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《虚拟仿真实验教学在药学教学改革中的实践》

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虚拟仿真实验教学在药学教学改革中的实践初探

王琳边玮玮曲梅花石玮玮李万忠戴功赵春贞*

（潍坊医学院药学院山东潍坊261053）

摘要：虚拟仿真教学通过构建逼真可视化的虚拟现实环境,实现实验不具备或难以达到的教学效果,在培养学生的仪器操作技能、实验能力拓展训练等创新能力的培养过程中发挥重要作用.本文结合潍坊医学院虚拟仿真实验教学中心和药学院“模拟药房”的资源建设,探讨仿真实验教学在药学教学改革实践过程中的应用和效果.虚拟仿真实验教学体系的构建,适应高等药学教育的培养目标和职业社会需求,是推动药学专业教学改革与创新的新途径.

关键词：虚拟仿真；药学,实验教学

随着高等教育教学改革的不断深化,推动药学专业实践教学改革具有重要意义[1].传统实验教学模式由于专业特殊性、师资、环境等因素极大地制约了学生创新意识和能力的培养,已不能满足现代化教学需要[2].在药学教学过程中引入虚拟仿真技术,是药学教学改革的一大发展趋势.

虚拟仿真（VirtualReality,VR）是当下非常流行的新型教学媒体,是一种涉及计算机图形学、人机交互技术、人工智能等综合集成技术,由计算机软件、硬件以及各种传感器构成的虚拟三维人工环境,可以逼真地模拟现实世界[3].通过计算机建立的虚拟实验环境,使实验者可以“身临其境”般运用各种虚拟实验器械和设备,对实验动物或样本等进行虚拟操作[4].

以药学专业为例,依托潍坊医学院虚拟仿真实验教学中心,深入剖析药学教育仿真实验教学的特点和建设思路,将虚拟仿真技术与药学常规实验教学手段结合起来,建设药学实验教学虚拟仿真实验平台,构建一种适应自主学习的仿真教学实施体系,推动药学实验教学改革,探索新型应用性人才培养模式.

药学教育实践教学效果受限,急需改革教学模式.

药学专业由于专业特殊性,企业或医院对药学从业人员实践能力要求很高,强调对知识运用能力,包括如对仪器设备如高效液相色谱等分析仪器的操作等.部分院校采用校企合作的方式弥补这一短板.然而,见习和实习教学受时间、地点等很多因素限制,尤其对于药学专业的学生,在药物企业或公司的见习或实习内容与实践能力提高还有很大差距[5].学生在企业的见习实习往往侧重于企业生产、技术管理规范的熟悉,缺乏实际动手操作的机会,按照药品生产管理规范（GMP）要求,只有经过GMP专业培训才有资格进入生产车间学习[6].因而,为适应社会需求,结合虚拟仿真教学平台进行仿真实践教学,提高药学实践教学水平非常有必要.

虚拟仿真实验教学在药学教学改革中的优势体现

拓展实验项目,极大地开阔学生视野.受医学伦理学限制,或者由于实验本身具有很高风险,以及目前实验环境条件所限无法开展,有些实验,尤其是涉及人体给药处理、大型仪器设备药物制剂、药品生产、流通等方面,在实验室很难以实现.药学仿真实验项目的操作流程和规则立足于医药业务实际操作规范,在虚拟操作情境中,通过特定情境项目操作,其效果与真实操作体验极为接近,从而实现双向良性互动.

改进实验手段,提高实验能力拓展训练水平.受实验条件限制,传统的实验教学课程中,许多实验项目由于要求极为昂贵的仪器设备、繁琐的操作流程或高标准的操作条件限制,学生无法实际参与操作和练习[7].通过虚拟仿真技术,学生可以参与到特定的学习或操作情境中,练习和操作各项实践技能,并可选择反复进行练习,既可提高各项实践技能的操作水平,又极富视觉体验,具有情境性、交互性、智能型、趣味性等特点[8].VR教学的开展,不受时空或实验环境等条件限制,大大节约教学成本,也可节约时间成本,具有极大的灵活性.

虚拟仿真实验平台的开放性为实践创新能力培养提供支持.通过网络访问,学生可以跨越实验课堂时间和空间的限制,自主参与实验设计,大大激发了学生的学习积极性和能动性.在药物研发过程中的前期药物筛选存在经费投入大、周期长等弊端,在实验教学中开展药物研发肯定不能实现[9].随着蛋白组学、分子生物学等生命科学技术的应用和发展,各种疾病的发病机制和分子机制研究越来越清晰,对于疾病发生过程中的关键调控因子也越来越明确,结合计算机模拟方式设计或筛选具有潜在临床应用价值的药物,并辅以具体的实验进行验证,从而得到有效化合物.结合虚拟仿真平台,可以实现现实实验无法开展的药物筛选等的实践操作和设计能力培养,提高学生的实践创新能力.

我校虚拟仿真实验教学的资源利用

我校虚拟仿真实验中心,以应用型人才培养为目标,坚持基础与临床相结合、机能与临床实践相融合、以培养学生实践能力为核心,以结构形态、器官功能、临床思维、临床技能等为教学主线,构建了模块化、功能化、系统化、层层递进、整体优化等特色的虚拟仿真实践教学平台群.中心实验室使用面积约19000m2,拥有虚拟仿真实验项目300余项,其中与企业合作开发、富有学校特色的自主研发项目15项.机能虚拟实验包含12个实验模块,涉及药物的药效学评价、受体动力学实验、半数致死量（LD50）的测定、利尿剂对尿液生成的综合实验,以及膜片钳的使用、心电图和心室内压曲线的描画等基础实验操作实训.学生可通过操作虚拟实验项目拓展知识与实践能力,并可通过中心开放实验室进行虚拟实验项目设计真实实验进行虚拟操作,实现虚实结合,从而全面系统掌握药学相关实验技能和操作方法.

药学院虚拟药房的建设.我院现有中西药模拟药房1间,涵盖中药及西药配方经营两方面.药品建设采用药物实体与空药盒相结合的方式,主要来自多家校企业合作单位如医药公司的赠予,小部分来自教职工捐赠.药房文件柜存放大量复印件或药品文件资料,如GMP认证资料、药店手册等.借助于模拟药房,进行药理学、药事管理法规、药品调配等相关的教学.学院成立专门的模拟药房学生社团,并配备专业指导教师指导,通过定期开展社团活动和值班制度,提高其岗位技能.作为实训主体,其药学服务意识及自我学习能力得到大幅度提高.

虚拟仿真实验模块均有仿真考试题目,便于学生开展虚拟仿真进行自我测试,在提交答案后系统会进行自动评阅并给出得分及正确率,教师还可以根据系统评阅进行纠正错误、解析等操作,便于教师对仿真实验教学的效果直观高效地把握,在师生之间产生有效互动.经过虚拟实验教学与真实实验教学相结合方式,可大大提高教学效果.根据反馈调查结果得知,95%以上的学生对虚拟仿真实验教学非常满意,并认为该教学手段使得他们对一些大型设备、药品生产、流通等多方面的学习提高了认识,并充分调动了学习的主动性和实验的创新性.作为一种全新的教学模式,促进提高了学生的实践创新能力,降低了实验室安全,同时也有利于教师的教学改革创新.

虚拟仿真教学存在的不足

然而,VR技术在药学教育领域的实践还处于起步阶段[10].原因在于,一方面医药产业领域有极强的专业性,专业技术要求非常高；另一方面,跟从事药学教育人员对VR技术的认识不够或理解偏差具有一定的关系.目前在一些多媒体教学过程中采用VR技术,也仅限于早期的纯画面或视频展示,将传统的图片转换为3D动画,缺乏交互性使用.

结语

VR技术在药学实验教学的应用前景广阔.虚拟仿真技术为人们的生产活动提供了前所未有的便利,尤其在药学实验教学中极大地降低了设备购置成本,采用虚拟仿真软件,使学生切身感受和体验真实操作,既加深知识认知和理解,也丰富了药物研发等活动创新性、提高了药学服务意识和学习积极主动性.药学虚拟仿真实验教学平台为高等药学教育的发展和改革带来了新的机遇,将对高素质药学专业创新性人才培养产生深远的影响.

参考文献：

[1]尹红梅,李成容,汪宏,李峰,邓如伟,涂莉,金辉,黄园,吴勇.药学专业实践教学模式的改革与实践[J].实验技术与管理,2014,31(5):183-210

[2]刘蓉.药学实验教学改革思路分析[J].医学继续教育,2016,8(12):2-3

[3]安建强.基于虚拟仿真技术的创新训练研究与实践[J].实验技术与管理,2015,32(12):179-182

[4]郁鹏,万桂怡.虚拟仿真技术的医学实验教学研究[J].实验室研究与探索,2016,35(11):99-102,165

[5]黄红泓,江海燕,林基勇,梁天坚.应用型药学类专业实习创新模式的改革与实践[J].教育观察,2017,6(17):72-73,89

[6]李孙华,李丽洁,王士义,李剑.医药科技中试技术平台的GMP管理[J].中国药事,2016,30(5):450-453

[7]胡晓松,潘克俭,张晓,杨拯,冯军.依托虚拟仿真实验教学平台促进医学生实践创新能力[J].中国现代教育装备,2015,1:6-8

[8]王文军,李冰,安川林.虚拟仿真技术在医学教学中的应用初探[J].中国医学教育技术,2008,22(3):230-232

[9]黄宇琪,陈章宝,胡昌华.虚实结合促进制药工程实验教学体系改革[J].药学教育,2017,33(4):59-62

[10]冯传平,彭攸灵,钟湘云.药学类课程仿真实训平台的建设实践[J].中医药管理杂志,2016,24(10):28-30

基金项目：山东省中医药科技发展计划项目（2017-207）；潍坊市科技发展计划项目（2017YX063）