药剂学与药物分析学多功能实验教学互动平台的建设与实践

刘 丹，叶明盾，陈 宝，陈健文，吴琳娜

(1.中山大学药学院，广东 广州 510006；2.庚商网络信息技术有限公司，上海 201612)

实验教学是实践性教学的一种组织形式，是指学生在教师的指导下，使用一定的设备和材料，通过控制条件的操作过程，引起实验对象的某些变化，从观察这些现象的变化中获取新知识或验证知识的教学方法。实验教学是学生实验能力培养体系的重要组成部分，也是整个教学过程中理论联系实际，培养学生创新和实践能力的重要环节[1-2]。药剂学与药物分析学作为两门实践性和应用性很强的学科，药剂学与药物分析学实验课是培养学生专业知识、专业技能的主要课程，对培养学生耐心细致的观察能力和动手操作能力，树立实事求是、严肃认真的科学态度以及刻苦钻研、坚韧不拔的工作作风起着不容忽视的作用[3-7]。实验教学和理论教学在人才培养过程中都发挥着重要的作用，二者相辅相成，具有同等重要的地位，缺一不可。

传统的实验教学模式通常包括课堂讲解、教师示教、学生操作、汇报结果和课堂评讲等实验教学过程，教学模式统一，教学手段单一，导致学生学习的积极性和主动性不够[8]。在实验过程中学生往往只是机械、简单地完成实验，而不善于积极思考和发现问题，且与教师沟通交流较少，与我们创新型人才的培养目标存在一定差距。因此紧跟信息技术发展的潮流，积极探索实验教学的新模式和新手段，成为我们今后努力的方向[9-12]。

1 传统实验教学模式存在的问题

1.1 教师示教效果差

传统的示教方式通常为教师在讲台演示，学生围绕在教师四周观摩学习。示教受实验场地、人数、观看角度的限制，学生无法清楚全面地掌握示教内容。这种示范性操作往往只能使前几排的学生看得比较清楚，而对于后排的学生，只能看到个大概，教师的操作细节很难辨清；即便是学生围在教师周围观看实验示范操作，也同样不能保证所有学生都能全方位观看到教师的操作。

1.2 学生无法复习操作重点和难点

教师在讲台上进行实验演示时，由于没有相应的拍摄软硬件支持，无法进行拍摄和回放。演示实验一旦结束，学生的观摩学习也随之结束，学生无法回顾或复习操作中的难点和重点，影响了学习效果。

1.3 教师巡视存在盲区

学生在进行实验的过程中，带教教师一般采取在实验室巡视的方式检查学生的实验操作情况，以便对错误的操作及时纠正和指导。但由于受场地和视野的约束，教师的巡视存在盲区，很难全面及时掌握学生的操作情况，也无法记录学生错误的操作过程供别的学生参考，限制了教师对全部学生实验操作过程的了解以及做出相应的指导。

1.4 课后无法复习实验操作过程

学生实验操作基本上都是在特定的上课时间以及规定的实验室中进行，一旦课程结束，学生对该实验操作的复习就只能凭借记忆和简单的文字记录。随着时间的推移和实验数据的增多，学生对某个实验的操作会渐渐模糊，不便于学生课后复习。

总之，传统的实验教学方式限制了师生之间的教与学的互动，不能充分调动学生学习的积极性和提高学生的学习效率。

2 多功能互动实验教学平台的建立

多功能互动实验教学平台是将电脑、摄像机、耳麦等硬件设备与视频互动软件进行有效的集成，一方面能实时传输视音频信息，使师生之间可以远距离地进行真实、直观的视音频交流；另一方面，利用多媒体技术的支持，可以帮助教师处理工作中的各种信息，如共享数据、共享应用程序等，从而构造的一个多人共享的虚拟工作空间，是一种新的实验教学网络平台(图1)。

图1 互动平台示意图

药学院为了提高实验场地的利用率，将药剂学实验和药物分析学实验整合在一个实验室进行，成立了药剂学与药物分析学实验室，每学年的秋季学期和春季学期分别上药剂学和药物分析学实验课。为了提高实验教学的效率，激发学生的学习兴趣，加强实验带教过程中的师生互动，避免传统实验教学的弊端，药学院在药剂学和药物分析学本科实验室率先建设了华南地区首个多功能互动实验教学平台。

3 平台的组成

3.1 平台的硬件组成

在实验室配备连入局域网的计算机16台(其中教师机1台，学生机15台)，30个学生端摄像头和1个教师高清摄像头，一块电子白板、一个服务器、一台视频控制器和一台交换机。教师机安放在讲台上，教师高清球形摄像头装在教师机上端，可通过遥控器进行放大、缩小、上下、左右的对焦操作。学生机和学生端摄像头安装在学生实验操作台面上(图2)。教师计算机和学生端计算机通过交换机连接起来，各种信息的处理则在与交换机连接的服务器内进行，服务器可与互联网连接，实现远程接入和控制[13]。每3名学生共享一台计算机。

图2 学生端计算机

3.2 平台的软件组成

平台软件方面采用B/S、C/S架构，融合视频、音频、网络技术、视频会议技术并结合药学实验专业的特点，按照实验教学习惯完成日常的教学任务。课程资源及课下师生的互动则通过课程互动平台实现。

4 平台建成后的功能

4.1 轻松实现多媒体教学

教师可通过教师机向学生机采取广播的形式播放PPT、视频、录像、板书等教学资料，学生可坐在自己座位上通过学生机清晰地接收以上资料，避免了以往学生簇拥在教师周围，由于距离和视角的原因无法清楚地看到以上资料而影响到学习。教师可以在教师机端或电子白板上进行板书，从而取代了黑板，避免了传统的黑板板书方式产生的粉尘对教师健康的影响。

药剂学实验课的特点之一就是仪器较多，有的仪器操作还较为繁琐。为了取得更好的实验教学效果，药剂学教学团队在2013年制作了药剂学实验的视频。拍摄了10次实验课和8种仪器的操作视频，每个视频时长约为10分钟。每次上课时，带教教师都会播放相应实验和仪器操作的视频，并对仪器使用和实验操作中的难点和关键点进行讲解，学生通过学生机可以清晰地看到仪器和实验操作的详细步骤和具体细节，对实验中的关键点有了大致了解，减少了实验操作的错误，实验的成功率大大提高，取得了较好的教学效果。

药物分析实验用到的仪器也很多。鉴于药剂学实验通过平台在实验课中播放实验和仪器操作视频，让学生提前预习实验操作的步骤，取得了良好的实验教学效果，药物分析实验教学团队随后也拍摄了液相色谱仪、气相色谱仪、毛细管电泳仪、微流控芯片分析仪等仪器的操作视频，每个视频时长约5～10分钟，部分操作视频截图见图3。在实验课中播放相应仪器的操作录像并进行讲解，让学生在上机前预先学习仪器操作的难点和关键点，减少仪器操作的错误率，提高实验的成功率。

4.2 改变传统的教学模式

由教师机对学生机实现屏幕监视、远程监视、讨论发言、转播示范及远端复位、遥控辅导、语音分组讨论等多种教学功能，它不仅改变了传统的教学模式，将电脑教学的功能变得多样化，教师不必再花费很多时间来回巡视教室，只需在教师机端即可轻松实现对学生操作的监控和指导，还可将学生代表性的操作展示到学生机，并对其操作的优缺点进行点评，供其他学生学习和参考，实时实现教学互动。

图3 药物分析实验仪器操作视频截图

2017年11月，我院承办了第五届全国医药院校药学/中药学专业大学生实验技能竞赛。为了向参会人员展示选手的实际比赛情况而又不影响选手的临场发挥，我们在赛场外的两个会议室，通过平台的远程监视功能，向参会的300多位嘉宾实时播放了选手的操作情况。嘉宾们既能看到参赛选手在比赛场地的操作情况，又不会对选手造成干扰，保证了比赛正常有序的进行，得到了参赛选手和嘉宾的好评。

4.3 录制功能

可以在教师机端将教师的演示实验录制下来供学生课中或课后学习、观摩；在考试或者竞赛时，也可将学生考试或实验竞赛中的音视频录制下来，以便于回放供考官打分或者作为考试凭证使用。每年药剂药分的本科生实验考试和研究生入学操作考试时，我们都会将考生的操作录制下来存档备案。

4.4 互动讨论功能

教师与学生可通过系统的文字交流功能对实验中出现的问题实现一对一或一对多的交流，方便师生及时解决问题。这种功能特别适合于实验室较大，学生人数多，不方便面对面交流和沟通的场景。

5 平台使用后的评价

随着科学技术的发展，尤其是信息技术的发展，传统的教学方法已不能满足当今的教学需求，越来越多的高校将计算机辅助教学应用于理论和实践教学中。事实表明，计算机辅助教学极大地丰富了课堂教学，促进了学生对知识的理解和记忆，有利于培养学生的各种能力，提高学生的素质和教学效果。

目前的大学生多为1990年代出生的人群，他们多数在较优越的生活环境中并伴随着互联网的发展而成长，对新技术和新事物的接受能力强，借助智能手机和电脑上网浏览网页、获取信息成为他们学习生活的重要部分[14-15]。而互动实验教学平台这一新颖的实验教学方式，正好契合了学生的学习方式，能真正意义上做到师生的互动，实现视频、音频、计算机屏幕等信息的实时传递。通过摄像头+耳麦，对学生端、教师端的音视频进行取材，通过投影幕/显示屏对课程内容展示。教师端电脑下发教学资料，学生端电脑用于课程、视频资料的显示。在课堂上能针对性的学习和观摩，加强师生教与学的互动，增强了学生学习的积极性和主动性，取得了良好的实验教学效果。

6 结语

药剂药分互动实验教学平台通过一段时间的运行，提高了师生在实验课中的教学互动，学生在课堂中的学习从被动的接受知识转变为主动思考和积极探索，得到了广大师生的一致好评，已向学院其他专业实验室推广使用。学院随后又搭建了生理与药理学、生药学与生物技术、药物化学与天然药物化学实验教学互动平台，全院所有专业实验课均可使用相应的平台进行实验教学，极大地提高了我院本科实验教学的质量。作为在华南地区首家建成的实验教学平台，具有示范作用和辐射带动效应，已有多家高校到药学院学习考察，拟结合学校和学科自身特点，建设多功能互动实验教学平台。