虚拟仿真技术在中药制药实验教学中的应用研究

刘睿 焦新怡 刘岩 于洋 李正

[摘 要]随着科技的迅速发展和数字化产品的日益普及，“互联网+教育”模式使学习领域、知识范围以及学习方式均发生明显的改变，学生们更习惯并擅长使用数码产品进行生活和学习。文章提出基于虚拟仿真技术的中药制药实验教学模式的改革思路及举措，以中药炮制实验教学为例，开创新的实验教学模式，适应新时代实验教学改革发展的需要。

[关键词]虚拟仿真技术;中药制药实验;教学模式改革

[基金项目]该文系2018年度国家虚拟仿真实验教学项目“现代中药制药过程虚拟仿真实验项目”

[作者简介]刘 睿（1980—），女，天津人，博士，天津中医药大学中药制药工程学院药事管理教研室主任，主要从事中药制剂研究;李 正（1976—），男，浙江杭州人，博士，天津中医药大学中药制药工程学院院长（通信作者），主要从事中药智能制药研究。

[中图分类号] G434[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）27-0389-02[收稿日期] 2019-11-01

一、虚拟仿真技术简介

虚拟仿真（Virtual Reality， VR）以计算机软件及硬件为基础，利用多种技术手段创建而成，是对已知或未知世界的仿真，用户可借助感觉器官等多种传感通道与虚拟世界进行自然的交互[1]。其互动性与逼真性给用户创建了实时反映实体对象变化与相互作用的三维虚拟世界。虚拟仿真可以创建各种形式的实验教学场景，供学生完成多种类型的实验，达到优化实验教学环境、充实实验教学内容、提高实验教学质量的目的。

二、中药制药实验教学现状及存在的不足

中药炮制实验是中药制药实验教学的重要组成部分，其教学目的就是要让学生掌握中药炮制的基本理论和操作技能，注重理论与实践结合。然而，目前中药炮制学实验教学的现状如下[2]：

1.中药炮制实验教学课时较少，不能满足炮制作为制药技术需要大量实践的要求。此外，在实验教学中，以教师为主，借助PPT讲述操作步骤、操作规范，然后做操作示范，学生再模仿验证实验结果。该教学方式忽略了学生在学习中的主体地位，导致实验中积极性不高、参与度低，难以激发学习兴趣。

2.实验存在安全隐患、耗时久，实验教学内容有限。从古至今中药炮制技术内容丰富，但在有限的实验课时内，只能学到一些基本操作方法和技能，因而会阻滞学生拓宽视野、丰富专业知识。另外，对于一些有毒药材或耗时较长的药材的炮制，传统的实验室受场地、时间的限制，不利于学生掌握药物炮制的实验操作技能。

随着中医药高等教育的快速发展，高校只有运用计算机信息技术，开展实验教学模式改革，才能适应现代化、高质量、高标准发展的需要。

三、基于虚拟仿真技术的中药制药实验教学特点

中药炮制学采用虚拟仿真实验教学，能够在通过计算机技术创建的虚拟环境中切实参与中药炮制过程，增强学生的学习兴趣及自主操作能力，提升教學质量。在实验教学中，采用不同形式的虚拟仿真技术，模拟真实的实验环境，在虚拟的实验环境中对虚拟或仿真的实验器具、样本进行虚拟状态操作，得到一种接近真实的参与感受，达到提高实践操作技能、提升教学质量的目的[3]。与传统实验教学模式相比，虚拟仿真实验教学模式主要优势如下：

1.实验过程更加安全。虚拟仿真技术创建的实验环境，可以在一定程度上有效地避免传统实验室的安全隐患。在开展蒸馏操作时，操作不当会引发易燃易爆品的化学性爆炸，会严重威胁学生安全。建立虚拟仿真的实验环境，提供逼真的实验操作感受和乐趣，熟悉实验操作流程;安全的实验环境，可以进行多种实验操作，丰富教学内容[4]。

2.突破时间和空间的局限。虚拟仿真实验从各个角度详细、直观地展示炮制技术的实验过程。学生通过置身于虚拟的实验环境，模拟真实的操作过程，不受实验时间、材料、空间等因素的限制，对于各种传统或现代化中药炮制实验操作技术进行全面掌握。例如毒性药材附子的炮制以及耗时较长的六神曲制备实验，可以运用虚拟仿真开展实验。学生在虚拟环境中通过提示首先选择炮制药物;期间有能源和材料供选择使用，并且有提示弹框，指导如何鉴别、筛选、炮制药物，每个药物每道工序的完成都会有百分比进度条显示，达到百分之百即为完成，学生可将炮制完成的药物成品收纳进入相应的药柜中，点击药柜存放同时会有提示弹框标明该药物的炮制前后的功效主治，这些操作步骤学生都可独立有效地完成，有助于提高动手操作能力，缩短实验时间。

四、中药制药虚拟仿真实验教学模式的构建

2018年，教育部决定开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作，深化信息技术与教育教学深度融合。同年，我校中药制药工程学院成功申报现代中药制药过程虚拟仿真实验项目。依托于项目的支持，中药炮制学虚拟仿真实验教学模式构建如下：

1.VR虚拟实验室建设。对现有房屋进行装修改造，购买大屏幕显示器及头戴式VR设备以及对场景、动作、特效进行设计，使学生产生互动的体验感受，扩大与虚拟世界的信息交流。开发闯关形式的中药炮制实验，学生可完全沉浸在虚拟的实验环境中，利用虚拟实验台自己动手调节实验仪器设备，按流程提示完成各个关卡。在此期间，学生可获得免费能量、材料有限，因此炮制过程中学生需通过完成任务来获得能源或材料，例如每日签到、浏览一分钟中药炮制小科普、中药知识趣味答题等。学生通过自主设计、学习中药炮制实验的操作方法，独立完成操作步骤。VR虚拟实验室采用生动形象的方式，能提高学生的学习兴趣。

2.师生共享资源库的建设。教师和学生建设共享中药炮制学课程的知识点、实验做法课件、典型炮制实验案例知识信息库，并着重凸显资源库的专业特色。教师、学生都可进入资源库网页终端分享思想、表达观点、提出疑问等，方便师生随时随地交流探讨，促进学生主观能动性的发挥。教师需适当给出引导方向，满足现代实验教学以学生为主体的要求。

五、虚拟仿真技术对中药制药实验教学改革意义

1.提升学生的实践创新能力。中药炮制虚拟仿真实验教学利用计算机信息技术打破传统实验室时空的局限性，创建高度逼真的虚拟实验环境，为学生提供更好的临场感，在虚拟的实验环境中接近真实地完成实验操作。通过简单新颖的实验教学模式，增强学习积极性，有效地练习并提高操作水平;提供更深刻的现实感，增强学生的理性认识，弥补书本或平面资料在三维空间中的认知缺陷。整个画面逼真，能激发学生想象力与创造力。

2.丰富实验教学内容与质量，加快实验室现代化建设。目前中药炮制学实验课时有限，只能让学生掌握一些基本的炮制实验操作方法和技能。然而，中药炮制技术的内容是极其丰富的，既有传统的、独特的一些炮制技术，还有现代先进的炮制技术。虚拟仿真技术的引用，扩大了实验教学范围，丰富了实验教学内容。学生可以在虚拟的实验环境中学习、掌握更多中药炮制技术，还可加深对实验的理解和记忆。同时，共享资源库的建设，方便师生交流思想、探讨实验细节。启发式教学提升教学质量，开创实验教学的新模式，顺应中医药信息教育的发展潮流。

六、结语

随着計算机网络的快速发展，中医药院校教育技术的信息化建设越来越先进和完善。我校中药制药实验教学顺应医学实验教育信息化的发展趋势，融入虚拟仿真技术，创建高度逼真的虚拟实验室，在很大程度上补充、实现传统实验室无法完成的教学功能，丰富实验教学内容，提高中药制药实验教学质量，培养更多实践创新型中药制药专业人才，以适应现代社会与制药行业的需求。

参考文献

[1]李磊.虚拟仿真实验教学的必要性、存在问题及其可持续发展机制[J].湖北开放职业学院学报，2019，32（07）：151-153.

[2]陈烽，祖冰畴，卓海燕.中医高等院校教育管理信息化初探[J].中国教育技术装备，2016（12）：48-49.

[3]刘立，李思，潘文嘉，张大威，赵文昌.中药炮制学实验教学改革思路和方法探索[J].中国中医药现代远程教育，2018，16（12）： 7-9.

[4]刘润南，杨洁，石继连，周逸群，周晋，李雨洁，贺福元，刘平安. 中药学专业《中药炮制学》课程教学改革与实践[J].广东化工，2019，46（15）：224+223.