虛擬仿真系統(tǒng)在對中藥專業(yè)學(xué)生進行儀器分析實驗教學(xué)中的應(yīng)用效果

毛群芳，鐘湘云，邱艷明

（湖南中醫(yī)藥高等專科學(xué)校，湖南 株洲 412000）

儀器分析課是中藥學(xué)專業(yè)和藥學(xué)專業(yè)醫(yī)學(xué)生必修的專業(yè)課程之一。此課程的特點是既理論抽象又有極強的實踐性。實驗教學(xué)是儀器分析課的重要組成部分，是醫(yī)學(xué)生掌握藥物成分、性質(zhì)、含量的有效途徑。但是，部分實驗項目因成本過高、實驗操作過程過于復(fù)雜、實驗設(shè)備或?qū)嶒瀳龅夭蛔悖鶡o法讓醫(yī)學(xué)生進行實際操作。虛擬仿真系統(tǒng)是以計算機軟件為核心的一種醫(yī)學(xué)教學(xué)儀器體系。此系統(tǒng)是由美國NI（National Instruments）公司在1986年首次提出的[1]。虛擬仿真系統(tǒng)是指在計算機上創(chuàng)建一個可視的實驗操作環(huán)境，由可視化物體代表實驗儀器或?qū)嶒炘O(shè)備，通過操作這些虛擬的實驗儀器或?qū)嶒炘O(shè)備完成各種實驗操作的醫(yī)學(xué)教學(xué)儀器系統(tǒng)。在2014年，我國教育部下達(dá)了《關(guān)于開展國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》（高教司函[2013]94號）的文件，鼓勵各地方醫(yī)學(xué)院校建立虛擬實驗中心[2]。將虛擬仿真系統(tǒng)運用于儀器分析實驗教學(xué)中，既能彌補傳統(tǒng)實驗教學(xué)中的不足，又可激發(fā)醫(yī)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高其學(xué)習(xí)的主動性。為了進一步探討虛擬仿真系統(tǒng)在對中藥學(xué)專業(yè)學(xué)生進行儀器分析實驗教學(xué)中的應(yīng)用效果，筆者從醫(yī)學(xué)生進行實際操作前的預(yù)習(xí)、老師在實驗課堂上的操作演示及對學(xué)生進行實訓(xùn)考核3個方面分析了虛擬仿真系統(tǒng)在儀器分析實驗教學(xué)中的應(yīng)用情況。現(xiàn)報告如下。

1 虛擬仿真系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)生進行實驗操作前預(yù)習(xí)中的應(yīng)用情況

在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)中，實驗預(yù)習(xí)往往是老師在課堂上講解完實驗內(nèi)容后，由學(xué)生在課后自行根據(jù)老師所講的內(nèi)容，通過參照教材、查閱資料或收集網(wǎng)絡(luò)資源等途徑來完成實驗操作前的預(yù)習(xí)。虛擬仿真系統(tǒng)具有三維操作界面，其仿真的范圍包括實驗室場景、儀器操作、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析等，可為醫(yī)學(xué)生提供虛擬的操作環(huán)境和互動平臺。醫(yī)學(xué)生只需接入互聯(lián)網(wǎng)的終端即可在虛擬仿真系統(tǒng)上進行實驗操作預(yù)習(xí)。通過虛擬仿真系統(tǒng)，醫(yī)學(xué)生可了解某項實驗的原理、操作過程、所用實驗儀器的結(jié)構(gòu)及工作原理，并可使用鼠標(biāo)和鍵盤進行模擬操作，進而完成進行實訓(xùn)操作前的導(dǎo)訓(xùn)教學(xué)。另外，虛擬仿真系統(tǒng)軟件的畫面生動、靈活，不僅可有效地提高醫(yī)學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，還能夠增強其學(xué)習(xí)的興趣。

2 虛擬仿真系統(tǒng)在實驗教學(xué)課堂上進行操作演示中的應(yīng)用情況

儀器分析課上使用的大部分儀器都屬于精密儀器，其價格較為昂貴，且耗材配件極易被損壞，故許多實驗操作步驟無法讓醫(yī)學(xué)生親自動手操作，只能由老師邊講解邊演示，再讓醫(yī)學(xué)生通過理解記憶來完成學(xué)習(xí)。另外，在進行實驗操作的過程中，真正能讓醫(yī)學(xué)生動手操作的只有配制樣品溶液、分析處理和計算相關(guān)數(shù)據(jù)及1～2個關(guān)鍵操作點，使其難以真正掌握和理解儀器的結(jié)構(gòu)和工作原理，從而造成其掌握的基本理論知識不扎實、動手操作的能力差等問題。虛擬仿真系統(tǒng)可通過聲音、圖像、動畫等具有豐富表現(xiàn)力的仿真軟件幫助醫(yī)學(xué)生進行多感觀的學(xué)習(xí)，為其提供更為形象直觀、內(nèi)容豐富、生動逼真的模擬演示，可很好地幫助其了解儀器的結(jié)構(gòu)、工作原理、基本操作方法、安全知識等內(nèi)容，并可大大地提高其學(xué)習(xí)的興趣[3]。醫(yī)學(xué)生可通過虛擬仿真系統(tǒng)進行全程的模擬實驗操作，包括樣品的配制、儀器和試劑的選擇、實驗步驟的操作、大型儀器設(shè)備操作流程的練習(xí)、實驗數(shù)據(jù)的分析處理等。使用虛擬仿真系統(tǒng)進行實驗教學(xué)只需一臺電腦和一套仿真軟件，不會受時間、場地等因素的影響，可由醫(yī)學(xué)生對實驗內(nèi)容進行無限制、多樣性的反復(fù)操作練習(xí)，不必?fù)?dān)心試劑藥品及儀器設(shè)備的耗損。另外，使用虛擬仿真系統(tǒng)進行實驗教學(xué)，還可推進翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的發(fā)展，使醫(yī)學(xué)生能夠在課余時間進行課堂復(fù)習(xí)、實驗操作或一些科技項目的研究，實現(xiàn)開放性實驗教學(xué)的目標(biāo)。

3 虛擬仿真系統(tǒng)在實驗教學(xué)實訓(xùn)考核中的應(yīng)用情況

儀器分析課中的實驗教學(xué)實訓(xùn)考核一直是教學(xué)實踐中的難點問題。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)中，受場地、時間、資金等因素的影響，在對醫(yī)學(xué)生進行實驗教學(xué)實訓(xùn)考核時，多采用提問、數(shù)據(jù)分析計算、操作關(guān)鍵步驟等方式進行考核。但是，使用這些方式對醫(yī)學(xué)生進行實驗教學(xué)實訓(xùn)考核，很難使老師充分了解每位醫(yī)學(xué)生對儀器分析實驗操作知識掌握的程度。使用虛擬仿真系統(tǒng)進行實驗教學(xué)實訓(xùn)考核的優(yōu)勢如下：1）幫助老師驗證醫(yī)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和操作技能。2）幫助老師綜合分析醫(yī)學(xué)生在進行模擬實驗中的進程和結(jié)果。3）幫助老師了解醫(yī)學(xué)生反饋的問題。4）考核醫(yī)學(xué)生進行操作的方法是否科學(xué)、合理和靈活，其所用的操作方法是否符合安全操作的要求。

4 小結(jié)

虛擬仿真實驗作為一種新型的教學(xué)實踐模式，具有虛擬性、實踐性、開放性等特點[4]。虛擬仿真系統(tǒng)實現(xiàn)了應(yīng)用微觀實驗、危險性實驗、高成本實驗等對醫(yī)學(xué)生進行實驗教學(xué)實訓(xùn)的可能。但是，使用虛擬仿真系統(tǒng)進行的實驗操作與使用真實的儀器進行實驗操作存在一定的差異，其并不能完全替代真實的儀器分析實驗。因此，在實驗教學(xué)工作中，老師應(yīng)將傳統(tǒng)教學(xué)法中的實驗操作與虛擬仿真系統(tǒng)的模擬實驗操作進行結(jié)合，以節(jié)約教學(xué)資源，提高教學(xué)質(zhì)量的目的，培養(yǎng)出具有較強動手能力的專業(yè)性人才。