繆明星，劉李

(中國藥科大學藥學院，江蘇 南京 210009)

《藥物代謝動力學》是我校藥物分析、藥理學和藥物化學等專業(yè)四年級本科生的一門必修課[1]。在創(chuàng)新藥物臨床前研發(fā)評價體系中，包括藥代動力學、藥效學及毒理學三位一體課程體系[2]。藥代動力學是應用動力學原理與模型處理方法，定量描述藥物通過各種途徑(如口服、靜脈注射、靜脈滴注等給藥方式) 進入機體后吸收、分布、代謝和排泄的動態(tài)變化規(guī)律的科學，最終用數(shù)學表達式闡明藥物在機體不同部位濃度與時間之間變化規(guī)律[3]。藥代動力學實驗課程是基礎理論教學向實踐技能訓練過渡的重要環(huán)節(jié)，該課程更強調學生實踐操作、創(chuàng)新能力、主動學習等能力培養(yǎng)。

在轉變教育發(fā)展理念的背景下，虛擬仿真技術作為一種新興的教學手段，與常規(guī)實驗相結合，是培養(yǎng)綜合型藥學應用型人才的重要方式[4]。虛擬仿真實驗教學是綜合運用虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互、數(shù)據(jù)庫及網(wǎng)絡通信等技術，基于可視化和可動態(tài)調整的實驗操作和實驗場景，構建一個在開放、自主、交互的虛擬環(huán)境中開展高效、安全、經(jīng)濟的實驗，進而呈現(xiàn)傳統(tǒng)實驗教學難以實現(xiàn)、風險較大、成本昂貴的教學效果[5-6]。

因此，探索將虛擬仿真技術應用于藥代動力學實驗教學具有十分重要的意義，急需建立基于虛擬仿真技術的可動態(tài)演示和可動態(tài)調整的藥代動力學實驗教學模式，為候選藥物成藥性評價中藥代動力學評價提供人才培養(yǎng)的創(chuàng)新模式，并引領國內藥代動力學實驗教學改革的方向，最終為我校培養(yǎng)綜合型的藥學專門人才提供藥代動力學知識方面的有力保障擬解決的關鍵問題。

1 目前我校藥代動力學實驗教學現(xiàn)狀

由于實驗儀器昂貴，國內很少有高校為本科生開設藥代動力學實驗課程。我校國家藥學實驗教學示范中心(以下簡稱藥學實驗中心)利用“十一五”期間的本科教學修購基金的支持，配備了全套進行藥代動力學實驗所需儀器設備，于2010年率先在國內開展藥代動力學本科實驗教學。2012年始開藥學院藥代動力學教研室與藥學實驗中心聯(lián)合開展藥代動力學實驗教學改革探索，先后獲得中華醫(yī)學會教改課1項題，校級教學改革課題4項資助，總結經(jīng)驗并發(fā)表相關教學論文5篇以上。

2013年，我校率先提出將綜合性設計型理念融入藥代動力學實驗教學，變單純知識型的人才培養(yǎng)模式為知識、能力、創(chuàng)新型的人才培養(yǎng)模式，著重培養(yǎng)學生的自主學習能力、創(chuàng)新精神和實踐能力[7]。目前針對藥學、藥物化學、藥學(藥理方向)專業(yè)中圍繞“靜脈注射蘭索拉唑在大鼠體內的藥代動力學研究”這一選題進行34個學時的啟發(fā)性教學，該課程從實驗方案設計、實驗教學準備、實驗內容完成、實驗結果分析和實驗關鍵點點評等環(huán)節(jié)進行啟發(fā)式教學，旨在強化學生對藥代動力學基礎理論認知和理解和提高學生的實踐創(chuàng)新能力。實驗教學效果良好，獲得學生、督導專家和同行的一致好評。安徽中醫(yī)藥大學、鄭州大學藥學院和大理大學均派相關教師前來進行。

2 開展藥代動力學虛擬仿真實驗教學的必要性

目前國內一些高校都積極開展藥學虛擬仿真教學應用探索，虛擬仿真實驗教學平臺，將彌補教學常規(guī)實驗教學資源、提高實驗教學安全性、降低實驗教學成本以及優(yōu)化資源配置等作用。有文獻報道遵義醫(yī)科大學利用 VBL-100 醫(yī)學機能虛擬實驗系統(tǒng)中“藥代動力學”模塊,開展“藥物半衰期特性曲線,藥物的體內分布,給藥劑量、給藥途徑、多次給藥、肝腎功能狀態(tài)對藥物血濃度的影響”等內容的藥動學虛擬實[8-9]。然而，VBL-100 醫(yī)學機能虛擬實驗系統(tǒng)是有成都泰盟軟件公司開發(fā)的。目前在全國范圍內，尚未有院校自主研發(fā)本科生藥代動力學虛擬仿真實驗教學的院校。

2016年開始，我校藥代動力教研室開展藥代動力學虛擬實驗教學軟件開發(fā)工作，作為傳統(tǒng)實驗教學的有益補充。藥代動力教研室承擔的藥物分析專業(yè)(6個班級)本科實驗教學中，因其課程《體內藥物分析》實驗教學內容與以上藥代動力學實驗教學內容部分重疊，目前開展的藥代動力學實驗教學內容為基于計算機技術的藥代動力學模型的建立和相關參數(shù)的計算基于普通軟件(Office辦公軟件中的Excel)，而專業(yè)的藥代動力學軟件(如Winnolin)每套5年的版權費用就高達1萬美元，在藥代動力學實驗教學中無法實施專業(yè)軟件教學和演示，缺乏更加直觀和高效的藥代動力學實驗教學模式。

因此，急需建立基于虛擬仿真技術的可動態(tài)演示和可動態(tài)調整的藥代動力學實驗教學模式，為候選藥物成藥性評價中藥代動力學評價環(huán)節(jié)，提供人才培養(yǎng)的創(chuàng)新模式，并引領國內藥代動力學實驗教學改革的方向，最終為我校培養(yǎng)綜合型的藥學專門人才提供藥代動力學知識方面的有力保障擬解決的關鍵問題。

3 藥代動力學虛擬仿真實驗教學具體模塊

2019年開始，藥學實驗中心與藥代動力學教研室聯(lián)合，融合藥動學科和中心平臺優(yōu)勢，組織學科骨干教師在國內率先自主開發(fā) “藥代動力學虛擬仿真實驗教學軟件1.0”開發(fā)工作，并逐步用于本科生實驗教學。

“藥代動力學虛擬仿真實驗教學軟件1.0”涵蓋多個模塊，包括基礎實驗理論、創(chuàng)新思維培養(yǎng)、課后思考評價，虛擬案例分析四大模塊。

3.1 基礎實驗理論模塊 基礎實驗理論模塊，全面覆蓋藥物吸收、分布、代謝和排泄的動態(tài)全過程，應用多媒體技術，把圖片、視頻與文字結合，直觀形象地介紹實驗教學內容和實驗動態(tài)過程，指導學生正確規(guī)范操作，流暢地解析實驗過程。

3.2 創(chuàng)新思維培養(yǎng)模塊 創(chuàng)新思維培養(yǎng)模塊，旨在培對學生科研創(chuàng)新思維能力，學生在學習過程中可以對虛擬仿真系統(tǒng)提出問題或合理化建議，以促進虛擬仿真教學系統(tǒng)優(yōu)化。學生通過記錄和提問的方式與教師線上交流互動，教師通過學生的實驗完成情況，改進學習過程中的不足之處，從而提高學習效果。

3.3 課后思考評價模塊 課后思考評價模塊，目的是通過思考題和測驗成績評價來對實驗教學效果進行驗證和反饋。思考題可以作為檢驗學習成績的最有效方式。通過測試，學生不但鞏固所學實驗理論知識，還能進一步反饋軟件不足之處，最終實現(xiàn)理論與實踐教學一體化。

3.4 虛擬案例分析模塊 虛擬案例分析模塊，以已上市的藥代動力學特性清晰的藥物為模型(如二甲雙胍和普伐他汀)為例，通過虛擬仿真技術建立該藥物口服后隨時間動態(tài)變化過程，如吸收過程(是否存在首過效應，腸道代謝)、分布過程(血漿蛋白結合率和組織分布)、代謝過程(肝臟代謝，轉化為何種代謝產(chǎn)物)、排泄過程(物料平衡、腎臟排泄、膽汁排泄和糞排泄)。其血藥濃度和相關藥代動力學參數(shù)隨著給藥劑量變化而變化的規(guī)律，以及生理病理的因素對藥代動力學的影響均可通過虛擬仿真技術加以實現(xiàn)，提供更加直觀和高效的藥代動力學實驗教學模式。

4 藥代動力學虛擬仿真實驗教學成果

藥學實驗中心與藥代動力學教研室聯(lián)合，融合藥動學科和中心平臺優(yōu)勢，已成功開發(fā)了“藥代動力學虛擬仿真實驗教學軟件1.0”開發(fā)工作，建立基于虛擬仿真技術的可動態(tài)演示和可動態(tài)調整的藥代動力學實驗教學系統(tǒng)并應用于2018級大三藥物分析專業(yè)(6個班級)本科生實驗教學。在藥代動力學實驗教學中應用“藥代動力學虛擬仿真實驗教學軟件1.0”,不僅緩解了實驗儀器更新壓力、提高實驗效率,而且激發(fā)了學生的學習興趣,使學生接受更多、更完整的實驗只是,從而更加深刻地理解可動態(tài)演示和可動態(tài)調整實驗動態(tài)過程。

基于我校自主研發(fā)的“藥代動力學虛擬仿真實驗教學軟件1.0”，以已上市的藥代動力學特性清晰的藥物為模型(如二甲雙胍和普伐他汀)為例，作為藥代動力學實驗教學內容的有益補充，是更加直觀和高效的藥代動力學實驗教學模式。符合藥代動力學專業(yè)特點的實驗教學方法，促進學生形成較為完整的創(chuàng)新藥物成藥性研究的專業(yè)知識體系。

綜上，我校建立了基于虛擬仿真技術的可動態(tài)演示和可動態(tài)調整的藥代動力學實驗教學體系，為候選藥物成藥性評價中藥代動力學評價提供人才培養(yǎng)的創(chuàng)新模式。最終為我校培養(yǎng)綜合型的藥學專門人才提供有力保障，引領國內藥代動力學虛擬實驗教學改革的方向。