥典》，其中一個(gè)主要原因就是炮制減毒，通過炮制成飲片后用于中醫(yī)臨床。這些毒性藥材在千百年的醫(yī)療實(shí)踐中，形成了各種獨(dú)特的炮制解毒技術(shù)。目前實(shí)驗(yàn)室安全管理及國家毒性藥材管理逐漸嚴(yán)格，可以利用虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)這些炮制解毒的方法與技術(shù)，在規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，還可加深學(xué)生對(duì)中藥炮制傳統(tǒng)理論與方法的掌握，凸顯中藥炮制學(xué)科的傳承與發(fā)展。

3.4.3 虛擬實(shí)現(xiàn)高耗資的名貴藥材的特色加工炮制技術(shù) 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，如砂燙穿山甲、蛤粉炒阿膠、滑石粉炒水蛭等實(shí)驗(yàn)操作項(xiàng)目，動(dòng)物類藥材均價(jià)在3 000～4 000元/kg，通過虛擬仿真技術(shù)，可彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)不足，保證中藥炮制實(shí)驗(yàn)教學(xué)的系統(tǒng)性和完整性。

4 平臺(tái)運(yùn)行與管理

結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)以及中藥炮制實(shí)驗(yàn)教學(xué)特色及專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，與專業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)公司合作，運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，開發(fā)更加接近現(xiàn)實(shí)工作場景的實(shí)驗(yàn)教學(xué)情境。同時(shí)充分利用平臺(tái)的良好展示功能，構(gòu)建完整、系統(tǒng)的中藥炮制實(shí)驗(yàn)教學(xué)圖片材料資源庫。平臺(tái)內(nèi)除設(shè)置相關(guān)學(xué)習(xí)、操作訓(xùn)練和考試等基本內(nèi)容外，同時(shí)也對(duì)專業(yè)班級(jí)、老師、學(xué)生等進(jìn)行管理及配置，形成考核與評(píng)價(jià)系統(tǒng)，力爭在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，將各種先進(jìn)的教學(xué)理念與方法有機(jī)融合，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。教學(xué)過程充分考慮學(xué)生的反應(yīng)和需求，不斷改進(jìn)相關(guān)設(shè)計(jì)與配置，及時(shí)調(diào)整教學(xué)方法。結(jié)合課程內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，對(duì)軟件內(nèi)容進(jìn)行不斷完善，師生共同打造最合理的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境[8]。

總之，虛擬仿真技術(shù)在教育教學(xué)中已被逐漸廣泛使用，中藥炮制學(xué)又是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的傳統(tǒng)學(xué)科，炮制技術(shù)的傳承尤為重要。充分分析目前中藥炮制學(xué)教學(xué)中存在的劣勢(shì)與不足，圍繞課程教學(xué)目標(biāo)，將無法在真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中開展的代表性炮制技術(shù)和傳統(tǒng)特色飲品的制備過程等通過虛擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并與理論教學(xué)有機(jī)結(jié)合，完善學(xué)科教學(xué)體系，在虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)上，通過學(xué)生預(yù)習(xí)、模擬操作和實(shí)驗(yàn)考核等環(huán)節(jié)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，提高教學(xué)效果。將虛擬仿真技術(shù)運(yùn)用到中藥炮制學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，具有可操作性、實(shí)用性和可行性，探索構(gòu)建中藥炮制學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)具有重要意義。