基于Web的藥物制劑技術虛擬實訓系統

孫禮仕, 張朝燕, 于慶梅

(1. 上海海洋大學 教務處, 上海 201306; 2. 上海海洋大學 食品學院,上海 201306; 3. 上海海洋大學 信息學院, 上海 201306)

“藥物制劑技術”是指在藥劑學理論指導下的藥物制劑生產與制備技術,是藥劑學理論在藥品生產制備過程中的體現和應用,是研究將藥物制成各種劑型的配制理論、生產技術以及質量控制的一門綜合應用技術科學[1],也是高職高專食品藥品監督管理專業、藥物制劑技術專業和制藥專業的核心課程之一。該門課程旨在將藥學基本理論應用于制藥工業生產實踐,培養學生掌握制劑工藝理論、制劑生產處方的組合原則、產品與半成品的質量標準等,并將這些理論應用于制劑生產的原料、流程、質量控制以及設施設備運行管理過程中。然而,傳統的實訓教學受到環境、設備等條件限制,不能滿足實訓課程對學生實踐能力培養的要求[2]。然而,利用信息技術開發具有開放、靈活和共享等特點的虛擬實訓系統,可以解決藥物制劑技術實訓教學中存在的局限性、安全性和可操作性等問題,提高“藥物制劑技術”實訓課程的教學效果。

1 藥物制劑技術實訓教學存在的問題

藥物制劑技術實訓教學是“藥物制劑技術”課程的重要補充,是培養學生動手實踐、邏輯思維和解決實際問題能力的重要環節[3-4]。通過實訓教學,加深學生對藥物制劑處方設計、生產工藝優化、質量控制及合理應用全過程的認識,提升學生的操作技能和創造思維,提高學生的綜合素質。

傳統的“藥物制劑技術”實訓教學存在的主要問題是：

(1) 局限性問題：“藥物制劑技術”實訓教學是在完成一個階段的理論課教學后,指導教師帶領學生在培訓基地或藥廠進行的實地訓練,目的是提高學生的實踐操作動手技能,加深對理論知識的理解和應用,但是受實訓場地、時間以及人員等因素的制約,學生實踐機會少,在一定程度上影響實訓教學效果；

(2) 安全性問題：由于學生缺乏對大型制藥設備及其操作規范的了解,在實訓中如果出現操作錯誤,可能造成原材料浪費和儀器設備的損壞,甚至發生危險；

(3) 可操作性問題：在實踐實訓教學過程中,指導教師難以對學生進行個性化教學指導,對學生操作中出現的問題以及操作錯誤不能及時糾正和處理。

鑒于以上問題和實訓教學需要,開發了基于Web的“藥物制劑技術”虛擬實訓系統。學生通過該系統模擬各種典型藥劑的制作工藝,然后進入實訓基地或藥廠的不同制劑生產場地,從而提高實踐操作能力,“藥物制劑技術”課程的教學質量和效果也因此得到提高。

2 藥物制劑技術虛擬實訓系統的構建思路

虛擬實訓系統是應用計算機網絡、通信技術和多媒體技術的虛擬實踐教學系統[5]。借助虛擬實訓教學系統,學生可以在計算機軟件模擬的仿真環境中完成實訓項目,達到學習和訓練的目的,其效果甚至優于在真實環境中實訓的效果[6-8]。充分利用現代信息技術和虛擬實踐教學的優勢,可以彌補“藥物制劑技術”實訓中環境、設備、場地的不足,實現傳統實踐教學不具備的資源開放與共享的功能,充分發揮虛擬實訓教學的重要作用[9-14]。

2.1 藥物制劑技術虛擬實訓系統的基本功能

虛擬實訓的優勢在于它很大程度上實現傳統實踐教學不具備或難以完成的教學功能。考慮“藥物制劑技術”實訓課程的要求,該虛擬實訓系統包括3項基本功能：

(1) 滿足高職高專學生實訓教學的需要。建設虛擬實訓系統的目的是學生可以在可視化虛擬環境下進行虛擬操作,經過虛擬實訓階段的制劑開發與制劑車間的生產工藝流程的學習和生產操作,熟悉藥品的研發與生產的步驟和流程,具備從事常見藥物劑型生產崗位操作能力,為獲得職業資格證書奠定基礎。

(2) 突破實踐教學條件的限制。虛擬實訓系統通過建立交互性的虛擬實訓環境,不再受時間、設備和場地等條件的限制,學生可以在網絡環境下進行反復多項操作練習,熟悉操作過程,在操作中不會因操作錯誤釀成安全事故。虛擬實訓系統是對實際實訓教學的必要補充。

(3) 實現教學和實踐資源的整合與共享。基于Web的虛擬實訓系統可以讓學生通過網絡進行練習,并實現資源共享,該系統不僅為學生提供操作練習,還對實訓項目、操作規程進行講解,提供游戲化操作檢測功能和教學內容的在線測試。

2.2 虛擬實訓輔助系統的框架

藥物制劑技術虛擬實訓系統是一個基于Web的互動式、體驗式和自主學習式的實踐教學系統,該系統采用B/S架構,其運行不依賴于學生端的外圍設備,系統內所有實訓項目均可通過學生用戶端的網頁瀏覽器完成,方便學生在互聯網上學習，且不受時間和空間的限制。用戶端需要安裝Flash組件才能顯示虛擬操作。

系統的開發采用Dreamweaver、Fireworks和Flash“網頁三劍客”制作多媒體資源,其中Dreamweaver是一個所見即所得的可視化網站開發工具,主要用于動態網頁和靜態網頁的開發；Fireworks是網絡圖形編輯軟件,主要用于對jpg、gif等格式的文件進行制作和處理,同時用于制作網頁布局；Flash主要用于制作動畫,根據實訓項目構建場景,設計腳本和交互操作功能,制作的動畫嵌入到網頁中。該系統采用ASP.NET編程，實現網頁設計以及在線測試功能,服務器端安裝Internet Information Server(互聯網信息服務)組件。

該實訓系統結合實際實訓場景構建虛擬實訓平臺,實現理論與實踐相結合、虛擬與實際相結合。平臺主要由3部分組成：

(1) 實訓操作準備：講解崗位要求與操作規程,熟悉實訓設備和生產原料；

(2) 實訓虛擬操作：模擬崗位操作場景,設置生產環境,既可進行操作演示,也可進行互動操作,還可檢驗學生實訓的效果；

(3) 實訓實地展示：給出藥物制劑技術實訓現場教學視頻,作為虛擬實訓的補充,方便學生認識藥物生產的真實場景。

3 虛擬實訓教學系統的功能模塊

藥物制劑技術虛擬實訓系統由3部分、6個功能模塊組成。按照“藥物制劑技術”虛擬實訓課程要求,以鹽酸黃連素片劑、水楊酸軟膏劑、生理鹽水注射液、硝苯地平軟膠囊、復方丹參滴丸和六味地黃丸這6種藥物,分別代表片劑、軟膏劑、注射劑、軟膠囊、滴丸和丸劑進行制備操作,培養學生的生產操作能力。

3.1 實訓操作準備部分

實訓操作準備部分內含實訓大綱、實訓指導、實訓設備和操作規程等4個功能模塊。

實訓大綱模塊給出教學目標及任務、實踐教學內容安排、教學組織和注意事項以及需要完成的具體實訓項目。

實訓指導模塊以頁面嵌入文字的方式給出各種藥物制劑的制備指導步驟。圖1以鹽酸黃連素片劑實訓指導為例,在頁面里面嵌入PDF格式文件,方便學生在實訓前做好預備知識的儲備。

圖1 鹽酸黃連素片劑實訓指導

實訓設備模塊以圖片、圖像、視頻等多媒體形式介紹實訓項目中用到的設備,學生可以了解制藥設備的結構與功能。圖2所示是包衣機設備。

圖2 包衣機設備

操作規程模塊以圖文并茂的形式幫助學生掌握藥物制劑設備的操作規程。例如在鹽酸黃連素片劑制備中,除了物料粉碎操作規程外,還給出物料篩分、物料混合、濕法制粒和壓片的規程。同樣,對于其他藥物劑型的制備也給出操作規程。

3.2 實訓虛擬操作部分

實訓虛擬操作是實訓系統的核心部分,包括鹽酸黃連素片劑、水楊酸軟膏劑、生理鹽水注射液、硝苯地平軟膠囊、復方丹參滴丸和六味地黃丸等6種不同劑型的藥物制備。

以鹽酸黃連素片劑制備為例,內容涵蓋實訓目標、片劑工藝、生產設備布置圖以及片劑生產過程中的物料粉碎、物料篩分、物料混合、濕法制粒和壓片的操作。生產設備布置圖給出片劑制備中使用的設備以及設備所在的車間,即生產設備的部署(見圖3)。通過動畫,邊演示、邊部署設備,在部署過程中會有提示和介紹。學生在虛擬環境中通過練習操作,掌握不同生產設備的用途,并根據工藝要求進行生產設備的部署。系統會提示部署得正確與否,如果學生部署錯誤,可以重新部署。

圖3 鹽酸黃連素片劑生產設備部署實訓

藥物制劑技術虛擬實訓系統設置了生產模擬操作環節。圖4是復方丹參滴丸制劑操作過程中的一個界面圖。學生可以根據提示按步操作,掌握滴丸制備生產工藝和操作方法,提高操作技能。

圖4 滴丸制備虛擬操作平臺

該藥物制劑技術虛擬實訓系統具有鹽酸黃連素片劑、水楊酸軟膏劑、生理鹽水注射液、硝苯地平軟膠囊、復方丹參滴丸和六味地黃丸等6個實訓項目的交互式虛擬操作功能。學生以游戲的方式參與完成實訓項目并能即時得到操作評價。

虛擬實訓系統達到了學生動手操作的目的,并且解決了傳統實驗受時間和地點制約以及實訓操作中的安全性問題。

3.3 實訓實地展示部分

實訓DV模塊是把真實的實訓基地現場錄制成視頻(見圖5),是對虛擬實訓操作的補充。該模塊幫助學生了解真實的藥物制劑工廠廠區、車間情況,了解同一功能、不同型號的生產設備和工藝等情況,熟悉藥物制劑不同工作崗位的環境和條件。

圖5 丹參滴丸制備實訓現場視頻截圖

4 虛擬實訓系統的特點與應用效果

藥物制劑技術虛擬實訓系統基于Internet環境,運用了計算機技術、多媒體技術和網絡技術等技術手段,其特點是：

(1) 節約成本,改善條件：利用軟件模擬實訓過程中各種制劑制備的環境和設備,大量節省學生到工廠實訓所需的費用；

(2) 平臺互動,增加趣味：學生在虛擬實訓系統中,通過動畫和游戲的形式操作實訓設備和檢驗學習效果,判斷操作是否合規,激發了學習興趣；

(3) 開放靈活,網絡共享：只要有互聯網就可以練習操作,隨時隨地練習操作步驟、提高學習效率,為進入工作崗位打下良好的實踐技能基礎。

5 結語

在“藥物制劑技術”實訓教學中,把虛擬實訓系統與實地工廠實訓有機地結合起來,可以有效地促進課堂教學,為進一步拓展實訓項目提供思路、延長時間和降低成本,為實訓教學提供更靈活、更便利、更安全的實驗環境,教學效果明顯提高。但是該虛擬實訓系統只對于片劑、軟膏劑、注射劑、軟膠囊、滴丸和丸劑制備各選取了一種典型的藥物作為案例,還需要開發更多制劑品種的虛擬實訓內容。