药学虚拟仿真实验教学平台建设研究

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摘要：文章从开设虚拟仿真实验教学的优势，教学平台的建设与应用、开放共享、教学成果、示范推广等角度，介绍了药学虚拟仿真实验教学平台的建设过程，阐述了药学虚拟仿真实验教学平台的特色。该平台突出了以培养药学创新人才为目标的改革理念，促进了学生创新和实践能力培养。

关键词：药学；虚拟仿真；实验教学平台

药学是一门实践性很强的学科，实验教学是药学人才培养中必不可少的环节，其主要任务是让学生掌握必要的药学实验知识和实验操作技能，为相应理论知识的掌握和药学创新研究工作的开展打下基础。根据教育部有关文件[1-3]，借鉴其他药学类院校的建设经验[4-5]，以培养药学创新人才为目标，结合我校药学实验教学的实际需要，在前期建设基础上，药学实验教学中心对原有各学科虚拟实验教学资源进行了整合，打破了实验教学内容的学科、课程限制，形成了基于药学系统研究的整体教学体系，面向各学科学生提供了一个资源共享的平台，2015年获批为广东省药学虚拟仿真实验教学示范中心。在三年多的建设期中，以培养综合创新性药学人才为目标，秉承“能实不虚、虚实结合”的建设理念，将药学类基础性、综合创新性以及示范性虚拟仿真实验教学项目有机结合，构建了药学创新人才培养的虚拟仿真实验教学平台，并在实验教学体系建设、人才培养、成果推广等方面取得了明显成效。

1药学实验教学的不足

近年来，各药学类院校在专业实验课程教学方式、教学内容、教学手段等多方面加大了改革力度，取得了很多教学改革成果。但在实验教学过程中，由于多种客观条件的限制，也为实验教学带来了诸多困难。（1）时间和空间的限制增大了系统完成实验的难度。药学相关实验具有相当程度的连续性，尤其是血药浓度测定、药物合成、天然产物提取分离和结构鉴定、体内/外抗肿瘤活性测定、药物-靶蛋白相互作用分析等综合创新性实验，需要较多的时间保证，使在单位时间连续完成实验的难度增大。（2）实验的安全性风险限制了部分实验课的开设。受特殊条件限制，部分实验内容的开展受到制约。因药学类相关实验广泛涉及有毒试剂、易燃易爆试剂、细胞、细菌、病毒，增加了实验操作过程中的安全性风险，如果操作不当将直接对人体产生不可估量的损伤，相应的实验废弃物回收与无害化处理也大大增加了教学成本，这些都限制了部分实验内容的开展。（3）教学成本与设备条件限制了学生动手操作的机会。药学类相关实验所涉及的部分耗材，如SPF级实验动物饲养，其条件严格且数量有限，部分细胞、细菌株极其珍贵，试剂、药品的消耗也不容小觑，这些因素限制了课程的开设。对于一些综合性实验，受设备台套数的限制，无法使每个学生都动手操作，学生实验参与率大大降低。

2开设虚拟仿真实验教学的优势

虚拟仿真实验教学是依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通信等技术，构建高度仿真的虚拟实验环节和实验对象，在虚拟环境中开展实验，以便在真实实验条件不具备或难以完成的条件下，实现教学效果的教学方式。虚拟仿真实验教学在教育教学领域得到越来越多的应用，是教育信息化的重要组成部分[6]。虚拟仿真实验教学具有效率高、可扩展性强、操作安全、高度开放和资源共享等特点[7]，药学虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和药学实验教学中心建设的重要内容，是药学专业与信息技术深度融合的产物。作为传统真实实验的有效补充和延伸，药学虚拟仿真教学实验有利于培养学生创新意识，发散学生科学思维，增加学生动手操作机会，节约教学成本，是进行实验教学改革的手段；符合药学教育规律和发展趋势，能够有效利用学生的课余时间，发挥学生的主观能动性和开拓性，是学生自主学习的平台，为高素质应用型药学人才培养提供了保障。近年来，国内多个药学类高校结合自身教学需要，利用虚拟现实技术开发了药剂学[8]、分析化学[9]、中药化学[10]、中药制剂分析[11]等虚拟仿真实验教学项目，建立了虚拟仿真实验教学平台，并在教学中得以应用。

3药学虚拟仿真实验教学平台的建设与应用

3.1平台构建。本虚拟仿真实验教学平台突出以学生为中心的教学理念，加大了综合创新性实验在实验教学中的比重，形成了药学虚拟仿真实验教学体系。首先，将药物化学、药理学、药剂学、药物分析学、生药学等药学类主干课程及中药学、生物制药学多年来积累的虚拟仿真实验教学资源有效整合。其次，逐步将一些实验项目虚拟化，同时建设一系列限于时间、空间以及硬件条件无法实操的虚拟仿真实验教学项目。建成的虚拟仿真实验教学平台如图1所示。目前，平台已建立有机化学与药物化学、药理学与分子生物学、药用植物学与生药学、药剂学、药物设计类等基础性实验虚拟仿真项目21项，建立药学创新综合大实验/新药研发及生物活性测定类综合创新性虚拟实验项目8项，建立示范性虚拟仿真实验教学平台，包括“道地药材广地龙加工炮制的虚拟实验教学项目”“重组SOD2蛋白中试规模制备的虚拟教学实验项目”“珍稀药材肉苁蓉加工炮制的虚拟实验教学项目”“珍稀药材蕲蛇加工炮制的虚拟实验教学项目”等4个实验项目。此外，还构建了药学实验教学中心虚拟可视化系统，可真实呈现药学各学科实验室的基本概况，通过不同功能模块支撑学生自主学习。整合后的平台资源优化、功能集约、开放、高效，为学生的自主学习、自主实验和创新活动创造了条件，有效补充了实验教学资源，促进了学生学习兴趣和实验操作技能的提升。3.2应用与共享。在教学过程中，首先让学生通过虚拟仿真实验教学系统，对实验的整体和关键步骤建立初步认识，经过思考、消化再进行真实实验操作时，就会目的性更强、更有把握，能够在很大程度上提高实验教学效率。针对那些由于条件限制现阶段不宜开展的实验项目，虚拟仿真实验教学系统具有一定的替代作用，有兴趣的学生能够通过此平台进行学习和认识，为将来进一步的实践和研究奠定基础。虚拟仿真实验与实际实验相结合，可以提高实验教学效率，又是真实实验教学的补充，是提升教学效果的有效途径。由于我校为侨校，学生为来自中国大陆、港澳台及其他多个国家和地区的华侨华人子弟，我校虚拟仿真实验平台辐射的用户群体非常丰富。该平台除了对我校药学、中药学、生物制药学等相关专业本科生实验教学开放外，在相关专业的本科毕业专题实习、大学生创新工程项目设计和实施上也起到了积极作用。目前平台注册人数达到300余人，每月操作量平均为1400余人次。该虚拟仿真实验教学平台的所有教学资源，还采用分布式网络支撑平台构架，面向校内外开放共享，使平台效益最大化。由于网络平台共享优势，本平台的虚拟仿真实验教学项目受众包括但不限于高等院校、医院及科研机构，具有良好的同行影响力和社会价值。3.3教学成果与示范推广。本平台已建设应用的4项示范性虚拟仿真实验教学项目中，“道地药材广地龙加工炮制的虚拟仿真实验教学项目”和“重组SOD2蛋白中试规模制备的虚拟教学实验项目”分别获得2017、2018年度教育部国家级示范性虚拟仿真实验教学项目认定，已在教育部网站（）面向全国开放共享近两年，我院也因此成为目前国内药学类项目获批数量最多的高校之一。其中，“道地药材广地龙加工炮制的虚拟实验教学项目”截至2019年8月30日，累计浏览量4933人次，698人参与实验体验学习并评分，平均得分4.9（满分5分）；“重组SOD2蛋白中试规模制备的虚拟教学实验项目”截至2019年8月30日，累计浏览量5089人次，258人参与实验体验学习并评分，平均得分4.7（满分5分）。

4特色与创新

4.1虚拟仿真实验教学体系建设。秉承“虚实结合、协同创新”理念，将原有各学科虚拟实验教学资源进行整合，打破了实验教学内容的学科、课程限制，形成了基于药学系统研究的整体教学体系，面向各学科学生提供了一个资源共享平台。结合虚拟仿真项目优势，开展具有实际应用价值但限于种种条件而无法在实验室开展的实验，支撑学生进行拓展学习，完善知识链系统。4.2信息化人才培养模式创新。虚拟仿真实验教学具有良好的交互性、开放性和共享性，丰富了实验内容，增加了学生动手虚拟操作的机会，节约了教学成本，是实验教学改革的手段，是推进现代信息技术融入实验教学、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措，符合药学教育规律和发展趋势，是高素质创新型药学人才培养的新模式。4.3药学创新人才培养。药学虚拟仿真实验教学平台旨在培养符合社会需求的药学创新人才，该平台不但包括基础实验操作项目，也将本院卓越的科研成果虚拟化，形成了综合创新性虚拟仿真实验教学项目。该平台将科研的理念、思维模式和具体的实验操作相结合，提升本科生和研究生的科研能力，为培养综合性药学创新性人才发挥了积极作用。

5结语

虚拟仿真实验教学作为一种新的实验教学模式，有利于教育资源的共享与优化，有利于教育信息化的推进和教育质量的提高。将信息化技术应用于实验教学，建立开放式、网络化的虚拟仿真实验教学系统，创建信息化人才培养模式，可有效弥补传统实验教学的不足。中心立足于药学类学科特色，坚持利用自身学科优势，搭建了以学生为主体的现代化实验教学平台，为药学创新人才培养提供了丰富的教学资源。药学是一门不断发展和更新的学科，其实验项目与操作是与时俱进的，今后中心将结合实验教学的新发展，坚持“能实不虚、虚实结合”的虚拟仿真实验教学理念，进一步完善药学虚拟仿真实验教学平台、丰富教学资源、优化管理体系、加强师资队伍建设，进一步提高平台信息化共享水平和服务水平，注重人才创新能力和综合素质的培养，使药学虚拟仿真实验教学中心更好地支撑我校“药学”双一流学科建设。

作者:马志国 徐俊 王峰 曹晖 丁克 李满妹 谭秋彤 周光雄 单位:暨南大学