虛擬仿真技術在中藥炮制實驗教學中的實踐

李林 季德 陸郝凌 姚智龍 周成功 陸兔林 陳志鵬 蔡寶昌

【摘要】在南京中醫藥大學國家級虛擬仿真實驗教學中心中藥炮制虛擬仿真平臺的基礎上，開發的中藥炮制工藝優化實驗項目，以任務為驅動，虛實結合，不但形象、生動、直觀的提高了學生飲片炮制的操作技能，而且有效的培養了學生解決問題能力、協作能力等，明顯提高了教學的效果和質量。

【關鍵詞】中藥炮制 虛擬仿真技術 實驗教學

【基金項目】國家級虛擬仿真實驗教學中心（教高廳函[2016]6號），第六批全國老中醫藥專家學術經驗繼承（國中醫藥人教發[2017]29號）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）48-0245-02

1.引言

虛擬仿真 （ Virtual Reality，簡稱 VR） 就是當今非常流行的新型教學媒體，VR 是20 世紀末新興起的一種綜合集成技術，涉及的學科眾多，比如傳感技術、計算機圖形學、人工智能和人機交互技術等。在完成虛擬仿真實驗時，實驗者利用虛擬現實技術搭建的實驗環境中完成各種實驗項目。

中藥炮制是將中藥材制備成中藥飲片的一門傳統制藥技術，在2006年被列為首批國家非物質文化遺產。因為中藥炮制和中藥飲片的歷史地位和行業地位，各學校的中藥學相關專業的人才培養方案里，關于中藥炮制的理論、飲片的生產和應用等的要求比比皆是。但現今飲片的生產絕大多數是在GMP車間中進行，不但生產量大，還常會用到高溫高壓的設備，如果給學生開設相關實驗，不但環境要求高、成本高，還有高危、高耗時的問題，產生了人才培養的困局。

為了達到復合型、創新型的人才培養目標，南京中醫藥大學充分利用自身國家教育部“中藥炮制規范化及標準化工程研究中心”、國家級中藥炮制技術傳承基地、國家精品資源共享課等資源優勢，依托國家級虛擬仿真實驗教學中心和國家級實驗教學示范中心，聯合南京藥育智能科技有限公司，以學校產學研基地-南京海源中藥飲片有限公司為藍本，于2014年開發了中藥炮制虛擬仿真平臺，供相關專業的學生進行中藥炮制虛擬仿真實驗。在多年的應用過程中，還開發了系列虛實結合的實驗項目，以避免與理論知識脫節、任務碎片化、缺乏系統性等虛擬仿真實驗常見的弊端。其中，以蜜炙甘草工藝優化實驗為例，介紹實驗的設計與實施。

2.設計與實施

2.1 設計背景。由于醫療模式由傳統的前店后坊式的醫館，轉變為現代的飲片企業和醫療機構，導致飲片的生產模式也由傳統的手工作坊式生產轉變為現代工業的機器化生產。這就需要將大量飲片的傳統生產工藝轉變為適合于現代化生產的工藝，這是現階段中藥炮制研究的熱點，而且隨著炮制技術的更新、炮制設備的升級換代，這種工作必然長期存在，也是中藥學相關專業學生必須掌握的技能。

2.2 實驗儀器設備。由于實驗分為虛、實兩部分，所需儀器設備也分虛實兩部分。實體操作儀器設備：高效液相色譜儀等質量分析儀器，炒制器具一套；虛擬平臺主要有：臺式工作站一套，中藥飲片虛擬仿真生產平臺。

2.3 實驗材料。生甘草飲片、蜂蜜適量，質量檢測用化學試劑。虛擬仿真系統內預設最優蜜炙甘草炮制工藝的各項參數，由函數建模而成的蜜炙甘草飲片不同炮制程度的三維立體模型，由函數建模而成炮制過程不同因素、不同參數下各質量檢測項目數據模型。

2.4 實施步驟

1）發布任務“蜜炙甘草工藝優化研究”。老師通過特定途徑發布本次實驗的任務“蜜炙甘草工藝優化研究”，并簡要介紹實驗的目的和實驗的要求，同時提醒學生實驗虛實結合的特點。2）文獻查閱。學生利用所學文獻檢索的知識和技能，對任務相關的法規要求，背景知識進行去粗取精，消化吸收。3）研究方案設計。學生利用所查閱的資料進行研究方案設計。確定實驗步驟，所用材料，儀器設備，自主選擇合適的工藝優化方案及相關參數。老師進行適當點評后，學生對方案進行調整，形成方案設計定稿，作為第一個主要考核點。4）蜜炙甘草炮制工藝優化小試研究。學生在實驗室中，針對蜜炙甘草不同的生產環節，設計不同的工藝優化方法，選擇適宜的參數及考察指標，對不同工藝生產出來的蜜炙甘草，進行質量檢測，并采用設計的工藝分析方法，優化出最優小試工藝，一方面供后續中試驗證所用，另一方面作為第二個主要考核點。5）虛擬仿真“中藥飲片生產車間”構造學習。任務發布后，即可同期進行此步驟。學生通過在虛擬仿真的“中藥飲片生產車間”中，自主行走、觀察、學習，了解中藥飲片生產車間的布局和崗位設置，進而確定本次實驗所需使用的車間和崗位。6）設備操作和結構學習。學生在虛擬仿真的“中藥飲片生產車間”中炒藥車間，學習本次實驗所需使用的電加熱滾筒式炒藥機的構造和標準操作規程。7）多角色蜜炙甘草工藝中試驗證。針對在實驗室優化出的蜜炙甘草小試工藝，通過對不同崗位進行角色分配，進行整體生產過程驗證。系統內置有通過大數據，函數建模而成的，不同生產工藝參數所生產出的蜜炙甘草的三維立體圖及質量指標情況，學生根據外觀和質量分析結果，對參數進行調整，反復數次優化工藝，最終提交確定的蜜炙甘草生產工藝。系統根據學生提交的工藝，與內置的最優工藝進行契合度比較，作為第三個主要考核點。8）蜜炙甘草SOP生產。學生根據自己優化出的最優工藝，在虛擬仿真系統中，從領料開始，按照GMP要求，完成全部蜜炙甘草生產流程。同時編撰蜜炙甘草標準生產規程，作為第四個考核點。9）總結評價。學生根據整個實驗過程和結果，撰寫實驗報告。老師對實驗完成情況進行點評，并組織交流。

3.考核要求

本實驗項目虛實結合，對學生的考核也是虛實結合。在實驗室研究過程中，通過對學生設計方案的合理，操作的熟練進行考核；在虛擬仿真平臺內，通過系統自主考核學生各個炮制崗位的實踐操作流程的正誤，優化的工藝與最優工藝的契合度等。最終課前準備、操作過程、實驗結果幾個方面、對學生的治學態度、理論水平、實驗技能進行考核，考核細則如下：

4.結論

實踐證明，本項目不但形象、生動、直觀的提高了學生飲片炮制的操作技能，而且有效的培養了學生解決問題能力、協作能力等，明顯提高了教學質量。能達到如此教學效果，主要是因為實驗項目具有如下特點：

（1）任務驅動，以線帶面。給學生布置一個具有實際應用價值的任務-蜜炙甘草的炮制工藝優化研究。此任務具有很好的代表性，涵蓋中藥炮制的大多數相關崗位，涉及知識和技能系統全面系統地講解中藥飲片的生產過程，讓學生從中藥理論的角度和現代藥品生產的角度學會相應的知識。

（2）虛為實延，實為虛證，能實不虛，虛為實補。通過蜜炙甘草的小試到中試這條主線，將虛實無縫結合，同時將教學、科研、生產也進行了完美融合。在提高學生科研能力的同時，體會到實際科研工作的探索樂趣。

（3）融匯古今。實驗項目有效的融合“傳統—現代—未來”，對學生中藥相關技能進行了全方位的培訓，為中藥的現代化奠定基礎，為中藥的未來發展提供思路。

參考文獻：

[1]徐庚保，曾蓮芝.虛擬仿真[J].計算機仿真，2012（5）.

[2]杜月林，黃剛，王峰，等.建設虛擬仿真實驗平臺，探索創新人才培養模式[J].實驗技術與管理，2015（12）.

作者簡介：

李林（1978—），男，江蘇淮安人，博士，副教授，研究方向：中藥炮制機理及中藥飲片質量標準。