基于虚拟仿真技术的药理学实验设计探索

孙雨诗 蒋琳 张郴 刘丹

摘要：作为一种新型学习资源，虚拟仿真技术可以突破时空的限制，在教学中具有突出优势。文章以红河卫生职业学院药理学虚拟仿真实验室为例，介绍虚拟仿真技术应用于药理学实验教学的探索，剖析传统药理实验存在的不足和虚拟仿真技术的运用优势，革新教学模式，优化实验考核方式，锻炼学生实际操作能力，提高教学质量，为社会培养高质量技术技能型人才。

关键词：虚拟仿真技术；药理学；实验教学

一、研究背景

信息技术迅猛发展，虚拟仿真技术与教育领域的融合逐渐兴起。药理学是一门研究药物和机体之间相互作用、规律的学科，是基础医学与临床医学之间的桥梁，是药学类、医学类等专业的核心课程和必修课。药理学实验是药理学的重要组成部分，可以在帮助学生进一步巩固、了解理论知识的同时，训练学生的实践操作能力、抽象思维能力、分析问题和解决问题的能力。因此，药理学实验课在医学、药学等相关专业教学中有着重要地位。

（一）传统药理学实验教学存在的不足

红河卫生职业学院（以下简称学院）是滇西南地区唯一一所医学类高职院校，以培养技术技能型医药卫生人才，服务地方经济为宗旨。药理学是学院众多专业的必修科目，既属于理论性科目，又属于实践性科目。实验教学环节是保证教学质量的重要组成，更是不容忽视的关键步骤，但学院开展传统药理学实验教学时，受到场地、技术、资金、安全等限制，存在一些不足。

第一，传统实验教学方法陈旧，缺乏创新。学生根据教师讲解和演示进行实验，缺乏主动思考，甚至有些学生因为害怕动物而选择全程旁观，降低了实验课的操作体验性。

第二，缺乏专门的实验动物房。开展实验时，学院只能一次性购入大量动物进行短期饲养，实验课时间必须集中、连续开展，造成理论教学与实验教学不同步，学生不能及时通过验证性实验巩固理论知识，降低了实验课教学效率。

第三，开展传统实验教学耗资极大，前期需投入大量设备仪器，后期还需投入维修和更新设备资金，学院很难保证资金投入。

第四，学院现有实验场所固定，受安全、场地，技术等的限制，一些实验无法开设，导致传统实验不足，影响教学质量。

第五，考核方式单一，不能体现学生真实水平。传统实验课的操作需要从节约动物出发，实验操作基本是7至8人为一组，存在多数实验的操作仅由少数几个学生完成的情况。学生实验报告册数据有可能出现照抄同组成员的，导致教师无法客观、公正、准确判断每个学生参与实验操作的真实情况，审评报告评分出现偏颇。

第六，实验动物存在局限性，实验动物数量均按学生人数及组别计划提前批量购入，一旦学生在实验过程中操作不当或失误造成动物死亡，这组学生便失去继续操作实验的机会。

（二）药理学虚拟仿真实验教学的优势

第一，改变传统教学模式，激发学习兴趣。虚拟仿真实验提供了直观、生动、逼真的学习场景，教学不再局限于单一的实验室，课堂更灵活，教师的教与学生的学能实现有机统一。

第二，打破教学时间和空间的限制。学生可以根据自己对知识的掌握情况和兴趣爱好，针对性地进行反复训练，不用考虑场所限制和实验成本消耗等问题，增强自主学习内驱力和实践操作能力。

第三，节约成本，减轻学院对实验教学的资金投入。虚拟仿真实验教学模拟真实的实验场景，减少对大量贵重实验设备仪器的购买，减轻后续维护、更新设备的资金压力，降低对药理学实验中的大量实验研究药品及实验动物等耗材支出。

第四，实现用实践反哺教学。药理学常涉及一些药品有关的实验、较高风险实验、价格昂贵实验等，难以实际开展。通过虚拟仿真实验，学生可以通过各项实验操作，添补传统教学的不足，巩固理论知识，提高学习效率。

第五，考核方式多元化，实现全面灵活测评。虚拟仿真考核方式是线上操作与线下讨论相结合，虚拟操作与游戏过关相结合，操作正确率与答题正确率相结合，考评方式灵活，知识点涵盖全面，实现对每一个学生的过程性评价，最终平时成绩和期末成绩相结合，客观体现学生的学习效果。

第六，减少盲目操作，降低实验失败率。对一些难度较高、操作困难的实验，在虚拟仿真实验中，教师可以设置具体直观的操作指南，且操作具有可逆性，可以大大降低失败率。

二、虚拟仿真平介绍

以学院药理学虚拟仿真实验为例。教师使用Flash语言编写虚拟仿真实验教学平台，运用2D动画展示实验过程，采用B/S网络系统构架，不限使用场地，具有跨平台部署能力，保证局域网内无延时，支持200个终端以上同时访问该服务器数据，以满足学生学习需求。平台应区别管理员、教师、学生三种不同用户权限，可以采集用户登录信息、学习记录，方便教师了解学生登录自學的情况。

教师筛选药理学课程中适用于开展虚拟仿真实验教学的重点药物，设置5个虚拟仿真项目，分别是药物剂量对药物作用的影响，氨茶碱和异丙肾上腺素的平喘作用，苯海拉明药效实验，胰岛素的过量反应及其解救，地塞米松对实验性大鼠脚趾肿胀的抗炎作用。通过虚拟仿真实验，学生可以将几大系统的重点药物信息联系起来，构建相对完善的药理学知识体系。

笔者以地塞米松对实验性大鼠脚趾肿胀的抗炎作用为例，介绍虚拟仿真教学平台。本次实验包括原理介绍、实验动物及器材用具的选用、虚拟仿真实验操作三大模块，集授课、实验操作、测试于一体，如图1所示。

三、药理学实验设计探索

虚拟仿真实验的目的是将新技术运用到教学中，充分开展实验设计与探索，以寻求在传统药理学实验教学基础上的教学改革，强化药理学实验教学的丰富性和拓展性。具体实施方法如图2所示。

科学构建实验课教学模式和流程，依托虚拟仿真教学平台，将实验课分为“课前”“课中”和“课后”三个模块。

在课前模块，引导学生利用平台预习，设置与本次实验相关知识点问题，并让学生思考、查阅资料，将小组存在的问题带入课堂。

在课中模块，教师起主导作用，以学生为主体，先随机抽取学生汇报预习心得，再组织学生开展交流讨论，强调实验重点，并根据学生讨论情况，找出学生在自学过程中遇到的难题，针对性开展讲授与具体操作演示，提高实验课堂教学有效性。

在课后模块，教师布置课后作业，并提供学习素材帮助学生进行拓展，利用平台对学生的实时记录进行过程性评价。

这一模式打破了传统实验课堂的枯燥与沉闷，构建“课前—课中—课后”三位一体的实验教学模式，减少器材、药品、实验动物零废弃和零排放，节约实验教学成本，提高了学生的实际操作技能，促进理论知识与实践内容之间的紧密结合。

虚拟仿真教学平台提供丰富多样的实验教学素材展示方式，对药理学实际教学是极其有利的拓展和补充，可以有效简化传统实验室的烦琐细节，节约资源成本。依托虚拟仿真教学平台，教师利用先进技术和教学模式，促进药理学实验教学的改革，能最大限度地激发学生的探索精神，提高学生的实践操作能力，为社会培养高素质技术技能型人才。

参考文献：

[1]唐旗羚，刘琼，张韦深，等.关于虚拟仿真实验系统在药理学实验课中应用的探讨[J].中国卫生产业，2018（12）.

[2]杨宝峰.药理学[M].北京：人民卫生出版社，2013.

[3]罗晶，刘波，叶耀辉，等.虚拟仿真技术在中药药理学实验教学中的应用[J].江西中医药大学学报，2021（3）.

基金项目：云南省教育厅2023年度科学研究基金项目“虚拟仿真技术在药理学教学中的应用研究”，项目编号：2023J1889。

（作者单位：红河卫生职业学院）