余 喆 辛春艷 楊鐵虹 喬友備 王超麗 唐 恬 吳 紅

1.中國人民解放軍空軍軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)院藥物化學(xué)與藥物分析學(xué)教研室，陜西西安 710032；2.中國人民解放軍空軍軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)院，陜西西安 710032

藥物分析是一門研究和發(fā)展藥品全面質(zhì)量控制的學(xué)科，它綜合應(yīng)用現(xiàn)代分析、分離技術(shù)，研究藥品性質(zhì)、制訂藥品標(biāo)準(zhǔn)、控制藥品質(zhì)量，具有實(shí)踐性和應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)[1-2]。藥物分析實(shí)驗(yàn)是對理論課程的有力補(bǔ)充，讓學(xué)生在實(shí)踐中鞏固藥物分析鑒別、檢查、含量測定的原理與方法，熟悉藥品檢驗(yàn)程序，具有檢驗(yàn)常用藥物及制劑的能力[3-5]；能夠從藥物結(jié)構(gòu)出發(fā)，正確選擇分析方法，并進(jìn)一步根據(jù)藥品特點(diǎn)解決質(zhì)量控制中的問題，形成初步的研究能力，為未來走上工作崗位，從事藥物質(zhì)量分析研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其中，規(guī)范使用大型光譜及色譜儀器是對藥學(xué)專業(yè)學(xué)生的基本要求，也是藥物分析實(shí)驗(yàn)中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。藥物分析儀器大多精密、內(nèi)部構(gòu)造不易觀察，且設(shè)備不足等問題限制了學(xué)生實(shí)踐過程中的深入了解學(xué)習(xí)，分析過程耗時長與有限的課程時間的矛盾導(dǎo)致學(xué)生實(shí)踐過程中不能得到充分的鍛煉。因此，必須優(yōu)化課時安排，創(chuàng)新教學(xué)模式方法。小規(guī)模限制性在線課程（small private online course，SPOC）這個概念由加州大學(xué)伯克利分校的阿曼德·?？怂菇淌谟?013 年最早提出和使用[6]。它本質(zhì)是基于慕課（massive open online courses，MOOC），擁有與MOOC 一樣豐富的教育資源，但同時它只針對小部分學(xué)生，具有針對性、靈活性、實(shí)時性等特點(diǎn)[7]。中國人民解放軍空軍軍醫(yī)大學(xué)四年制藥學(xué)專業(yè)招生數(shù)量不多，非常適合開展SPOC 混合教學(xué)?；赟POC 教學(xué)模式，結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，以嚴(yán)肅游戲的形式吸引學(xué)生參與課堂，彌補(bǔ)教學(xué)脫離實(shí)際的弊端，提高學(xué)生對儀器的認(rèn)識和理解，并與線下實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，做到“以虛補(bǔ)實(shí)、以虛驗(yàn)實(shí)”，對促進(jìn)學(xué)生熟練掌握藥物分析儀器使用具有重要意義[8-11]。

1 SPOC 混合教學(xué)模式

《中國教育現(xiàn)代化2035》[12]明確提出要加快信息化時代教育變革，利用互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代技術(shù)加快推動人才培養(yǎng)模式改革。2023 年2 月，主題為“數(shù)字變革推動高等教育創(chuàng)新發(fā)展”的世界數(shù)字教育大會高等教育平行論壇在北京成功舉辦，為落實(shí)習(xí)近平主席在聯(lián)合國大會上提出的全球發(fā)展倡議、在世界互聯(lián)網(wǎng)大會上提出的全球數(shù)字發(fā)展道路。近年來，中國實(shí)施教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動，加快推動高等教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型，SPOC混合教學(xué)模式已越來越多地應(yīng)用于教學(xué)活動中[13-15]。SPOC 教學(xué)是一種結(jié)合了課堂教學(xué)與MOOC 的混合學(xué)習(xí)模式，使用在線的課程（類似于MOOC）對少數(shù)真實(shí)在校注冊的學(xué)生實(shí)施的課程教育。相較于傳統(tǒng)的“1（平臺）+N（學(xué)生）”MOOC 模式，“1（平臺）+M（大學(xué)）+N（學(xué)生）”模式更受廣大高校教師的青睞，學(xué)生所在大學(xué)的教師根據(jù)課程需求利用1 個MOOC 平臺開展SPOC，實(shí)施線下翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)[16]。其基本流程是，教師選擇性地上傳課程相關(guān)教學(xué)資源，學(xué)生通過視頻學(xué)習(xí)打卡，完成階段性測試，對高頻錯題進(jìn)行小組討論或留言；教師通過觀看學(xué)習(xí)記錄與討論，了解該批次學(xué)生的重、難知識點(diǎn)，在線下課堂中更有偏重性地教學(xué)?？傮w上，教師可以根據(jù)自己的理解和學(xué)生的需求，自由設(shè)置和調(diào)控課程的進(jìn)度、節(jié)奏和評分規(guī)則。

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)簡介

為貫徹落實(shí)“十四五”教育發(fā)展規(guī)劃有關(guān)部署，自2015 年，教育部在全國內(nèi)篩選批準(zhǔn)100 個國家級的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，我國虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)提上議程[17-19]。經(jīng)過多年建設(shè)，虛擬仿真教學(xué)已成為高校拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的重要手段，推進(jìn)“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)2.0”建設(shè)被明確列入《教育部高等教育司關(guān)于印發(fā)2022 年工作要點(diǎn)的通知》[20]，目前在國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目共享服務(wù)平臺上已匯集3 000 多門優(yōu)質(zhì)課程。虛擬仿真教學(xué)最突出的優(yōu)點(diǎn)是使學(xué)生能夠在虛擬環(huán)境中模擬各種網(wǎng)絡(luò)場景和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置，充分了解實(shí)驗(yàn)過程，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)教學(xué)互惠[21-23]。由于現(xiàn)代化程度高，目前藥物分析儀器大多構(gòu)造封閉，不利于學(xué)生掌握儀器工作原理，而液質(zhì)聯(lián)用儀這樣的大型儀器，由于價格昂貴、成本高、實(shí)驗(yàn)耗時長，學(xué)生無法全程上手操作，一人操作多人圍觀的現(xiàn)象十分常見。因此，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的前期開展有助于加深學(xué)生對理論知識的理解和掌握，提高學(xué)生的興趣及實(shí)際操作能力。筆者基于學(xué)校教學(xué)實(shí)際聯(lián)合SPOC 教學(xué)模式與虛擬仿真技術(shù)對藥物分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革進(jìn)行探索，使之成為新時代的“互聯(lián)網(wǎng)+”教育教學(xué)。

3 SPOC 聯(lián)合虛擬仿真技術(shù)在藥物分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐

《藥物分析》是藥學(xué)專業(yè)學(xué)生的核心專業(yè)課程，在大三下學(xué)期開設(shè)，距離專業(yè)基礎(chǔ)課《分析化學(xué)》的學(xué)習(xí)已有1 年多的時間，尤其光譜和色譜分析法基本原理、方法內(nèi)容抽象、晦澀難懂，學(xué)生接觸大型精密分析儀器的機(jī)會少。因此，藥物分析的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要達(dá)到理想的課程教學(xué)目標(biāo)，必須調(diào)動學(xué)生的積極性與主動性，基于學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，進(jìn)行合理的教學(xué)授課。筆者以“液質(zhì)聯(lián)用測定血液中蘭索拉唑的濃度”為例，對SPOC 與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的聯(lián)合應(yīng)用進(jìn)行探索。

在教學(xué)準(zhǔn)備中，教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)課的重、難點(diǎn)在線上平臺提前發(fā)布課前小測驗(yàn)，了解學(xué)生掌握相關(guān)知識點(diǎn)的情況。大部分學(xué)生對分析化學(xué)的知識點(diǎn)遺忘較多，即使是本學(xué)期剛學(xué)的理論知識掌握得也不是很扎實(shí)，而分析儀器的操作方面，僅有少數(shù)課外科研對藥物分析學(xué)科感興趣的學(xué)生接觸過部分分析儀器，液質(zhì)聯(lián)用儀這種大型精密儀器更是接觸得少。見圖1。

圖1 學(xué)情分析

基于此，筆者在“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理論指導(dǎo)下，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，教師發(fā)揮指導(dǎo)輔助作用，結(jié)合SPOC 與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)最大限度地促進(jìn)學(xué)生深刻理解掌握液質(zhì)聯(lián)用儀的原理及操作[24]。見圖2。

圖2 基于SPOC 的虛實(shí)結(jié)合混合教學(xué)模式

3.1 課前準(zhǔn)備——知識點(diǎn)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)

實(shí)驗(yàn)課開課前，教師利用SPOC 線上平臺，提前發(fā)布實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，利用多媒體數(shù)字化教學(xué)手段（圖片、動畫、視頻、微課等）豐富學(xué)生的自學(xué)資源。學(xué)生進(jìn)入SPOC 虛擬教室提前觀看視頻材料、閱讀實(shí)驗(yàn)講義、熟悉虛擬仿真軟件的操作方法，完成課前測驗(yàn)。學(xué)生的線上學(xué)習(xí)時長、線上測驗(yàn)作為前測的重要依據(jù)，保證每一名學(xué)生通過預(yù)習(xí)熟悉液質(zhì)聯(lián)用的基本原理，了解虛擬仿真軟件的操作流程和用途。從后臺數(shù)據(jù)看，所有學(xué)生都提前完成了自學(xué)視頻的學(xué)習(xí)與課前測驗(yàn)，從測試的結(jié)果看，大部分學(xué)生能通過自學(xué)基本掌握重要知識點(diǎn)。

3.2 由理入虛——仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)

首先，考查學(xué)生對重要知識點(diǎn)的了解情況，結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生對相關(guān)知識點(diǎn)進(jìn)行回顧。其次，教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入“虛擬實(shí)驗(yàn)室”，選擇“練習(xí)模式”，通過隨講隨練的方式，使學(xué)生能夠快速熟悉液質(zhì)聯(lián)用儀的構(gòu)造，操作步驟和注意事項(xiàng)等。進(jìn)入“練習(xí)模式”學(xué)生根據(jù)提醒按步驟完成實(shí)驗(yàn)。操作過程中教員設(shè)置選擇題，考查學(xué)生正確操作步驟，并給出答案及解釋。最后，根據(jù)液質(zhì)報告填寫實(shí)驗(yàn)結(jié)果，見圖3。身臨其境的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)場景使學(xué)生以嚴(yán)肅游戲形式完成學(xué)習(xí)，掌握高效液質(zhì)儀器的使用、定量檢測樣品的方法，理解液質(zhì)檢測樣品的原理，從而形成更為系統(tǒng)化的知識體系。學(xué)生通過反復(fù)練習(xí)、不斷改正錯誤操作，真正做到“心中有數(shù)”后，即可進(jìn)入“考核模式”，“考核模式”中沒有操作提醒，最后根據(jù)操作記錄及實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合打分。一方面，讓教師了解學(xué)生理論知識水平和動手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ欠竦玫藉憻捄吞嵘涣硪环矫?，使學(xué)生了解自身學(xué)習(xí)能力和掌握的知識要點(diǎn)情況。通過考核（＞95 分）的學(xué)生才可申請下一步線下實(shí)物教學(xué)，沒通過的學(xué)生可反復(fù)觀看教學(xué)視頻、反復(fù)練習(xí)，再次考核通過后即可申請實(shí)物教學(xué)。

圖3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作界面

3.3 線下教學(xué)——實(shí)物教學(xué)環(huán)節(jié)

完成線上虛擬仿真操作并通過考核的學(xué)生獲準(zhǔn)參與線下實(shí)物教學(xué)。將參與線下教學(xué)的學(xué)生分為6組，3～4 名為一組，分不同時間段前往液質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)室。線下教學(xué)分為三部分：首先，由學(xué)生介紹液質(zhì)聯(lián)用儀的原理及構(gòu)造（圖4）；其次，教師講解液質(zhì)聯(lián)用儀操作中的重、難點(diǎn)步驟，以及定量檢測樣品的方法，由教師示范操作進(jìn)樣；最后，仍交由學(xué)生完成液質(zhì)的進(jìn)樣分析，教師重點(diǎn)觀察學(xué)生的操作規(guī)范情況及對安全隱患的防范情況，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力，并隨時與學(xué)生進(jìn)行交流指導(dǎo)。

圖4 液質(zhì)聯(lián)用儀的虛擬仿真平臺圖和實(shí)物圖

實(shí)驗(yàn)完成后，每位同學(xué)提交數(shù)據(jù)處理報告，最后的成績得分包括：線上學(xué)習(xí)（10%）+線上考核成績（20%）+線下操作考核（40%）+實(shí)驗(yàn)報告和數(shù)據(jù)處理（30%）。線上學(xué)習(xí)作為提前預(yù)習(xí)的一部分，占比達(dá)30%，強(qiáng)調(diào)學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課前一定要把理論基礎(chǔ)掌握好；線下操作是實(shí)驗(yàn)課的最終目的，希望每名學(xué)生掌握儀器的操作，因此線下操作占比最重；實(shí)驗(yàn)報告和數(shù)據(jù)處理占30%，是為了保證學(xué)生課后對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)反思，鞏固所學(xué)知識。實(shí)驗(yàn)課結(jié)束后，增加師生反饋環(huán)節(jié)，每名學(xué)生需在SPOC 平臺提交課后感受，及對線上、線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的評價，鼓勵學(xué)生給出實(shí)質(zhì)性的建議。據(jù)此，教師對實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題及學(xué)生的意見不斷改良授課內(nèi)容和方式，以期實(shí)現(xiàn)“師有所教，生有所學(xué)”[25]。

在藥物分析實(shí)驗(yàn)課程的講授中，采用基于SPOC平臺的線上、線下混合式教學(xué)模式結(jié)合虛擬仿真軟件進(jìn)行課程設(shè)計。課前根據(jù)學(xué)生學(xué)情線上推送視頻資料，要求學(xué)生開課前完成課前預(yù)習(xí)；課中教師課堂授課，利用虛擬仿真軟件極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效率，不僅可有效解決實(shí)際教學(xué)過程中存在的問題，也走出了因關(guān)鍵時間和場景因素限制造成的無法同時多人授課的窘境；線下實(shí)物操作演練，鞏固課堂所學(xué)，強(qiáng)化學(xué)生主動探索的實(shí)踐動手能力。這種“先理論，后虛擬，再實(shí)物”的線上、線下混合式教學(xué)方法，突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的屏障，使學(xué)生按照從易到難、從理論到實(shí)踐，循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)體內(nèi)藥物分析的過程，切實(shí)提升學(xué)生的實(shí)踐動手能力及思維創(chuàng)新能力。

利益沖突聲明：本文所有作者均聲明不存在利益沖突。