开放教育药学虚拟仿真实验教学体系研究_张硕旭.pdf

第 28 卷第 1 期2023 年 2 月 25 日 Vol.28No.1Feb.25，2023Journal of Hebei Open University河北开放大学学报开放教育药学虚拟仿真实验教学体系研究张硕旭（河北开放大学，河北石家庄050080）摘要：药学专业实践教学能力和水平是培养学生专业综合应用能力和实践创新能力的重要保证，也是开放教育教学评价的重要指标之一，但目前在开放教育的实践教学中开展情况并不理想。针对这一问题，打破传统的实验教学模式，探寻建立开放教育药学虚拟仿真实验教学，成为开放大学药学专业实践教学改革的重点研究方向。关键词：虚拟仿真；实验教学；开放教育；药学中图分类号：G 724.82 文献标识码：A 文章编号：2097-1567（2023）01-0029-04一、药学虚拟仿真实验教学体系建设的必要性药学专业实践教学能力和水平是培养学生专业综合应用能力和实践创新能力的重要保证，也是开放教育教学评价的重要指标之一。在药学专业中实验教学要贯穿始终，在培养和锻炼学生动手能力、创新能力上有着不可替代的作用。但是目前开放教育药学专业的实践教学开展情况并不理想。因为开放教育学生都是成人在职学习，课程学习多在网上进行；而且开放大学分校教学点分布在各省市区县，每个教学点都投资建设真实的药学实验室也不现实。所以一直以来开放教育药学专业的实践教学主要是在课程中以视频、图片、案例等形式进行展示讲解，而毕业实践环节也多是采用学生提交工作实训+实习报告，学校教师对学生进行远程指导的模式来完成各项教学要求，这种形式不利于培养学生的实践技能和创新能力。因而，改变传统的实验教学模式，是开放大学药学专业实践教学改革的重点研究方向。随着“互联网+”时代的到来，虚拟仿真技术为传统实验教学模式的改变带来了新的机遇。虚拟仿真（virtual reality，VR）技术，又称虚拟现实技术，是当今非常流行的一种新型教学媒体。1它将仿真技术与多媒体技术两者相结合，形成一种集视觉、听觉于一体的虚拟环境。虚拟仿真实验就是利用虚拟仿真技术搭建一个和真实实验环境高度相似的场景，使学生利用虚拟实验室中的实验仪器设备完成实验的全过程操作。整个过程中学生可以不受时空限制，随时随地利用移动终端进入虚拟仿真实验室自主学习，身临其境地进行模拟仿真实验，最终达到锻炼自己实践能力的目的。因此，在开放教育药学专业开展虚拟仿真实验教学研究和应用，是解决上述问题较为可行的方法。这一技术的应用可以促使开放教学药学实践教学从传统的知识型传授向技术应用型教学进行转变，从而使开放教育培养的药学人才不仅理论过硬，而且实践动手能力强，还具有一定的创新能力，可以更好地适应市场对药学人才的需求。二、药学虚拟仿真实验教学体系建设的设计思路药学虚拟仿真实验设计思路要以“自主、交互、开放、共享”为原则，并将“服务学生、虚实结合、收稿日期：2022-09-26基金项目：河北省教育科学“十四五”规划课题“虚拟仿真实验平台 教学体系的构建研究以开放教育药学专业为例”（2205361）作者简介：张硕旭（1979-），女，河北石家庄人，理学硕士，讲师，主要从事化学和药学课程及其实验教学研究。DOI:10.13559/ki.hbgd.2023.01.00530第 28 卷河北开放大学学报协同创新”作为建设理念，利用虚拟仿真技术、云计算和网络技术，构建虚实结合的实训教学环境，逐渐形成多层次、多形式的虚拟仿真实验教学平台。药学虚拟仿真实验教学平台的研发应实行学校、科研机构、医药企业三方互助模式。科研机构向学校提供医药企业设计的最新理念与动态，医药企业向学校提供真实的药厂生产仪器设备的技术参数标准，保证虚拟仿真实验室里的实验项目具有先进性、前瞻性以及较好的真实模拟性。研发出的虚拟仿真实验教学平台还可以实行共享，让科研机构里的一些高危且有毒有害的项目在虚拟仿真实验室内进行模拟；而医药企业对新入职的员工进行岗前培训时也可以利用开放大学建立的虚拟仿真实验教学平台来进行，以达到提升员工岗位技能、提升行业人才技能的目的。三、药学虚拟仿真实验教学体系的构建药学虚拟仿真实验教学体系的构建应包括教学内容的建设、教师团队的建设以及评价体系的建设三个方面。开放大学可以和科研机构、医药企业、科技公司进行深层次合作，通过整合多方资源，逐步建立集药学专业人才培养、教师科研和校企合作为一体的多功能虚拟仿真实训中心，构建出适合开放大学药学专业实践能力培养的虚拟仿真实验平台。1.药学专业实验教学内容的建设药学虚拟仿真实训教学平台内容建设需要将理论教学与实践教学、虚拟仿真和真实生产紧密结合起来，整个药学虚拟仿真实验教学体系应从基础实验、专业实验、综合实验三个方面构建“三位一体”的虚拟仿真实验平台（如图1所示）。其中基础实验由基础化学实验、基础仪器操作、基础实验操作组成；专业实验主要包括药理学实验、药物化学实验、药剂学实验；综合实验包括工业药剂学实验、GMP 实验、药物设计实验。学生不仅可以通过“三位一体”的虚拟仿真实验平台验证课堂上的理论知识，锻炼自己的动手能力，还可以在综合实验上模拟演练与医药行业同步的生产环境。学生可以随时随地不受时空限制地在平台上进行各种单项技能和综合技能的学习和练习，而且不受次数的限制，切实保证了学生能够真正理解理论知识、掌握职业技术，成为行业需要的高素质技能人才。图 1 药学虚拟仿真实验平台教学体系图（1）基础实验虚拟仿真实验教学。药学虚拟仿真基础实验教学内容包含无机化学、有机化学、分析化学等学科的基本理论验证实验、各种仪器的操作练习以及各项基本的化学实验操作等内容。如药品的称量、溶液的配制移取、滴定分析操作等。为了减轻学生的学习压力，可以在关键环节设置提示，如操作技巧、数据的填写要求及注意事项等。开放教学药学专业的学生可以结合教师的理论讲解自主安排课后虚拟实验操作，逐步实现从被动机械地接收知识过渡到自主学习再到积极实践应用的转变，最终使我们培养出来的学生理论扎实、实践过硬，同时还具有科学严谨的学术态度。（2）专业实验虚拟仿真实验教学。药学虚拟仿真专业实验教学内容包含药理学实验、药物化学实验、药剂学实验，其内容包括药物的合成、分离、提取、制剂成型、动物实验等模块，并参考真实药厂车间布局及生产工序的逻辑性。药物精制环节可以开发“树脂分离”“膜分离”；药物提取环节可以开发“超临界萃取”“多效回流提取”“挥发油提取”等工艺方法；药物制剂成型环节可以开发“喷雾制粒装置”“灌封一体机”；药品质量检验环节可以开发“液质联用色谱仪”“高效液相色谱仪”等虚拟仿真单元。其中高效液相色谱分析仪操作虚拟仿真教学主要包括：对照品溶液的制备、供试品溶液的制备、流动相的配制、样品分析、数据处理、维修更换。通过虚拟的动画演示和互动操作，学习分离测定色谱的全过程，并提供具有科学性的数据处理方法。（3）综合实验虚拟仿真实验教学。药学虚拟仿真综合实验教学内容包含工业药剂学实验、GMP实验、药物设计实验。引入具有综合性、设计性、协同性的专题实验，如现代药物制剂生产工艺、岗位标准化操作（SOP）、药物制剂设备、现场生产过程在线质量控制能力、药学 GMP 生产实训虚拟仿真教学（颗粒剂）、阿司匹林的色谱纯化、药动31 第 1 期学及药效学虚拟仿真综合实验。其中药学 GMP 生产实训虚拟仿真教学（颗粒剂），利用药品生产GMP 虚拟教学系统使学生掌握颗粒机制备过程中的工艺要点与操作规范。例如，采用问题引领式操作，使学生了解并掌握感冒清热颗粒处方组成、提取、浓缩、干燥、制粒、整粒、包装等制备环节相关操作。系统采用 B/s 架构，将设有预习模块、实景预览模块、药品生产线模块和考试模块，预习模块包含各种知识的要点、设备的操作标准化文件和医药产品检测标准化文件；实景预览模块通过计算机模拟技术模拟 GMP 药厂、让学生可以在其中自由漫游，熟悉药厂的车间构成及 GMP 的车间模式；药品生产模块通过任务形式，让学生熟悉药品生产的整个过程；考试模块也可以让教师自行添加更改题库，随机出题，让学生巩固之前学习到的内容。综合实验项目内容复杂，一般由56人组队集体完成。小组成员集体进行整体实验项目方案的设计，由专业教师审核通过后方可进行实验。通过药学虚拟仿真综合实验教学，学生可以学习和了解到真实的药厂制剂工艺路线设计、制剂成型及质量评价、关键工艺的影响因素以及数据的溯源分析等环节，最终培养学生分析问题、解决问题的能力，提升学生综合素质与技能。2.药学专业实验教师团队的建设建设药学虚拟仿真实验平台需要借助于计算机、虚拟现实等技术，模拟的实验环境、实验操作以及药厂生产的工艺流程均要符合现实，因此建设虚拟仿真实验平台的关键问题之一就是建设虚拟仿真教师团队。这支教学团队必须要由药学专业实践教学教师、科研机构技术人员、医药企业工程师、计算机专业人员组成。首先，学校要根据药学专业虚拟仿真实验的特点，遴选热爱实验教学、教学实践经验丰富、科研学术水平高、组织管理能力强的教师担任负责人，统筹管理全面工作。其次，学校要秉承“走出去，请进来”的原则，聘请科研机构技术人员、医药企业工程师、计算机专业人员组成药学虚拟仿真实验平台教师团队，合作开发适合开放大学成人学习的实验实训项目。在建设药学虚拟仿真实验平台项目时，学校可以通过内部培养和外部引进两条途径，最终建设出专兼结合、教育理念先进、可持续发展的“专业化+信息化”的多元化教师团队。23.药学虚拟仿真实验考核评价体系的建设基于“互联网+”的虚拟仿真技术的考核评价体系将重点考核学生的学习过程和学习能力，将从基础性实验、专业性实验、综合性实验三部分进行考核。其中基础性实验、专业性实验成绩计入课程形成性考核成绩，综合性实验替代原药学人才培养方案中的毕业实践和毕业设计（论文）。（1）基础性实验：基础性实验主要从学生的预习情况、实验操作情况、对实验结果的分析能力、实验报告的书写情况等方面进行评分。（2）专业性实验：专业性实验主要检验和考查学生的创新和探索能力。实验方案和内容可以由教师定方向，学生查阅资料进行自主设计，教师审核通过实验方案后，学生方可进行实验。在实验完成后及时书写实验报告，最后由指导教师进行打分评定。专业性实验的评定标准主要从实验项目设计的完整性和先进性、实验项目方案的完成情况、实验报告的撰写情况三个方面来进行打分。（3）综合性实验：综合性实验项目内容复杂，一般以小组的形式集体完成。学生集体进行实验方案的讨论并协作分工，共同参与综合实验项目的全过程，提升了学生的动手能力、锻炼了实验设计与成员间的沟通协作能力。在实验完成后，小组成员合作完成综合实验报告，最后由指导教师从实验方案的可行性、实验过程的完成情况、问题的解决能力、实验数据的分析计算能力以及实验结论的提炼总结情况等方面进行打分评定。四、结语基于“互联网+”的虚拟仿真技术可以沟通理论与实践之间、“虚实”之间的屏障，解决开放大学成人实践教学不足的问题，实现理论教学与实验验证、实验设计、真实生产模拟的有机结合，大大提升学校的教学质量和学生的专业实践能力，可以达成药学类专业人才培养目标。然而，虽然药学实验通过虚拟仿真实验平台进行教学实施，实验教学效果良好，虚拟仿真实验具有可重复、不受时空限制、交互性好、趣味性高等优点，但其无法呈现真实药学实验在视觉、嗅觉等方面的感官体验；仿真实验的内容还不够丰富，而且多是理想化结果的呈现。除此之外，学生在自主仿真实验时也无法及时与教师进行交流，实验中遇到的疑问也不能得到第一时间的解答。这些缺点也决定了虚拟仿真实验不能够代替传统实验，只能作为传统实验条件不足情况下的有力补充。张硕旭：开放教育药学虚拟仿真实验教学体系研究32第 28 卷河北开放大学学报参考文献：1 吴若霞，刘慧萍，李玲，等.建设虚拟仿真实验平台的意义与内容初探 J.中国中医药现代远程教育，2017（15）：48-49.2 徐婷婷，王达，邸东华，等.构建药学专业虚拟仿真实验教学体系的研究 J.高等教育，2021（14）：175-176.Study on the Teaching System of Phar