左代英, 夏明鈺, 金鑫鑫, 紀雪飛, 溫慧敏, 李 彥, 張怡軒

（沈陽藥科大學 生命科學與生物制藥學院，遼寧 沈陽，110016）

隨著電子信息技術的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)教育體系受到了一定的沖擊，傳統(tǒng)實驗教學方式已逐漸顯示出其不足之處，特別是針對藥理學這門課程，很多實驗受實驗條件、實驗經費、實驗周期等因素的限制，使其在本科實驗教學中順利開展受到了一定的限制，這在一定程度上影響了創(chuàng)新型和復合型人才的培養(yǎng)。因此，推動虛擬仿真實驗室建設，利用各種先進的信息化技術，彌補傳統(tǒng)的教學方式的不足、進一步提高教學質量，已成為藥理學實驗教學發(fā)展的必然趨勢[1]。虛擬仿真實驗可以將先進的信息技術與藥理學實驗深度融合，使學生對藥理學實驗有更深入和全面的理解。目前，我校藥理學虛擬實驗室的建設正處于起步階段，探討其建設的必要性，并探索其有效的建設方案，將有利于更好地推動我校藥理學實驗教學的改革與創(chuàng)新。

1 我校藥理學實驗教學現(xiàn)狀

我校藥理學實驗是面向全校各專業(yè)開設的實驗課程，按照本科教學培養(yǎng)方案，基礎藥學基地班的藥理學實驗課學時為 64 學時，藥學專業(yè)（包括藥學英語、藥學日語等）為 48 學時，其他專業(yè)為 32 學時。目前針對已開設的實驗課程，藥理學實驗中心具有良好的實驗設備和配套的教學體系，實驗教學隊伍經驗豐富，學生動手操作能力經過一段時間的訓練后普遍較好。然而，隨著藥理學相關實驗技術和科學研究的快速發(fā)展，現(xiàn)有實驗條件已不能完全滿足我校創(chuàng)新型和復合型人才培養(yǎng)的需求。

2 傳統(tǒng)藥理學實驗教學方式的不足

目前傳統(tǒng)藥理學實驗雖然有其一定的優(yōu)勢，但也存在一些問題，主要包括：（1）一些耗時較長的實驗無法在規(guī)定的學時內完成，如抗癌藥物的藥效學研究，實驗所需時間較長，需要連續(xù)觀察并記錄主要數(shù)據指標的變化，對學習任務繁重的本科生來說難以實現(xiàn)，影響了學生的學習熱情。（2）一些實驗需要特殊的試劑，如毒麻藥品受到國家管制，審批手續(xù)繁瑣，有些試劑可能致癌、致畸或致突變，學生獨立操作具有潛在的危險性，需要有專業(yè)的人員指導并在專業(yè)的場地進行才可以，在普通實驗室開展難度較大；（3）某些貴重儀器如小動物活體成像系統(tǒng)、PCR儀等，由于數(shù)量有限或維護成本較高，難以實現(xiàn)每個學生親自動手操作；（4）由于學生人數(shù)較多，很多藥理實驗需要消耗大量實驗動物，不符合動物倫理學要求；（5）一些綜合性實驗手術操作難度大，需要反復練習才能較好地完成，學生不可能在短時間內熟練掌握；（6）一些綜合性實驗可能涉及病理生理學、生理學、藥理學等跨學科復雜問題的分析與討論，現(xiàn)實中難于實現(xiàn)。總之，上述問題的存在嚴重制約了藥理學實驗教學質量的進一步提高?；谝陨显颍覀兗毙枘軌蚬?jié)約成本、激發(fā)學生學習興趣并提高學生綜合運用能力的解決方案，因此，建立藥理學虛擬仿真實驗室勢在必行。

3 藥理學虛擬仿真實驗開設的必要性

目前，虛擬仿真技術在高等教育的各個學科已經逐漸開始應用[2-4]。構建藥理學虛擬實驗教學中心是現(xiàn)階段我校藥理學實驗室建設的關鍵環(huán)節(jié)。虛擬仿真實驗教學并非完全意義上的虛擬，通常是將虛擬實驗、仿真實驗和真實實驗有機地結合起來，這種虛實結合的教學形式能更好地激發(fā)學生的學習主動性，有效提升實驗教學質量[5]。在傳統(tǒng)藥理學實驗的各種實驗技術和實驗經驗的基礎之上，虛擬仿真實驗作為有益的補充是十分必要的。尤其是一些新技術在藥理學上的應用，虛擬實驗可以突破一些問題如實驗經費、周期、安全性、倫理學等的限制，學生可以在有效的學習時間里接觸更多更先進的實驗內容，這將大大增強學生學習的主動性和積極性，有效提升學生的學習效率和質量[6]。

虛擬仿真實驗還能促進藥理學實驗教學方法的改革，一定程度上解放帶教老師，讓老師們有更多的時間思考如何提升教學質量和教學效果。對于學生來說，可以通過不同虛擬實驗情節(jié)的設置，完成以往需要大量實驗動物、多種大型儀器設備及昂貴的實驗試劑材料才能完成的實驗項目，有效地突破了課堂及師資的限制，讓學生有更大的發(fā)揮空間，更好地鍛煉學生的邏輯思維能力和實驗能力[7-8]?？傊行七M藥理學虛擬仿真實驗教學，有利于針對不同學生的特點進行個性化的學習，是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要手段。

4 藥理學虛擬仿真實驗的建設探索

4.1 虛擬仿真實驗室建設思路

在藥理實驗教學上利用精心設計的虛擬仿真軟件，采用多媒體技術及網絡平臺，構建具有高度真實感的虛擬仿真實驗教學平臺，將會是傳統(tǒng)實驗教學的有益補充。我們以藥理實驗中心為單位，由中心主任、實驗課程負責人和實驗專職教師組建開發(fā)團隊，以新藥藥效學研究為藍本，提出開發(fā)虛擬實驗項目的計劃，完成腳本設計和校對、真實實驗視頻采集等工作，并利用中心已有的教學資源，結合藥理學相關課題組的最新科研成果和實驗手段，與軟件制作公司合作開發(fā)具有我校特色的教學項目。重點建設適合我校教學需求的藥理學實驗模塊，采用文字、Flash動畫、視頻相結合的方式介紹實驗原理及實驗方法，學生在明確實驗目的和實驗原理的前提下，進行交互式虛擬仿真實驗操作，針對出現(xiàn)的錯誤能夠及時校對并給予重復操作的機會，以便于學生能夠真正掌握操作要領，達到融會貫通的目的。另外，要根據虛擬教學的外在表現(xiàn)形式及內在結構上的特殊性，打破專業(yè)劃分、班級所屬、實驗室分類的現(xiàn)有局面，建立適用于不同專業(yè)和不同層次的虛擬實驗項目。

4.2 建立藥理學虛擬仿真實驗門戶網站，搭建完善的虛擬實驗教學平臺

開發(fā)適合于我校藥理學教學實際的虛擬實驗平臺，建成有獨立門戶的藥理學虛擬仿真實驗教學中心網站，設置用戶管理權限，擁有資源上傳、課件學習、信息發(fā)布、信息統(tǒng)計、在線答疑、在線測驗等多項功能。學生通過申請用戶名和密碼，可通過網絡進行個性化學習。通過人機交互對話界面，引導學生不斷深入思考，更有效地學習藥理學實驗的關鍵技術和重要知識點，及時發(fā)現(xiàn)問題，并有效地分析和解決問題，產生知識結構新的生長點。藥理實驗中心的虛擬仿真教學將逐漸應用于我校基礎藥學基地班、藥學英語、藥學日語、藥學、藥物制劑等各相關專業(yè)。根據不同專業(yè)學生的學習特點，有機地把虛擬實驗項目整合入實驗授課計劃中，與傳統(tǒng)實驗項目虛實結合，將會使藥理學實驗教學質量得到更大的提升。

4.3 注重學生參與度，進一步提升學生綜合應用和創(chuàng)新能力

藥理學虛擬仿真實驗教學項目的研發(fā)，除了以教師為主體外，學生們的參與也很重要。我們應該以學生為本，針對學生感興趣的內容重點研發(fā)。因此，對學生學習興趣點的調研，也是很重要的一項內容。抓住學生的興趣點，和學生一起確定虛擬實驗內容，并撰寫實驗腳本，能更好地滿足學生的學習需求。在一個虛擬實驗設計完成的測試階段，也應不斷征求學生意見，以促進更好地改進。另外，如何使學生對虛擬實驗保持新鮮感并能夠自主地反復學習，也是虛擬實驗設計需要考慮的一項重要內容，這就要求所設計的虛擬實驗項目必須有一定的難度和不同的交互點，并能夠引人思考，這樣學生每次進行虛擬實驗時都有一定的新鮮感，激發(fā)學生深入學習的興趣，進而強化各階段知識點的相互銜接。另外，可以在虛擬實驗項目中增加協(xié)同和合作方面的設計，使多名同學同時參與完成同一個實驗，大家相互配合，更好地完成某個任務，增強學生們的團隊合作意識和集體榮譽感。生動活潑、身臨其境的操作環(huán)境和虛實結合的場景互動環(huán)節(jié)，將有利于更好地培養(yǎng)創(chuàng)新型和復合型人才。

4.4 虛擬仿真實驗室的不斷完善及評價體系建立

虛擬仿真實驗室建成后，應自始至終進行教學效果跟蹤，建立一套完整的評價體系，主要包含以下幾個方面：①方案流程設計評價：每個綜合設計實驗，一般都有多個方案可供選擇，這些方案從內在特性上都可完成實驗目標，不存在對錯之分，但存在優(yōu)劣和先進與落后之分，在教學效果評價上應予以考慮，并給出結果提示。②儀器參數(shù)選取評分：儀器參數(shù)及工作參數(shù)的選取將決定實驗的成敗和實驗效果，在平臺建設中需要融入這些內容的設計，例如細胞培養(yǎng)實驗，培養(yǎng)基、培養(yǎng)時間、培養(yǎng)條件等將決定細胞培養(yǎng)的效果，這些可由學生自主選擇，只有最優(yōu)方案才會獲得最理想的結果。③交互環(huán)節(jié)評分：在實驗過程中，對于一些關鍵技術要點和核心流程，應通過彈出對話框的方式考查學生的掌握程度，如離心機的離心速度選擇、胰酶的消化時間選擇等。④在線操作監(jiān)督環(huán)節(jié)：學生進行在線實驗操作時，通常由于不專注或預習不充分，完成實驗要占用很多時間，既浪費了公共資源，又不利于學生學習效率的提高，因此，要開發(fā)實時監(jiān)控或反饋系統(tǒng)，對學生從登錄虛擬實驗平臺到退出實驗的全過程進行監(jiān)督，根據完成實驗的時間及效果進行量化考核。

5 虛擬仿真實驗實施過程中可能存在的問題及解決措施

虛擬實驗在本科藥理實驗教學中的廣泛應用將大大促進本科教學質量的提高。然而，如何使其更加符合我校的藥理學教學特色，研發(fā)更適合的虛擬實驗教學形式，還需要大量的工作。為了更好地開展工作，我們將多方咨詢與調研，拓寬合作領域，逐步建成具有我校藥理學教學特色的虛擬實驗教學平臺。

虛擬實驗教學軟件的制作需要建立在強大的專業(yè)背景和嚴密的邏輯思維基礎之上，為了使虛擬實驗內容更符合我校學生的培養(yǎng)模式和培養(yǎng)目標，虛擬實驗教學內容從選題、腳本撰寫、投入制作、校對測試等各個環(huán)節(jié)都要建立在嚴格的質量控制基礎之上等，從設計到制作完成并投入運行需要實驗中心工作人員、相關任課教師和制作公司三方的密切配合，投入大量的時間和精力，才能得以順利實現(xiàn)。

在開發(fā)虛擬實驗時，除了要充分征求任課教師的意見，更要充分考慮到學生作為應用主體，他們的興趣點在哪里，哪些對他們是急需學習的，哪些對他們未來的就業(yè)和發(fā)展更有利，真正做到以學生為本。同時，我們也應清醒地意識到，虛擬實驗是對傳統(tǒng)實驗的有益補充，但并不能完全替代傳統(tǒng)實驗模式，只有有效控制虛擬實驗在實驗教學中的比例，虛實結合，相輔相成，才能更好地發(fā)揮虛擬實驗在本科教學中的作用。

虛擬實驗室建成后，硬件的維護和軟件的定期更新等可能都需要一定的經費開支，由于經費緊張，可能會導致后期維護困難。為了避免因此而影響教學效果，我們應該盡量爭取更多的經費支持，并提前與公司協(xié)商，對后續(xù)的軟件維護升級等給予優(yōu)惠，盡量降低維護成本。

6 藥理學虛擬仿真實驗室建設的可行性及應用前景分析

6.1 虛擬仿真實驗可解決實驗設備短缺問題，拓展實驗教學空間

藥理實驗教學是學生鞏固和增長知識、培養(yǎng)科研能力的重要手段。然而， 實驗設備昂貴、學生基數(shù)大等問題限制了教師的教學內容，也限制了學生的學習空間。從外在形式上看，虛擬實驗教學通過形式多樣的多媒體技術和虛擬技術展現(xiàn)教學內容，非常適合學生的個性化學習和因材施教。教師在教學內容上提供一種動態(tài)的、完全開放性的結構，從而使教學內容的統(tǒng)一性與靈活性得到完美結合。有利于學生的發(fā)散思維，在原有知識的基礎之上，自主獲取新的知識。

6.2 虛擬仿真實驗可節(jié)約教育投資，提高教育教學效益

虛擬仿真實驗雖然前期需要一定的投入，但從長遠看還是可以節(jié)約很多的教育資源，它不像具體的藥效學實驗需要大量的實驗動物、實驗藥品和試劑，所以對于較復雜和短時間難以完成的實驗來說，虛擬實驗為學生拓寬了學習渠道，更有效地整合實驗教學資源，促進實驗教學與科學前沿的研究成果的有效銜接，使學生獲取更新更全面的藥理學實驗知識。

6.3 虛擬仿真實驗教學資源具有安全性和靈活開放性

在虛擬實驗室中，學生可自主設計并實行一些常規(guī)實驗無法實現(xiàn)的內容，有效排除了一些試劑毒性對學生安全的影響。另外，虛擬實驗開放形式靈活，可選擇的項目較多，學生可以突破時間和空間的限制完成實驗，同時學生還可以自選題目，自行組織實驗項目，完成實驗設計和自主實驗教學，發(fā)揮學生的主觀能動性和創(chuàng)造性，更好地鍛煉學生的發(fā)散思維，激發(fā)學生的創(chuàng)新能力。

7 小結

藥理學虛擬實驗的開設是對傳統(tǒng)教學形式的有益補充，對于培養(yǎng)學生的自主學習能力和創(chuàng)新能力具有重要的作用，不斷開發(fā)新的虛擬實驗并對其進行有效的維護和更新，將為藥學復合型人才的培養(yǎng)提供更好的保障。