虛擬仿真軟件在藥物分析課程中的應(yīng)用與改進(jìn)

黃宇倩，欽富華

(浙江醫(yī)藥高等專科學(xué)校藥學(xué)院，浙江 寧波 315100)

作為藥學(xué)的主要課程之一，藥物分析課程主要是對藥物及其制劑的組成、理化性質(zhì)、真?zhèn)舞b別、純度檢查和有效成分的含量測定進(jìn)行相關(guān)研究[1]。其核心目的是將學(xué)生培養(yǎng)為具有藥品綜合質(zhì)量控制理念，并掌握其相應(yīng)的知識技能的藥學(xué)相關(guān)技術(shù)人才。即使學(xué)生具備藥品的研究、生產(chǎn)、供應(yīng)、使用和監(jiān)督管理過程中的分析檢驗?zāi)芰Γ⑹箤W(xué)生能為解決藥品質(zhì)量問題提出合理的方法。藥物分析實驗課程是藥物分析課程的一個重要分支，開展實驗課程可以在鞏固學(xué)生所學(xué)的理論知識基礎(chǔ)上，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的操作能力、職業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新思維，為學(xué)生邁進(jìn)以后的工作和學(xué)習(xí)崗位打下堅實基礎(chǔ)。教師的實驗教學(xué)質(zhì)量直接關(guān)系到學(xué)生的專業(yè)水平，也影響著學(xué)生從事藥品行業(yè)的職業(yè)發(fā)展[2]。

1 知行合一對藥物分析實驗的要求

近幾年來，習(xí)近平總書記多次在會議中強調(diào)踐行“知行合一”的重要性，賦予了“知行合一”新的時代價值。在藥物分析實驗課程中踐行知行合一，就是要因材施教，將理論和實際相結(jié)合，更加注重大學(xué)生在教學(xué)活動中的主體地位，最終使學(xué)生的理論知識得到加強，實踐動手能力得到磨練，實現(xiàn)大學(xué)生的全面發(fā)展[3]。但是目前大多數(shù)藥學(xué)院校，藥物分析實驗的開設(shè)都受到了時間和空間的限制，最終使得教學(xué)過程中的理論需要和實際狀況之間出現(xiàn)了矛盾。在藥物分析實驗課程中引入虛擬仿真實驗，可以有效地解決上述矛盾[4]。

2 虛擬仿真實驗的優(yōu)勢

藥物分析虛擬仿真實驗是計算機技術(shù)和藥物分析專業(yè)知識的有機結(jié)合的產(chǎn)物，學(xué)生在操作藥物分析虛擬仿真實驗時，實驗操作要求與實際實驗相同，最終也要得出與真實實驗相近的結(jié)果和現(xiàn)象，實現(xiàn)與實際實驗相同的教學(xué)目的與要求[5]。藥物分析虛擬仿真實驗與實際實驗相比，不受時間和空間的限制，學(xué)生可以反復(fù)操作實驗步驟，做學(xué)相融，從而使學(xué)生更加牢固地掌握藥物分析理論知識，提高實踐動手技能，提升學(xué)生的就業(yè)競爭力。同時這也是對藥物分析課程的改革與創(chuàng)新，為人才培養(yǎng)提供了新的途徑。

伴隨著近幾年來藥物分析實驗課程的改革方向和趨勢，我校引入北京東方仿真軟件有限公司旗下產(chǎn)品，并將其應(yīng)用到藥物分析實驗課程教學(xué)當(dāng)中，認(rèn)真踐行“知行合一”對藥物分析實驗課程的要求，努力培養(yǎng)全面發(fā)展的藥學(xué)專業(yè)技術(shù)人才。

3 東方仿真軟件的介紹

北京東方仿真軟件技術(shù)有限公司致力于 “院校專業(yè)共建人才培養(yǎng)+企業(yè)職業(yè)發(fā)展培訓(xùn)培養(yǎng)”雙輪驅(qū)動業(yè)務(wù)模式。用產(chǎn)業(yè)人才需求助推院校教育改革，為企業(yè)提供行業(yè)資格性的培訓(xùn)服務(wù)；將崗位能力訓(xùn)練前置于學(xué)歷教育中，為企業(yè)提供新員工的崗前培訓(xùn)服務(wù)；服務(wù)院校的專業(yè)實踐教學(xué)體系建設(shè)，為企業(yè)提供崗位勝任能力培訓(xùn)服務(wù)；致力院校專業(yè)建設(shè)與合建產(chǎn)業(yè)學(xué)院，為企業(yè)提供專項能力提升培訓(xùn)服務(wù)；實現(xiàn)人才的精準(zhǔn)培養(yǎng)與高質(zhì)量就業(yè)，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)需要的崗位能力職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品中心涵蓋教學(xué)資源、師資培訓(xùn)、實習(xí)實踐、技能大賽、技能鑒定。使用范圍廣，包括化工專業(yè)，環(huán)境專業(yè)，儀器分析，制藥專業(yè)，食品專業(yè)和生物專業(yè)等領(lǐng)域。以東方仿真軟件為例，接下來重點介紹東方仿真軟件的基本構(gòu)成，講解東方仿真軟件的使用要點。

東方仿真軟件主要包括兩部分，第一部分是在線仿真學(xué)習(xí)中心，主要包括以下幾個模塊：(1)仿真學(xué)習(xí)，仿真學(xué)習(xí)主要包括實驗過程和相關(guān)工作站的操作視頻，如借助紫外可見分光光度計測定維生素C銀翹片中維生素C的含量，利用氣相色譜法測定丁香中丁香酚的含量以及利用原子吸收分光光度計法測定龍牡壯骨顆粒中鈣含量等。仿真學(xué)習(xí)中的視頻把實驗操作流程以及工作站使用過程詳實的記錄下來，更加方便學(xué)生完整的學(xué)習(xí)實驗操作，有利于學(xué)生對所學(xué)習(xí)的實驗進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)研究，加深學(xué)生們對實驗過程的理解，有利于提高他們的職業(yè)素養(yǎng)；(2)理論學(xué)習(xí)，理論學(xué)習(xí)中主要包括理論課程和題目自測，但該模塊內(nèi)容還在建設(shè)當(dāng)中，該模塊對學(xué)生的理論知識的掌握和理解起到了畫龍點睛的作用；(3)在線考試，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步在教育教學(xué)中的重要體現(xiàn)就是對學(xué)生的考核方式由原來單一的紙質(zhì)化測試逐漸向多樣化的以計算機為載體的考核方式轉(zhuǎn)變，東方仿真軟件的在線考試，方便老師隨時對學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行檢驗，在線批閱節(jié)省了教師的時間和精力，提高了教學(xué)效率；(4)學(xué)習(xí)記錄等，學(xué)生可以通過學(xué)習(xí)記錄查看自己的理論學(xué)習(xí)記錄，仿真學(xué)習(xí)記錄和考試成績記錄。方便學(xué)生課后對自己的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行及時整理和總結(jié)，進(jìn)行查漏補缺。

東方仿真軟件的第二部分是仿真客戶端，仿真客戶端包括單機練習(xí)模式和局域網(wǎng)模式。日常教學(xué)過程中，教師和學(xué)生選擇單機練習(xí)模式進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生可以反復(fù)操作虛擬仿真實驗過程，加深理解。學(xué)期結(jié)束時，教師選擇局域網(wǎng)模式進(jìn)行在線考試，檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)情況，節(jié)約了學(xué)生進(jìn)行實際實驗的時間成本和經(jīng)濟成本。教師可以通過學(xué)生提交的在線考試結(jié)果，查看學(xué)生的考試成績，提高了教學(xué)效率，并針對學(xué)生在線考試結(jié)果的分析，及時調(diào)整自己的教學(xué)策略[6]。

4東方仿真軟件在教學(xué)過程中的使用與教學(xué)過程改進(jìn)

以測定丁香中丁香酚的含量為例，東方仿真軟件在藥物分析實驗課程中的應(yīng)用可以分為以下幾個步驟，如圖1所示。該仿真實驗在最大程度上還原了實際實驗過程。同學(xué)們通過反復(fù)練習(xí)，加深了學(xué)生對實驗操作過程的掌握。

圖1 測定丁香中丁香酚含量仿真實驗步驟Fig.1 Simulated experimental procedure for measuring the content of eugenol in cloves

東方仿真軟件在線仿真學(xué)習(xí)中心的理論學(xué)習(xí)模塊目前還在建設(shè)中，在藥物分析實驗的教學(xué)過程中，如果學(xué)生直接進(jìn)行相關(guān)仿真實驗的操作，存在諸多弊端：(1)專科類院校的學(xué)生畢業(yè)后的去向除了去相關(guān)企業(yè)參加工作外，近年來，越來越多的專科生選擇專升本考試提升學(xué)歷，進(jìn)一步深造。所以在學(xué)校學(xué)習(xí)期間，打好夯實的理論基礎(chǔ)，顯得尤為重要。而現(xiàn)實情況是，學(xué)生對理論知識的掌握相對比較弱，導(dǎo)致大部分學(xué)生無法真正理解實驗操作流程背后具體的原理，將本有利于加深理論學(xué)習(xí)，提高實踐能力的仿真實驗，變成了流水線似的操作。(2)在線仿真學(xué)習(xí)中的操作視頻播放速度太快，部分學(xué)生無法跟上速度，不利于他們對實驗操作過程的學(xué)習(xí)。(3)諸多仿真實驗沒有提供實際的實驗操作條件，如：利用氣相色譜儀測定冰片含量時未設(shè)置相關(guān)實驗溫度，壓強，流速等實驗條件，這導(dǎo)致仿真客戶端的氣相工作站相關(guān)步驟，無法順利進(jìn)行。

虛擬仿真實驗的引入是為了進(jìn)一步加深學(xué)生對理論知識的學(xué)習(xí)，提高他們的實踐操作能力。為了真正實現(xiàn)東方仿真軟件在教學(xué)過程中的作用，針對上述存在的問題，我對整個教學(xué)過程進(jìn)行了以下改進(jìn)：(1)利用Powerpoint教學(xué)輔助資源對理論知識進(jìn)行梳理和講解，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)上可汗學(xué)院相關(guān)講解視頻，儀器實物圖片，幫助學(xué)生理清物質(zhì)定性定量分析的原理。讓學(xué)生在實際操作過程前，掌握實驗原理，清楚實驗過程，明確實驗?zāi)康摹?2)將實驗操作視頻轉(zhuǎn)換為文字模式，讓學(xué)生將文字操作流程和操作視頻結(jié)合使用，方便他們更加準(zhǔn)確地操作和反復(fù)練習(xí)。有利于提高學(xué)生的實踐操作能力，加強職業(yè)素養(yǎng)。(3)利用中國知網(wǎng)，在線查找與教學(xué)實驗相關(guān)的實驗文獻(xiàn)，下載分發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生自主的閱讀文獻(xiàn)，最終結(jié)合文獻(xiàn)，確定自己的模擬仿真實驗操作條件。如在學(xué)習(xí)利用氣相色譜法測定冰片含量實驗時，東方仿真軟件里面沒有提供相應(yīng)的操作視頻以供學(xué)生學(xué)習(xí)，教師在中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中，查找到文獻(xiàn)《氣相色譜內(nèi)標(biāo)法測定五福心腦清軟膠囊中冰片含量》[7]。下載下來，分發(fā)給學(xué)生。教學(xué)過程中，學(xué)生通過自主閱讀上述文獻(xiàn)內(nèi)容，對整個實驗分析過程進(jìn)行學(xué)習(xí)，了解到氣相色譜法測定冰片含量實驗過程中的色譜應(yīng)采用的方法和條件的設(shè)定，內(nèi)標(biāo)物的選擇，標(biāo)準(zhǔn)溶液以及樣品溶液的制備。《氣相色譜內(nèi)標(biāo)法測定五福心腦清軟膠囊中冰片含量》使用的色譜條件如表1所示。學(xué)生們采用文獻(xiàn)中的色譜條件先在東方仿真軟件工作站對新方法進(jìn)行編輯，然后按照上述實驗條件進(jìn)行虛擬仿真實驗，實驗結(jié)束后對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，導(dǎo)出樣品的最終處理數(shù)據(jù)文件，得到虛擬仿真實驗所要測定的冰片樣品色譜譜圖和樣品的濃度。

表1 色譜條件的選擇Table 1 Selection of chromatographic conditions

在實驗結(jié)束后，將仿真實驗所得色譜譜圖與文獻(xiàn)中的色譜譜圖進(jìn)行對比分析，進(jìn)一步讓學(xué)生確定自己仿真實驗的成功與否。整個藥物分析實驗的教學(xué)過程，加深了學(xué)生對氣相色譜定量分析的認(rèn)識，提高了他們的譜圖分析能力，文獻(xiàn)閱讀的能力。利用東方仿真實驗，同學(xué)們對氣相色譜法測定冰片含量的實驗原理，過程，實驗條件的設(shè)置以及數(shù)據(jù)的整理分析與歸納，都有了一定程度的掌握。在這種情況下，再進(jìn)行氣相色譜法測定冰片含量的實驗教學(xué)，大大降低了實驗的出錯率，提高了同學(xué)們在真正測定冰片含量的操作技能。在實際的實驗操作過程中，學(xué)生能夠熟練的設(shè)定氣相色譜的流速，進(jìn)樣口溫度，分流比，起始柱溫，最終柱溫以及升溫時間等相關(guān)實驗條件，根據(jù)虛擬仿真實驗的操作練習(xí)，明確實驗操作流程，先配制對照品溶液，樣品溶液，然后熟練并正確的操作氣相色譜儀，對對照品以及樣品溶液進(jìn)行測定，并計算峰面積，得出冰片含量。

虛擬仿真實驗結(jié)合實際實驗教學(xué)，這對理論學(xué)習(xí)和實踐操作兩個維度的學(xué)習(xí)都起到了至關(guān)重要的作用。總而言之，虛擬仿真實驗的目的是為了進(jìn)一步提高學(xué)生的專業(yè)知識和職業(yè)素養(yǎng)。在教學(xué)過程中，合理地利用虛擬仿真實驗，根據(jù)學(xué)生的實際情況，對課程進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，不完全依賴虛擬仿真實驗，也不脫離理論知識對學(xué)生的要求，才能培養(yǎng)出具有創(chuàng)新精神的全面發(fā)展的藥學(xué)專業(yè)技術(shù)人才。

5 結(jié) 語

藥物分析虛擬仿真實驗為教和學(xué)都提供了一個良好的舞臺，尤其是給學(xué)生提供了一個相對安全、開放、自由的實驗環(huán)境，但實驗教學(xué)過程中，不能完全依靠虛擬仿真實驗，要讓學(xué)生不僅知其然，還要知其所以然。學(xué)生只有在真正理解了理論知識的情況下，才能進(jìn)一步提升實踐操作能力和職業(yè)素養(yǎng)學(xué)生。最終使學(xué)生具備自主學(xué)習(xí)、辯證思維、團(tuán)隊協(xié)作的能力，初步建立起藥物分析的思維，為社會發(fā)展培養(yǎng)高素質(zhì)的藥學(xué)專業(yè)人才[8]。