虚拟仿真实验在“中药药理学”课程教学中的应用

李丽丽 陶红 黄琪 汪宁

摘要 高校的教学与现代科学技术相辅相成，转化出新型的教育方式，目前高校实验教学大多采用虚拟仿真实验方式。中药药理学作为中药学的核心课程之一，需要中药学专业学生熟悉理论知识与掌握实验技能。将虚拟仿真实验应用于中药药理学课程教学中，可加强学生的相关实验技能、科研创新能力，又可提高中药药理学的教学质量。文章将以清热药苦参抗肿瘤作用为例，探讨虚拟仿真实验在中药药理学课程教学中的应用。

关键词 中药药理学；虚拟仿真实验；苦参；教学案例

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.8.030

虚拟仿真实验教学是指利用计算机系统中的虚拟仿真技术模拟各种虚拟实验环境，实验者可以像在真实的环境中一样，完成各种预定实验项目的教学模式[1]。传统高校实验教学存在成本高、不可重复操作，具有风险等特点。在现代计算机技术的支持下，智慧教学和虚拟技术相结合，具有成本低、可重复操作、无风险等优势，为医药学人才专业技能的提升铺垫出更大的空间，也因此在高校教学被广泛采用[2]。

“中药药理学”是安徽中医药大学中药学专业的重要专业课之一。该课程以中醫药现代研究成果为主讲内容，并着重阐述了中药药效作用的物质基础及作用机制，是实践性和应用性都非常强的课程[3]。在课程教学过程中，除了在教室中教授的理论知识外，一些实验技能也是必不可少的。根据中药学专业培养方案和课程要求，该课程于本科阶段的第5学期开设，共计64学时，理论教学学时48学时、实验教学学时16学时，其中在16学时中完成实验项目6个。但是由于实验条件限制，有些实验可能无法进行，如需要无菌条件的细胞实验等，而这些实验技能亦是学生需要掌握的，故可将传统教学方式与虚拟仿真实验相结合。如清热药苦参抗肿瘤作用实验是研究苦参提取物对肿瘤细胞的抑制作用，因实验涉及肿瘤细胞的培养及MTT实验操作，准备过程烦琐且环境要求高，学生操作也存在一定的安全隐患。因此，针对该实验项目，在学校提供的智慧树教学平台之上，课题组教师利用虚拟仿真实验教学系统进行教学，不仅节约了课时，提高了教学效率，更解决了实验环境的限制问题，还大幅度降低了学生实验操作的风险系数；与此同时，教学效果也显著提升，学生能够更为高效地理解吸收清热药苦参抗肿瘤作用实验的方法、原理和实际的操作步骤，为培养高素质的应用型中药学专业人才助力[4]。

1开展虚拟仿真实验教学的必要性

1.1虚拟仿真实验教学顺应了大环境下的教育信息化趋势

虚拟仿真实验教学凭借其可活动性，可随时随地进行，在高校教学活动中的重要性逐渐显露。

在传统实验教学方法越来越难以实现社会对人才培养质量要求的情况下，将虚拟仿真实验教学应用到教学日常中，不但能解决传统教育中面临的难题，为大学生开展创新实验拓展思路，也能提供多领域实践方法，提高学生在具体实验中的操作技能，更符合实验教学信息化发展的趋势[5]。

1.2虚拟仿真实验教学可以增强学生的学习兴趣

与传统的实验教学相比，虚拟仿真实验教学利用虚拟手段，将复杂抽象的实验内容条理化、直观化和模块化展现在学生面前，使学生能更好地熟悉药理实验的具体操作步骤，了解各种实验方法的原理及注意事项等[6]。例如，药理实验中由于实验资源有限，如操作台、药物、实验器材等，使得有的实验是分组进行，无法保证每个学生都能上手进行实验，会降低学生参与实验的积极性。虚拟实验场景不像传统实验一样局限于同一操作空间，不同空间、不同仪器的实验操作过程吸引学生的兴趣，并且不用担心损坏仪器设备。还有一些实验操作难度系数较高的实验，如家兔支气管插管，学生无法看清实验操作的细节，而且因观看示教的机会有限，学生无法较好地理解、掌握实验操作的步骤和要领，于是可以通过虚拟仿真进行操作。同时，在虚拟仿真实验教学模式下，师生可以实时互动交流，增强了学生参与实验的兴趣，提高了学习效率[7]。

1.3虚拟仿真实验教学可以降低学校高素质人才的培养成本

传统中药学专业实验教学的开设出于实验成本及学生操作安全考虑，学校会删除一些涉及细胞、精密贵重仪器及名贵药材如人参等的实验内容；此外，一些涉及毒麻药品，如麻黄、马鞭草、川乌等药材，可能会影响到师生身体健康的实验内容也无法开展。而这些实验也是中药药理学实验的重要内容，对于中药学专业学生实验技能的训练十分重要。虚拟仿真实验教学则可借助云平台及虚拟化的仿真技术，通过虚拟空间来模拟实验环境与实验过程，让学生参与其中。这样，既可以让学生较为全面地掌握中药药理作用研究方法及操作技能，又降低了学校培养高素质人才的成本。

2虚拟仿真实验在中药药理学教学中的应用

中药药理学作为沟通中医学与中药学的桥梁学科，体现的是传统与现代的有机结合，课程重视实践与应用。因此，中药药理实验是中药药理教学的一个重要内容。学生参与到实验当中，在锻炼实践动手能力的同时，也更加真实地观察到实验中各种中药作用与不同的动物或细胞所表现出的不同生理反应，从而对理论教学的内容有更加直观的感受和更好的理解与记忆[8]。以清热药苦参抗肿瘤作用实验为例。苦参（SophoraflavescensRadix.）是豆科植物苦参（Sophora flavescens Ait.）的干燥根，清热燥湿，杀虫，利尿[9]。苦参碱（MT）是苦参的主要化学成分之一，大量的研究显示，MAT对多种癌症，包括肝癌、肺癌等都有很好的抑制作用[10-11]。关于苦参抗肿瘤作用的体现需要进行细胞实验，选用肿瘤细胞进行MTT试验，考查清热药苦参对肿瘤细胞存活的影响，以评价苦参的抗肿瘤活性。实验目的包括要求学生掌握MTT法评价苦参抗肿瘤作用的操作步骤，熟悉MTT法的实验原理及注意事项和了解药物抗肿瘤作用的其他实验方法。作为一类细胞实验，在实验操作中存在成本高、用时长及对人员的专业要求多等特点，学生不能每个人都参与操作，同时教师也没办法做到一对一指导。

考虑到该类型实验的代表性，教师可使用虚拟仿真系统来进行实验，通过模拟实验室环境给学生以接近真实的感受，掌握该实验技能。学校与智慧树平台合作建立虚擬仿真实验模块，学生可登录智慧树平台账号，选择相应的虚拟仿真实验课程，点击相应按钮进入虚拟仿真实验室准备进行相关的实验操作（图1）。实验中涉及准备实验前器材与相关事项、选择实验对象、细胞消化、细胞计数、细胞铺板、细胞加入受试药物、加MTT、加DMSO，测量吸光度值等操作（图2），此时教师要详细地讲解该实验的目的、原理、仪器、试剂、方法和操作步骤、注意事项等，特别是在讲解实验操作时，要把实验原理和注意事项等内容融入进去，使学生了解与掌握实验的目的、原理和操作方法。同时，教师也利用仿真实验教学平台里的两种模式，即学习模式与考核模式，让学生亲身体验实验操作，并了解他们对实验的理解与掌握情况（图3）。

3建议和措施

通过将虚拟仿真实验与中药药理学实验课程相结合，可以丰富中药药理学实验的教学理念，提高学生的学习兴趣，促进中药药理学实验教学水平和质量的提升。但是就目前来说，虚拟仿真实验教学平台建设不足，实验教学中学生创新意识不强，学生与教师对于虚拟仿真实验的认识不深，同时学校也缺少对于虚拟仿真实验熟悉的专业教师。

针对这些问题，学校应加强完善虚拟仿真实验教学资源与平台建设，完善虚拟仿真实验教学配套制度，引进掌握信息技术的教师，培养学生与教师的虚拟仿真实验思维[12]。同时应结合中药药理学实验教学项目的具体情况与需要，增加一些经典的虚拟仿真实验教学课程，建立健全虚拟仿真教学的效果评价机制，更好地完善虚拟仿真实验教学模式。此外，虚拟仿真实验要更加注重学生的自主学习探索，更好地与中药药理学课程结合起来，调动学生参与中药药理学实验的主观能动性[13]。

4结语

随着信息技术的发展，在中药药理实验教学中引入虚拟仿真技术，推进虚拟实验教学的建设，为社会培养更多具有扎实中药药理理论知识和实验技能的人才，是高校实验教学的必然趋势。虚拟仿真实验可提高学生的学习积极性，改善学生思维，降低学校资金成本，帮助学生学习中药药理学相关知识。虚拟仿真与中药药理理论教学相结合，将促进中药药理基础实验教学水平的提升。

*通讯作者：汪宁

基金项目：安徽省教育厅教学研究一般项目（2019JYXM1252）；安徽中医药大学教学研究重点项目（2021XJJY_ZD006）。

参考文献

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[12]亚春林.高校虚拟仿真实验教学的思考[J].现代职业教育，2022（25）：40-42.

[13]侯慧，朱韶华，张清勇，等.国内外高等学校虚拟仿真实验发展综述[J].电气电子教学学报，2022，44（5）：143-147.