基于虛擬環境的藥理學實驗教學體系的構建

李佳常+繆明星+丁啟龍++龔國清

虛擬實驗作為一種新型的實驗教學模式，其對促進實驗教學發展有著重要的意義。結合實際工作，討論了虛擬環境在藥理學實驗教學體系構建中的重要性、特點以及應用。

虛擬實驗教學藥理學實驗必要性特點應用藥學專業是實踐性很強、對動手能力要求很高的綜合應用科學，實驗教學在藥學專業學生的培養中占有重要的地位。然而，某些實驗我們無法真實地在實驗室為學生開展，一定程度上影響了創新型人才的培養。因此，迫切需要開展虛擬仿真實驗，與真實實驗相互補充，相得益彰。

藥理學發展虛擬仿真教學，應該堅持“能實勿虛”的大方向，堅持“虛為實用，虛實互補”的原則，結合學科發展的前沿方向，不斷加大藥理學仿真教學資源的制作投入，滿足廣大藥學教育工作者和學生的緊迫需求，推動藥學實驗教學改革和培養創新型人才模式。近年，我校藥學醫學基礎實驗中心與軟件公司合作開發了藥理學虛擬仿真實驗系統。

一、開展藥理學虛擬實驗教學的必要性

目前，藥理學實驗教學中存在的弊端：藥學微觀領域的教學實驗無法開展；某些實驗教學項目受硬件和場地限制；某些實驗受實驗成本高昂且受動物倫理的限制；某些實驗受時空限制。

隨著數字技術和網絡技術發展而來的虛擬仿真教學，是一種新穎的教學嘗試。學生通過仿真教學，學生不僅能夠形象地理解了實驗的基本原理，而且能夠通過仿真操作對實驗多過程有直觀的感性經驗。

在開展虛擬仿真實驗的過程中做到需要做到虛實結合，為培養學生的基礎實踐能力和自主創新能力提供了有力保障。堅持以實體實驗為主，虛擬實驗為輔，圍繞實體藥物研究、開發和應用的實踐過程，注重實體實驗知識的傳授和實踐能力、創新能力的培養。因此，構建基于虛擬環境的藥理學實驗教學體系，是藥理學實驗改革必然的趨勢。

二、藥理學虛擬實驗教學的特點

我校藥學醫學基礎實驗中心將仿真實驗的教學理念引入藥理學實驗課教學中。教學過程中以虛擬實驗案例教學為目標，堅持以實體實驗為主，虛擬實驗為輔的原則，結合藥學專業特點，不斷豐富虛擬仿真實驗教學資源。

虛擬仿真實驗教學模式是以學生為主體的教學模式，即教學理念、教學方法等方面都以學生為主體進行。學生可以在虛擬實驗的教學平臺上進行自由學習、交流、討論，且整個實驗學習過程是循環可逆的，如果未能達到學習目標的，學生可以重新學習，直到理解實驗原理、方法為止。這種教學方法將充分發揮學生的主體作用，變傳統模式中知識的被動接受者為主動探索者。教學媒體由原來作為教師講解的演示工具轉變為促進學生實驗學習的認知工具的知識結構，從而大大提高教學效率和教學質量，也要根據藥學專業的教學要求，認真的設計制作教學媒體，使之與教學內容構成一個完整的整體。

1.主體性

主體性是虛擬教學的核心，教學的成功與否取決于學生主體參與教學活動情況，引導學生積極主動的參與到知識的探究過程中去，這樣設計既培養了學生綜合分析的思維能力，學生的主體地位也得到了充分體現。

2.獨立性

獨立性是指每一節虛擬仿真實驗課，都要能夠讓一個學生獨立地完成一個教學實驗，傳統的藥理學實驗往往是幾人一組，同組學生分工合作完成實驗，這樣一個學生往往只能操作整個實驗中的一個或者幾個步驟，無法對整個實驗過程有全面的認識，而虛擬仿真實驗則能夠很好地解決這個問題。

3.直觀性

直觀性是指虛擬仿真實驗下，對真實實驗的一種形象模擬。為了能達到實體實驗所達到的教學效果，虛擬實驗室的界面設計要著重強調與實物實驗進行高度相似，做到讓學生在進行實驗操作中有真實感，讓從未做過實驗的學生通過仿真軟件對實驗原理、整體設計、儀器的結構等方面能建立起直觀的認識。創設教學情境，變抽象為具體，激發學生的學習興趣，提高教學效率。

4.交互性

交互性是指虛擬實驗應該給出交互信息，對學生的操作做出實時的反饋，糾正錯誤，取長補短。還應該采取一些網上交流和答疑等交互手段，學生可以在網上交流學習經驗、實驗方法以及發布實驗方案等，也可以在固定時間與授課教師或專家進行咨詢及答疑.

5.先進性

虛擬仿真實驗由于其虛擬的特性，所以對客觀條件要求比較少。有一些前沿性的藥理學實驗，由于其實驗耗時過長、實驗運行成本過高、對儀器要求過多等原因，傳統實驗模式往往無法開展，而虛擬仿真實驗則能以實驗系統的先進性來確保實驗教學內容的科學性與前沿性。

三、藥理學虛擬實驗教學的設計與應用

虛擬實驗是指借助于多媒體、仿真和虛擬現實等技術在計算機上營造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統實驗各操作環節的相關軟硬件操作環境，實驗者可以像在真實的環境中一樣完成各種預定的實驗項目，所取得的實驗效果等價于甚至優于在真實環境中所取得的效果。基于虛擬環境藥學實驗教學程序，可以用創設情境、確定主題、過程模擬、學生撰寫實驗報告、實驗評價的步驟展開創設情境引出課題。

以傳出神經藥物對麻醉犬體征的影響為例，該實驗的目的是讓學生學習急性麻醉大動物血壓、腸蠕動和腺體分泌實驗裝置和方法，觀察傳出神經系統藥物對上述生理現象的影響，加深對這類藥物相互作用關系的理解。動物傳出神經系統藥物作用復雜，一直是理論課教學的重點和難點。血壓、腺體分泌實驗是檢驗傳出神經藥物極其敏感的方法，一般多采用犬急性試驗。用犬做實驗優點較多，如血壓恒定，較大鼠、家兔等小動物更接近人體，對藥物反應靈敏，并與人基本一致，便于手術操作，心搏動力量強，能描繪出較好的血壓曲線，適用于分析藥物對循環系統的作用機制，用作藥物篩選試驗可反復應用。但其缺點是成本較高，每條實驗犬的價格為3000元左右，即使每8名學生用一條狗觀察實驗現象，一個班32名學生的實驗成本也將高達1.2萬元，不適用于本科生日常教學實驗。本軟件的開發解決了上述問題，每位同學都可以自由地進行實驗，沒有實驗動物和次數的限制，較好地解決了教學中的難點問題。

四、展望

我校藥學醫學基礎實驗中心建立了以教學實驗網絡為中心的實驗教學和管理信息網站平臺，系統集管理和輔助教學于一體，實行個性化管理，適應多層管理，具有較強的數據統計及分析功能。

藥理學虛擬仿真實驗系統具有自主性和開放性的鮮明特點，學生可以通過校園網訪問，在下載安裝客戶端軟件后，可通過認證后登錄學習，拓展了學生自主學習的時間和空間，取得了良好的教學效果。

隨著藥學虛擬實驗資源的增加和服務器帶寬承載量等硬件條件的改善，可以考慮面向社會開放虛擬實驗資源，形成藥學行業內具有影響力的虛擬實驗培訓中心，增強社會輻射示范效應。

參考文獻：

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