体内药效学虚拟仿真系统在药理学教学中的应用

刘小东，刘晓颖，苏湲淇，谭 娇，郑小红，张稳稳

（重庆医药高等专科学校药学院，重庆 401331；重庆市药物制剂工程技术研究中心，重庆 401331）

药理学是药学与医学之间的桥梁学科，在医药类高职高专课程设置中，多作为专业基础课程或核心课程开设。由于培养周期较短、理论基础较薄弱、基础课程学习不好等原因，高职高专学生普遍对抽象晦涩的药物作用机理、不良反应等重要理论知识和因教学条件所限不能充分训练的重要实验技能的理解掌握存有一定的困难，进而影响了学生学习兴趣和教学效果[1-2]。如何针对药理学课程特点和医药类高职高专学生实际情况，调动师生积极性和主动性，提高教学效果，培养满足社会需要、受行业欢迎的高素质技能型人才，成为药理学教学面临的重要问题。

近年来，信息技术与学科整合推动了教学改革的步伐，许多高校在药理学教学中增加了新的元素，其中以虚拟仿真教学技术为首要[3-4]。课题组教师采取问卷调查和访谈方式，对学生学习特征与学习需求进行调查和分析，并结合多年教学经验，针对传统药理学理论和实验教学中普遍存在的问题，与企业合作开发体内药效学虚拟仿真教学系统。该系统涵盖传出神经系统药物、心血管系统及血液系统药物、消化系统药物三大类，包括肾上腺素、硝酸甘油、强心苷、奥美拉唑等近30个机制复杂、作用广泛的典型药物和传出神经系统药物对家兔动脉血压的影响、强心苷对离体蛙心的影响、未知药物（有机磷）中毒及解救等近10个难度较大或具有一定危险性的重要实验。这些优质信息技术教学资源在药理学课堂教学和学生课外学习中的应用，提高了学生学习积极性和教学效果，为传统药理学教学改革开拓了新渠道。

1 体内药效学虚拟仿真教学系统在药理学教学中的应用

1.1 药物作用机理虚拟仿真教学

许多药物的作用机理复杂抽象，涉及大量生理、生化、病理、分子生物学等基础知识，一直是传统药理学理论教学的难点，学生只能靠死记硬背学习记忆。体内药效学虚拟仿真系统利用精细、准确的三维虚拟仿真技术，搭建机体各个组织器官的模型，选取典型药物的临床常用剂型，在进行给药操作后，可通过切换视角、旋转、放大、缩小等操作，360°观察药物作用组织器官的宏观视角、剖面视角、细部结构视角的药理效应和药物分子细胞水平的作用机制，逼真、形象地再现药物从进入体内到作用于病灶器官、组织细胞的过程，帮助学生更加清晰地认识药物作用机理及药效反应。

1.2 安全用药虚拟仿真教学

安全用药是临床用药的基本要求，也是药理学教学的重点和难点。体内药效学虚拟仿真系统集成典型用药的安全用药范围和案例，可直观、逼真地模拟出错误用药和过量用药对相应组织器官造成的不良影响。如阿托品的使用量超出安全用量则会出现中毒症状，虚拟仿真病人会在药效展示时，出现瞳孔扩大、颜面潮红、皮肤干燥、神志模糊、躁动、抽搐、心动过速等症状。此外，体内药效学虚拟仿真系统还能模拟一些药品发挥效用时产生的典型副作用，模拟应用治疗量的药物后所出现的治疗目的以外的药理作用。通过模拟错误用药导致的器官反应和正确用药引起的典型副作用，让学生更加直观、深刻地理解用药安全的重要性，学会合理使用药品。

1.3 实验教学

对于实验教学中经常开展的一些步骤复杂、难度较高或具有一定危险性的项目，课前预习是保障实验顺利进行的必要条件。教师将要开展的实验项目提前一周告知学生，学生可在实验课前登录虚拟仿真实验教学平台观看实验操作视频，也可自己动手完成虚拟仿真实验进行预习和自学，弥补单纯通过文字描述或图文讲解进行预习效果不佳的缺陷[5]，加深学生对将要学习的实验的理解，提高预习效果。课堂上，由于学生已在课前通过体内药效学虚拟仿真系统进行了预习，因此，教师只需要引导性地讲解实验要点、技巧和注意事项。学生在操作前根据教师讲解的关键步骤和技术要点反复进行针对性模拟操作练习，熟练掌握实验操作，顺利完成实验。这不仅提高了实验效率和成功率，增强了学生的成就感，还有效减轻了教师实验指导的工作量。此外，让学生在虚拟仿真平台进行回顾性实验操作，也可作为一种实验技能考核手段和评估方法。

2 体内药效学虚拟仿真系统在药理学教学中的作用

2.1 丰富教学内容和手段

医学、药学教学不同于其他学科教学，对教学直观性和实践性要求极高。在传统药理学教学中，一些复杂抽象的重要理论知识，如某些药物的作用机理和不良反应等，难以直接进行展示，使得学生很难深入地理解相关内容[6]。另外，一些重要的实验项目因受教学条件如动物、药品、经费等限制，或操作难度大、具有一定危险性等，不能充分开展，学生没有机会参与这些重要的实验，影响了操作技能的提升。体内药效学虚拟仿真教学系统利用精细、准确的三维虚拟仿真技术，可将许多原本难以直接呈现的理论知识真实、直观、生动、形象地展示出来，还能高效率、低成本重现受时间、空间、操作等因素限制的实验过程，让学生有充足的机会进行虚拟操作，有效丰富了药理学理论、实践教学内容和教学手段。

2.2 改变教学方式

体内药效学虚拟仿真系统打破了时间、空间的限制，是药理学课堂教学的有力补充，学生不必拘泥于课堂学习，可在具备丰富教学资源的平台上进行生动逼真的虚拟操作，加强对复杂抽象的理论知识的理解和掌握。同时，这也改变了传统实验教学先由教师讲解和示范，再由学生按照实验指导和示范按部就班地操作的方式。在体内药效学虚拟仿真系统构建的逼真的实验教学环境中，学生能产生置身其中的感觉，实现互动实验教学。这不仅解决了传统实验教学枯燥乏味问题，减轻了教师实验指导的工作量，也最大限度地激发了学生自主学习的兴趣以及探索知识的欲望，有助于培养创新思维能力[7]，大大提升自主学习能力和学习效果，并在一定程度上消除不同教师教学质量的差异。

2.3 实验教学更加安全高效

药理学实验教学中涉及一些操作难度大、步骤复杂耗时的重要实验，若学生没有真正掌握实验操作步骤和技术要点或实验过程中操作疏忽，容易导致实验失败甚至对操作者造成一定危害。而虚拟实验无任何危险，有毒、有害、污染环境、破坏性实验都可在虚拟仿真教学平台上完成，更加安全。此外，模拟操作实验允许多次尝试，学生可针对性地学习关键技术，掌握操作后顺利完成实验，并且不需要消耗实验器材、试剂、动物，有效提升了教学效果，缩减了实验经费[8]。

3 展望

体内药效学虚拟仿真教学系统具有自主性、开放性、益学辅教等优点，是传统药理学教学方法的有力补充。将其运用到医药类高职高专药理学教学中，可帮助学生加深对药物作用机理、安全用药等重难点理论知识的理解，高效率、低成本地开展受时间、空间及操作难度等限制的实验项目，丰富了教学内容和教学手段，激发了学生学习兴趣，提高了教学质量和效果，深受师生欢迎。在教育全面进入信息化时代和深化教学改革的背景下，虚拟仿真技术将被推广应用到更多高校和相关学科教学中[9]，为进一步提高学生理论和实践水平、培养创新性应用型人才发挥重要作用。