淺談虛擬實驗在藥物化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用展望

辛穎

（內(nèi)蒙古民族大學(xué)蒙醫(yī)藥學(xué)院，內(nèi)蒙古通遼 028000）

藥物化學(xué)是內(nèi)蒙古民族大學(xué)藥物制劑（蒙授）專業(yè)學(xué)生的一門必修課程。藥物化學(xué)作為藥學(xué)領(lǐng)域中的重要帶頭學(xué)科，是連接生命科學(xué)與化學(xué)的重要橋梁，是一門發(fā)明與發(fā)現(xiàn)新藥、合成化學(xué)藥物、闡明藥物化學(xué)性質(zhì)、研究藥物分子與機體細胞（生物大分子）之間相互作用規(guī)律的綜合性學(xué)科。藥物化學(xué)的實驗教學(xué)在整個藥物化學(xué)的教學(xué)中具有不可替代的地位，具有專業(yè)性、理論性和實踐性強、信息量大、學(xué)科交叉范圍廣等特點。在傳統(tǒng)教學(xué)中，由于實驗儀器設(shè)備的更新速度相對較慢，有些儀器的數(shù)量有限，學(xué)生親自動手操作的機會缺少，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性不足，妨礙學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，也不利于藥物化學(xué)教學(xué)質(zhì)量的提高[1-2]。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，將虛擬實驗引入藥物化學(xué)的實驗教學(xué)中是必要而可行的，這不僅有助于幫助傳統(tǒng)實驗教學(xué)走出困境，促進教育信息化，還能為今后藥物化學(xué)的教學(xué)改革提供新的方向。

虛擬實驗是應(yīng)用計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對實驗中所用的儀器、材料等實體進行圖像采集，應(yīng)用文本、圖像、動畫、視頻和音頻等方式形成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，學(xué)生可通過媒介與虛擬空間實現(xiàn)人機互動方式，不受時間和空間限制，可以反復(fù)學(xué)習(xí)虛擬實驗平臺上的實驗項目，并產(chǎn)生身臨其境的感受和體驗，為學(xué)生創(chuàng)造一個仿真的實驗環(huán)境[3-4]。目前，虛擬實驗在實驗教學(xué)中的應(yīng)用越來越廣泛，涉及多個專業(yè)和學(xué)科，國內(nèi)外很多的高校、科研院所以及遠程教育機構(gòu)都積極地投入虛擬仿真實驗平臺的構(gòu)建[5]。因此，將虛擬實驗應(yīng)用于藥物化學(xué)實驗教學(xué)中，不僅可以補充傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足，也可以提高藥物化學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，實現(xiàn)教育信息化。

1 藥物化學(xué)的傳統(tǒng)實驗教學(xué)目前面臨的問題

1.1 儀器設(shè)備更新較慢，學(xué)生動手操作能力的鍛煉不足

藥物化學(xué)的傳統(tǒng)實驗教學(xué)中，教學(xué)資源成本是非常重要的，由于資金與實驗場地的限制，學(xué)校在開展藥物化學(xué)實驗教學(xué)的過程中，只能購進部分相關(guān)的儀器設(shè)備，這就造成了學(xué)生人數(shù)與儀器設(shè)備數(shù)量不匹配的局面，造成了現(xiàn)有的實驗儀器不能滿足大多數(shù)學(xué)生操作需求的矛盾。動手意識不強或者操作能動性差一點的學(xué)生幾乎在課堂上不會親自動手進行實驗，導(dǎo)致部分學(xué)生的動手操作能力不足。

1.2 實驗學(xué)時數(shù)少，無法重復(fù)實驗

藥物化學(xué)課程的有些實驗內(nèi)容，因為受學(xué)時數(shù)限制，無法全部開展，使學(xué)生無法完全了解和掌握相關(guān)的實驗項目。每個實驗項目需要學(xué)生動手操作的時間非常有限，而且步步緊扣，上一步的實驗結(jié)果直接影響下一步的實驗，如果某個環(huán)節(jié)操作失誤，將會導(dǎo)致結(jié)果不理想。當(dāng)學(xué)生實驗結(jié)果不理想，想重復(fù)再操作一遍以獲得好的結(jié)果是幾乎不可能的，因為時間不允許。如果學(xué)生想回顧做過的一些重要實驗時，也只能看實驗講義或者實驗報告上記錄的文字內(nèi)容，抽象而枯燥，無直觀印象和認識，很難回顧，無法加深學(xué)生的印象。

1.3 實驗材料浪費，存在安全隱患

在傳統(tǒng)的藥物化學(xué)實驗教學(xué)過程中，每一次課每一小組都需要供應(yīng)的實驗材料非常種類數(shù)量較多，最后得到的實驗品大多數(shù)都需要采用丟棄或銷毀的方式處理，再利用的可能性非常小，這就導(dǎo)致了大量教學(xué)資源的浪費。而且，在實驗過程中還存在一些安全隱患，普通的本科教學(xué)實驗室的安全防護設(shè)施及環(huán)境一般相對比較簡陋，如在實驗過程中需要用到的大量化學(xué)試劑，都會對學(xué)生的身體健康存在不利的影響，特別是對長期工作于這種環(huán)境下的從事實驗教學(xué)的人員的身體更易造成大的傷害。

1.4 學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性不高，創(chuàng)新思維不強

藥物化學(xué)的傳統(tǒng)實驗教學(xué)中的實驗項目多為驗證性實驗，均是先由教師講授和示教，再由學(xué)生按照實驗步驟進行操作，屬于被動式的接受模式。這種傳統(tǒng)教學(xué)模式根本不利于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也不符合當(dāng)前以學(xué)生為本的教育理念。學(xué)生在課堂上能做的就是，在有限的時間內(nèi)，按著實驗講義和教師講授的內(nèi)容，機械地按步驟地完成實驗任務(wù)，在實驗過程中基本是缺乏主動性思考和主觀能動性的，這些肯定都嚴重地制約學(xué)生創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)。

2 藥物化學(xué)實驗教學(xué)中使用虛擬實驗教學(xué)模式的必要性

2.1 增設(shè)實驗項目，拓展學(xué)生的知識面

藥物化學(xué)的傳統(tǒng)實驗教學(xué)因為要受學(xué)時數(shù)的限制，有些實驗項目無法開展。比如，走進化學(xué)實驗室之安全防護篇、三廢與處置篇、環(huán)境與管理篇等實驗項目，可以使學(xué)生進一步掌握實驗室安全與防護，鞏固實踐基礎(chǔ)。使用虛擬實驗教學(xué)可以增設(shè)實驗項目，提高實驗教學(xué)質(zhì)量，拓展學(xué)生知識面。

2.2 降低實驗材料成本，節(jié)省人力物力

將虛擬實驗運用到藥物化學(xué)的實驗教學(xué)中，可以無須再購買以前傳統(tǒng)實驗教學(xué)中需要購進的一些昂貴的實驗設(shè)備和大量實驗試劑與耗材，這不僅減輕了實驗教師的實驗準備工作負擔(dān)，還節(jié)約了教學(xué)實驗經(jīng)費，達到節(jié)能減排效果。虛擬實驗教學(xué)時采取單人單機形式，每個學(xué)生都有獨立操作的機會，這都緩解了目前實驗室建設(shè)中常見的實驗經(jīng)費嚴重短缺、實驗基礎(chǔ)設(shè)施不能達標以及學(xué)生規(guī)模不斷擴大等長期困擾的問題，通過虛擬實驗這些問題均能得到根本性的解決。

2.3 保障實驗安全，排除危險隱患

實驗室安全是目前所有高校都在高度重視的問題，開展實驗項目的前提必須是實驗安全。藥物化學(xué)的實驗教學(xué)中應(yīng)用到的一部分化學(xué)試劑具有很大的刺激味，過多吸入對人體會有一些影響，雖不致命，但會產(chǎn)生不舒服的感覺；還有一些試劑可能具有易燃易爆的特性，需要實施小心謹慎安全的保管措施。如果應(yīng)用虛擬實驗教學(xué)，可以避免實驗試劑帶來的危害與隱患，對學(xué)生和實驗教師都是有百利而無一害的。

2.4 學(xué)習(xí)不受時間和空間限制，操作簡便便于學(xué)生接受

虛擬實驗的學(xué)習(xí)一般不受時間和空間的限制，這種自由學(xué)習(xí)的方式容易讓學(xué)生接受。在虛擬實驗教學(xué)模式中，學(xué)生可以根據(jù)自己的時間去反復(fù)學(xué)習(xí)，模擬真實的實驗操作，在虛擬實驗平臺上進行測試。在此過程中，學(xué)生可自己選擇合適的實驗器材，按照步驟進行實驗，如果選擇有誤，系統(tǒng)將提示無法進入下一步，經(jīng)過反復(fù)練習(xí)與鍛煉，可以不斷激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的實驗技能。

2.5 立體化教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

虛擬實驗可以為學(xué)生創(chuàng)造一個仿真、豐富的立體化教學(xué)實驗環(huán)境，是應(yīng)用計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對實驗中所用的儀器、材料等實體進行圖像采集，應(yīng)用文本、圖像、動畫、視頻和音頻等方式將復(fù)雜變?yōu)楹唵危橄鬄榫唧w，將微觀結(jié)構(gòu)、實驗過程表現(xiàn)得形象生動，使學(xué)生在學(xué)習(xí)和測試實驗項目過程中像玩游戲過關(guān)一樣充滿趣味性，容易激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，取得事半功倍的成效。

3 結(jié)語

虛擬仿真技術(shù)由于其專業(yè)性、過程性、交互性、智能性與趣味性等特征越來越廣泛地應(yīng)用于國內(nèi)外多個專業(yè)和學(xué)科的實驗教學(xué)中。目前，我國多所著名大學(xué)、科研院所都認識到了虛擬技術(shù)的潛力和價值，先后開展虛擬實驗平臺的構(gòu)建。迄今為止，我國教育部已經(jīng)批準了300多個國家級虛擬仿真教學(xué)實驗中心，涉及多個研究領(lǐng)域[6]。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用目前已成為高等醫(yī)藥學(xué)教育的重要組成部分，開展虛擬仿真教學(xué)在教學(xué)，特別是實驗教學(xué)中意義重大。

虛擬仿真實驗教學(xué)作為一種新的實驗教學(xué)模式，可為藥物化學(xué)課程的實驗教學(xué)提供新的思路，可使學(xué)生理論聯(lián)系實際，既加深了學(xué)生對所學(xué)理論知識的理解，又提高了學(xué)生對所學(xué)知識實踐應(yīng)用的能力。通過虛擬實驗還可培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力，培養(yǎng)學(xué)生對實驗研究的興趣，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)與創(chuàng)新思維。相信虛擬藥物化學(xué)實驗教學(xué)的開展，將有利于教育資源的共享與優(yōu)化，有利于推進教育教學(xué)質(zhì)量的不斷提升。