生物制药技术虚拟仿真实验实训平台的建设与思考

◎朱思慧 黄芳一 李威 蔡珺

生物制药技术虚拟仿真实验实训平台的建设与思考

◎朱思慧 黄芳一 李威 蔡珺

虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合产物。对提高学生创新精神和实践能力具有重要的意义。本文结合应用型高等学校人才培养的定位与要求，探讨了生物制药相关专业虚拟仿真实验实训平台的建设方案，为此类专业学生无法深度进入相关企业进行生产实习和工程类专业训练提供的虚实结合的解决方案。

教育部、国家发展改革委、财政部《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》中明确指出要将现代信息技术全面融入教学改革，推动信息化教学、虚拟现实技术等广泛应用。武汉生物工程学院现有生物工程、生物技术、制药工程、中药学、药学、药品生物技术、药品生产技术等生物制药类专业，这些专业学生的课程设计、课程实训、生产实习、毕业实习等实践教学环节均需要进入实际的生产环节开展，但目前企业自动化程度高，关键岗位操作复杂，责任重大，给学生实习实训带来了一定的阻力；另一方面校内实验中无法和生产设备匹配，导致人才培养与企业在实践环节中有一定程度的脱节。

生物制药技术虚拟仿真实验实训平台的建设思路

为解决目前实践教学所遇到的瓶颈，开发新的实验实训平台势在必行，生物制药技术虚拟仿真实验实训平台是一种将理论与实践相结合的新教学平台，更是未来智能化教育的基础。为学生提供了充分动手的机会。强大的交互性能，使得学生们可以自己动手设置各种实验参数，并及时地得到结果，这在真实世界中往往是无法实现的。平台具有开拓学生的想象空间、增强学生的自信心和成就感、增强学生的安全意识等优势。平台在培养大学生的实践分析能力、工艺研究方法、创新思维和考察新事物等方面有着其他教学方法所不能替代的独到作用。通过计算机仿真，在虚拟世界中由于错误的操作而产生的安全事故，可以提高学生的警觉，分析故障原因，掌握排除故障的技巧。根据学校专业特点该平台以“生命科学与技术”+“制药技术”为建设思路搭建两个综合实训平台，由6个子平台组成。

生命科学与技术虚拟仿真实训平台

生命科学与技术虚拟仿真实训平台的主要教学资源包括以下3个部分：基础生物学能力培养平台、现代生物学综合创新能力培养平台及生物工程工艺仿真实训平台，形成了基础实验+综合实验+创新实验“三层次”，基础生物学能力培养平台+现代生物学综合创新能力培养平台+生物工程工艺仿真实训平台“三模块”，与实体实验结合+与科研项目结合+与企业实践结合“三结合”的虚拟仿真实验教学体系。

基础生物学能力培养平台。本平台包括了常规的生物学（动物学、植物学、生态学、微生物学等）课程的实习实训。拟建设“常见动、植物数字化分类鉴定系统”、“微生物生长与形态图谱识别系统”、“生化技术单元操作”等多套仿真项目，弥补基础课程无法有效实习和实习时间短、范围有限以及受生长季节限制等因素。

现代生物学综合创新能力培养平台。生物学虚拟仿真实验教学中心根据“微观实验可视化、高难度实验仿真化、危险实验安全化”的理念，将高精尖技术和教师的科研成果转化为实验教学资源，开发“现代生物学综合创新能力培养”的虚拟仿真实验项目。本平台有生物化学与分子学虚拟实验、双相电泳技术3D虚拟实验、免疫学虚拟实验、细胞遗传学虚拟实验、基因克隆及测序实验、cDNA文库构建实验等虚拟仿真实验项目。

生物工程工艺仿真实训平台。生产实训是重要的实践性教学环节，是培养研究型、技能型综合性人才培养目标的主要途径。本平台包括“啤酒发酵工艺仿真系统”、“干红葡萄酒生产工艺仿真系统”、“青霉素发酵工艺仿真系统”、“土霉素发酵工艺仿真系统”、“生物工程设备单元操作虚拟仿真实验”等。

制药技术虚拟仿真实训平台

制药技术虚拟仿真实训平台包括两部分，包括药物制剂实训教学仿真系统、中药制药实训仿真平台和GSP医药物流仿真实验室等虚拟仿真系统。

药品生产GMP虚拟实训仿真平台。囊括了国内药品生产的主要工艺流程，包括固体制剂和注射剂的主要关键环节，主要有胶囊制剂线、颗粒制剂线、摇摆制粒流程、一步制粒流程、空气净化系统、快速搅拌制粒、片剂生产流程、水针剂制剂线、制药用水系统生产流程等的交互式仿真教学，实现了全自动化、全专业知识点覆盖。三维仿真操作考核。该平台结构层次分明由课堂辅助，仿真练习和实训考核3个模块组成。

中药制药GMP实训仿真平台。中药制药GMP实训仿真平台中药材前处理生产线、中药提取浓缩生产线、中药口服液生产线、中药软胶囊生产线、中药浓缩丸生产线实训等仿真系统，提供三维动画、幻灯片、照片图文等多种教学手段，教师可以直接在课堂上调用、展示这些资料，辅助教授相关工艺和设备、生产管理知识。

药品经营质量管理规范（GSP）模拟软件。本平台以药品经营质量管理模拟认证为中心，分为管理员模块、教师模块和学生模块。学生登录后显示三种模拟实验部分，分成三个入口：批发企业、零售连锁、零售企业。学生可按照教师要求或自由选择进入任一个入口进行模拟练习。

平台建设预期效果

生物制药技术虚拟仿真实验实训平台可以为生物制药相关专业的课程教学，课内实训，毕业实习提供教学实习场所，能提高专业课程的理论及实验教学效果，使学生通过仿真实训，毕业后能够更好地适应生产一线的岗位群需要。同时，平台系统均设有仿真考核模块，可实现无纸化考试，能够做到考教分离、公平考试、真实呈现学生学习成绩，设有多种考核形式，并为学生提供了自我测试学习的方便性。

虚拟仿真实验教学是一种新兴的教学方法和手段，实现真实实验不具备或难以完成的教学功能。在涉及高危或极端环境、不可及或不可逆操作，高成本、高消耗、大型或综合训练等情况下，提供可靠、安全和经济的实验项目。可以充分调动学生的学习主动性，开拓学生的想象空间，增强学生的存在感，提高学生职业技能，是实体实验室的重要补充和延伸。

(作者单位：武汉生物工程学院)