基于人工智能的“中药炮制技术”课程教学模式探索

白志明，李丹阳，林美

（广州市医药职业学校，广东 广州 510430）

0 引言

“中药炮制技术”是中高职类院校中药制药类专业开设的一门专业核心课程，理论性和实践性均较强，该课程侧重培养在中药领域具有较强实践操作能力的技能型人才[1]。传统的教学模式中，学生们被动接受知识而缺乏主动思考和动手能力。如何使学生系统扎实地掌握“中药炮制技术”课程的基础理论知识，并通过实验技能操作训练提高课堂教学质量，这是现今课堂需解决的首要问题。随着信息化教学技术的发展，引入人工智能技术为教学改革带来新的可能性。在本文中我们将以“清炒法——炒黄”课程教学为例，结合“中药炮制技术”课程内容及特点，将人工智能技术与炒制评价方法相融合，对“中药炮制技术”课程进行教学模式探索，为“中药炮制技术”课程的教学改革提供借鉴和参考。

1 人工智能技术对现代教育的影响

人工智能在教育教学中的应用越来越受到重视，大量基于AI 的教育教学工具应用在不同的场景中，逐步被教育者和学习者接纳[2-3]。人工智能技术与教育融合必然促进教育发展，推动教育教学变革。目前国内外相关研究大多关注将机器学习、问题求解、逻辑推理、自然语言理解、自动程序设计、专家系统、模式识别、机器学习算法、数据挖掘等人工智能技术嵌入各类教学、学习、决策等工具、系统或平台中，支持构建学习情境、规范学习行为、促进学习参与、提供学习支持、评估学业水平和能力结构、制定个性化学习路径和内容等，帮助教师差异化教学，改善教学效果，优化教学方式与路径[4-5]。随着这些技术在教育领域的渗透与应用，“人工智能+教育”逐渐成为教育改革的新趋势，给当前人才创新实践教学带来重大历史机遇。

2 “中药炮制技术”课程改革现状

“中药炮制技术”课程是中职中药制药专业的核心课程，主要研究炮制理论、炮制工艺、饮片规格、质量标准等内容[6]。

2.1 课程的现状

教学资源丰富。团队自主开发了中药炮制智能搜索工具，让学生能更快捷有效地查找课程学习中所需要的文字、图片等资源。在任务引领下，学生自主获取信息，并进行整合、思考、探索学习方法，解放了教师重复性的指导劳动，教师能更好地把握课堂进度。

教学手段多样。利用多种人工智能技术如创造虚拟仿真实验室和智能评分系统配合教学，提高教学质量和效率。

（1）创造虚拟仿真实验室。因28 种毒性中药材的购入和管理需要严格遵守《医疗用毒性药品管理办法》的相关规定，学校无法进行毒性药材的实操教学。以半夏为例，我们运用虚拟仿真技术，将半夏的净制、切制、炮制技术通过仿真技术实现实验操作，让学生在反复多次的学习体验中掌握毒性药材半夏的炮制操作技能。虚拟仿真技术能有效解决中药炮制实践操作中的危险性、环保、成本、操作时长等实际问题，为教学内容的完整性提供支持。

（2）启用智能评分系统。在中药炮制操作过程中对炮制成品的质量控制是关键。以往中药炮制品主要通过外观性状等传统经验鉴别来判断质量，即“辨状论质”。现如今运用人工智能深度学习图像处理技术开发炮制品质量评价辅助软件，通过识别、分析成品形状、颜色、大小、纹理等特征，判断药材切制和炮制的成品质量是否合格，并给予操作建议，让学生学会判断成品质量，改良操作方法，提高操作技术，解决了炮制品质量评价无法标准量化、教学效率低的问题。

教学方法灵活。除了常规的教学方法，我们还加入了游戏互动。利用人工智能语音识别技术制作的答题闯关游戏，将枯燥的理论知识嵌入生动的互动游戏中，让学生更有学习动力，同时也帮助教师检查学生理论知识的掌握情况，以及时调整教学进度。

评价模式新颖。炮制品质量评价辅助软件和答题闯关游戏是应用人工智能技术优化了学习评价，前者从炮制成品质量判断学生的实验操作水平，后者通过闯关的级别判断学生理论知识的掌握程度，均提供了直观的评价模式，让教学评价有数据支撑，结果更客观、准确。

2.2 课程的特色

开发智能工具服务教育教学。本课程开发了一系列智能工具，如搜索工具、仿真操作软件、学习游戏软件和智能评价软件等，为教学改革实施提供技术支撑。

打造新型职业教育智慧课堂。将人工智能技术贯穿于整个教学环节中，实现自动监测、分析与反馈，让教师能及时调整教学策略与方法；创设虚拟中药炮制学习空间，让学生通过仿真技术进行学习和实践，为混合式教学模式的开展提供了个性化、智能化的环境支撑。

创新实践教学评价。将人工智能深度学习图像处理技术应用于炮制成品质量判断，这是传统鉴别方法与人工智能技术的有机整合，让评价方式更加科学，评价结果更加可靠。

2.3 课程的价值

提升学生的学习力。在教学中融入人工智能技术，学生形成了运用科学技术解决工作问题的思维习惯，锻炼了创新思维能力，学习力得到有效提升。

推动翻转课堂的发展。翻转课堂作为在线教育的重要呈现模式，已被大众广泛认可，现有了人工智能技术的强大助力，中药炮制技术课程这类传统线下课程也可采用翻转课堂模式进行教学，将课堂时间更有效地利用起来，同时也让学习能力较弱的学生能跟上步伐，实现异步同学。人工智能技术打开了翻转课堂的建设思路，推动其快速发展。

为现代技术与传统课程的结合提供新模式。人工智能技术与中职“中药炮制技术”课程教学的结合，这是现代技术与传统课程结合的尝试，这将成为专业课程研究的一个重要方向，同时促进其他传统课程改革和创新，为传统课程的教学提供新的教学模式。

3 以“清炒法——炒黄”课程教学为例，探索人工智能技术下的教学模式

炒法是所有炮制方法中历史最悠久的一种，同时是炮制技术至关重要的内容之一，而清炒法则是炒法的基础部分，“清炒法——炒黄”是课程的重点内容，因此我们以这一章节教学为例，探索人工智能技术下教学模式的改革。

3.1 课前准备

教师完善中药炮制智能搜索工具建设。在课前的准备工作中，教师将进行中药炮制智能搜索工具的建设，以辅助学生的自主学习。鉴于网络上信息源泛滥，质量良莠不齐，学生在资料查找时可能会遇到困难及容易受到干扰。因此中药炮制智能搜索工具将整合课程所需的文字、图片、视频等资源，更有针对性地引导学生进行思考、探索和学习。

教师将学习资源上传到学习平台。教师通过学习通平台上传相关内容，如《中国药典》、饮片厂标准操作规程和电子教材等在线学习资源，并发布“自主学习任务单”、习题和讨论。要求学生在课前完成这些学习任务，以确保学习质量。

教师搭建中药炮制品质量评价软件。卷积神经网络是人工智能深度学习中一种重要的前馈神经网络模型，从模型层次上说，一个卷积神经网络具有3 个核心层次：卷积层、池化层、全连接层。使用卷积层提取输入层的特征图，池化层通常用于降低特征图的维度，全连接层一般用于特征图扁平化后进一步提取特征信息，输出层用于输出最终的结果，可以是分类概率或者是预测值。将中药炮制图片按照炮制结果不同由高到低划分出不同的评分等级，输入卷积神经网络进行训练，经过池化层与全连接层，可以输出对该中药炮制图片的预测类别，即不同等级的质量评价结果。教师搭建具有评分标准及实时评价功能的中药炮制品评价系统软件，能够辅助中药炮制课堂教学，并对学生炮制结果进行评价的软件，解决人工评价的不足。

3.2 课前学习

学生利用中药炮制智能搜索工具搜索课程相关资源，查看学习通平台上的相关内容，分组讨论麦芽、王不留行、薏苡仁的炮制方法和炮制作用，完成“自主学习任务单”上生产指令的填写，完成习题并参与讨论。

学生通过学习能说出炒黄的概念、分类和目的，能说出炒麦芽、炒王不留行、炒薏苡仁的炮制方法、炮制程度和炮制作用，完成知识目标。

教师在学习通智能平台获取相关的学情分析，优化教学设计。

3.3 课中实施

教师讲解。教师讲解炒黄的一般方法：炒黄一般用文火或中火加热，炒至表面呈黄色或颜色加深，可以通过“对比看、听爆声、闻香气、看断面”等方法判断成品是否达到“火候”。其中，文火、中火属于火力是一个比较泛的概念，学生在炒制过程中比较难把控。以往炮制过程中需要通过调节火的大小来控制锅的温度，并通过锅是否冒烟、药材是否变化判断锅温的高低。现如今可通过人工智能技术制造一款锅温探测仪，并能自动调节火力，使人工操作能和机器一样精准控制锅温，达到较好的炮制效果。

教师演示。教师演示炮制炒麦芽的六步骤，并通过评价软件教会学生自主判断成品质量，改善炮制操作。古医云：“凡制药贵在适中，不及则功效难求，太过则性味反失”，炮制成品质量是关键。炮制品质量评价辅助软件可以通过图片识别炮制品的形状、颜色、大小、纹理等特征，将炮制品的质量分为A～D 几个档位，并给出操作建议，比如炒麦芽成品颜色应为深黄色或黄棕色，而实验成品颜色为黄色，系统评分为B+，并给予建议“成品颜色较浅，是不是太着急出锅了？”操作者根据系统建议延长炒制时间，最终达到要求的火候。

学生操作。学生以小组为单位进行炒麦芽、炒王不留行、炒薏苡仁的实验，并利用学习通平台资源、炮制品质量评价辅助软件学习、优化实验操作，最后把操作视频、成品图片及疑问上传到学习通平台，教师利用智能分析功能获取数据，及时指导并适当调整教学进度。

总结归纳。教师和学生一起归纳总结三味药材的操作步骤、操作要点、成品性状和炮制作用，对比三者的区别，并迁移到清炒法的其他药材。至此学生基本达到能力目标，能够按照炒黄的操作方法，炮制出符合药典标准的成品。通过反复多次训练，从而能炮制出优质成品，学到了“炮制虽繁必不敢省人工”的自律、精益求精的药工精神。

3.4 课后巩固

课后学生需要复习巩固中药炮制基本知识，熟记各种中药的炮制目的、炮制操作方法等，内容繁多，记忆难度大。利用人工智能语音识别技术制作的答题闯关游戏，能让学生快乐地在游戏中学习，提升学习效果；能让教师迅速检查学生理论知识的掌握情况，及时调整教学进度。

4 人工智能在“中药炮制技术”课程教学中的应用效果

为分析人工智能技术在“中药炮制技术”课程中的应用效果，本文以中职中药制药专业二年级学生为教学对象，以“清炒法——炒黄”课程教学为例，选择多个平行班进行对比实验，其中一部分班级结合人工智能教学技术，另一部分班级仅使用传统教学模式作为对照组。采用定量分析和定性调研相结合的方法，从学生的知识技能掌握情况、对课程评价情况、作业完成率、课堂活跃度、教师满意度调查等方面进行评价，评估人工智能技术对学生学习和教学质量的影响。

实验结果显示，在“中药炮制技术”课程中，人工智能技术的应用效果显著，包括提升学生成绩、促进课堂活跃度和提高教师满意度等方面。人工智能试验班的学生期末平均成绩较普通班提高15.5%，课程评价度提升18.2%，作业完成率增加9.3%，课堂活跃度（加分人次）增长20.1%，教师满意度提高12.3%。实验数据说明人工智能技术在“中药炮制技术”课程的应用中效果良好，可推广使用。

5 结语

近年来，人工智能技术在教学领域得到了广泛的应用，未来教育将呈现出教师与人工智能共同协作的新格局。笔者所在的教学团队在“人工智能技术在‘中药炮制技术’课程教学模式的探索”这一课题上初步取得了一些成效。研究结果验证了人工智能技术在“中药炮制技术”课程教育中的积极作用，为“中药炮制技术”课程改革提供了实证支持以及进一步推广应用的理论依据。同时也激励我们将继续深入研究，为其他学科和课程的教学改革提供更多的参考和指导。