虚拟仿真实验在中药制剂分析实验教学中的应用探讨

朱 丹，徐文芬，麻秀萍，杨 菁，郭江涛，陈 亮，陈 滕

(贵州中医药大学 药学院，贵州 贵阳 550025)

中药的质量安全是中医药事业发展的基础，也是保障人民健康的必然要求。因此中药及其制剂质量的检测成为了分析工作的重中之重。而中药质量的检测离不开各类分析仪器的应用，包括高效液相色谱仪、气相色谱仪和红外光谱仪等。因此，将各类分析仪器灵活的用于中药制剂质量的检查、了解各类仪器实验的原理，成为了中药制剂分析实验教学的重点内容。但由于学校教学条件的限制，对于一些贵重的大型仪器，学生无法真正的动手操作；甚至是学校已有的仪器，也因为人多仪器少，而无法使学生真正掌握仪器的使用方法。虚拟仿真实验的出现，为解决此类问题提供了有效的方法，同时也为我们的教学改革提出了新的思路。

虚拟仿真主要是通过计算机系统，利用多种虚拟仿真实验的技术，模拟真实的实验环境，让操作者在虚拟的环境中以接近真实的感受完成预定的实验项目[1]。虚拟仿真实验的场景还原度高，且不受时间和空间的限制，给高等教育的很多实验教学环节带来了便利，通过虚拟仿真实验，可有效加深学生对深奥难懂的理论知识的理解，在一定程度上激发了学生的学习兴趣[2]。

1 中药制剂分析实验教学现状

1.1 实验仪器缺乏

在实际的教学过程中，通常需要大量、价格昂贵的大型分析仪器，而由于仪器设备成本高，占用空间大，因此实物实训需要的设备数量有限，无法满足学生人手一台设备，所以在中药制剂分析实验课堂上通常是几个人一组来使用一台仪器，并且真正操作仪器的也只有其中的一到两人，其他组员都处于观望状态，无法提出操作者实验过程中所出现的问题，积极性、主动性不强。

1.2 理论和实验脱节

在中药制剂分析的教学过程中，笔者发现大部分学生对仪器的构造不熟悉，因此在理解实验的原理上存在困难。而在实际的实验教学过程中，教师又不可能把仪器部件全部拆开逐一讲解，因此在讲解实验原理时，大部分学生无法构想仪器的运作过程，觉得生涩难懂。

1.3 实验时间短

由于仪器的操作过程相对比较复杂，并且所需时间较长，学生需要足够的实验时间才能熟练掌握中药制剂分析技能和仪器的使用。而由于课时的限制，往往同一个实验只能分组操作一次，即使实验操作失误也不能够重来，所以学生实际操作的时间较少，实验技能及效果得不到反复的训练，难以真正掌握实验中规范性的操作和真正理解实验的奥义。

2 虚拟仿真实验的优势

2.1 讲解生动直观

虚拟仿真实验通过计算机模拟技术可呈现出仪器的三维立体结构，能够通过动画生动直观地给学生展示仪器的基本结构、操作方法和实验原理，结合理论的讲解，使晦涩的知识变得生动有趣，使学生对仪器的分析过程更为明确、清晰，加深学生对知识的理解。

2.2 打破时间和空间的限制

虚拟仿真实验系统不受时间和空间的限制，向学生提供能随时进行虚拟仿真的实验条件，让学生在虚拟环境中开展实验，并且可以通过反复训练，使学生尽快熟悉仪器操作规范，掌握操作要点。

2.3 实时检测评价

虚拟仿真软件配备有智能检测评价系统，学生按照实验步骤进行操作，操作错误即无法进入下一步操作。在这个过程中，学生能够及时发现自己的错误和存在的问题，进行思考，重视实验过程中每一个操作步骤。最后，系统还能对学生的总体操作进行评价，帮助学生改正和进步。

2.4 节约实验成本

虚拟仿真实验的主要依托是计算机，因此，学生只需要在计算机上进行实验的模拟操作，减少了实验试剂的消耗和实验仪器的损耗，先通过虚拟仿真实验，使学生熟练掌握实验原理和基本步骤，再进行真实的实验操作，不仅可以切实节约实验的成本，还能提高教学效果。

3 虚拟仿真实验存在的问题

3.1 虚拟过程过于理想化、单一化

真正的实验过程存在着很多不确定因素，比如高效液相色谱仪的漏液、压力不稳，气相色谱仪的检测器无法点火，亦或是色谱管道堵塞等等情况，这些不确定因素或异常情况都会导致实验的失败甚至无法进行。而虚拟仿真实验只要操作步骤正确就一定能得到一个很好的实验结果，因此，虚拟仿真实验无法真正模拟实验过程中出现的种种复杂问题，对于培养学生分析和解决问题方面也较为局限。

3.2 无法真正提高学生的动手能力

虚拟仿真实验仅仅依靠电脑操作即可完成实验的模拟过程，无法真正操作实验仪器和掌握样品前处理的过程，不能提高学生的实际动手能力。例如，在高效液相色谱法的实验中，前期需要对供试品进行提取、纯化等处理，而在进样时，也需要学生熟练掌握进样技术，才能使实验结果有良好的重现性，这些操作仅仅依靠模拟是不够的，需要学生在现实实验中反复操作练习，才能够真正掌握技术要点。

3.3 无法培养学生的团队精神

真正的实验过程，往往是通过分组完成实验的，在实验小组内部，每个同学都有具体的分工，共同配合完成实验。这种方式不仅锻炼了学生的团队合作精神，也很好的培养了学生交流沟通的能力。而虚拟仿真实验仅仅依靠学生个人即可完成，无法培养学生的团队精神。

4 总结

虚拟仿真实验有着不同于传统实验的优势，但同时也有其缺点所在。要想利用其优势而规避其缺点，那么在实验过程中，必须将虚拟仿真实验和传统实验相结合，将虚拟仿真实验引入中药制剂分析实验课的教学，在理论教学与实验教学之间搭建起一个桥梁。通过虚拟仿真实验的熟练操作后，让学生进入实验室对中药制剂实物进行分析，并对学生的每一步操作和实验结果进行评价。通过虚拟仿真与实验实践的融合，有效的解决学生不懂原理，不会操作，仪器不够的尴尬处理，提高理论教学和实验教学的质量，培养真正能够独立开展中药制剂分析工作的分析人才。