信息技术时代制药工程专业实验虚拟仿真平台的建设与教育教学实践

楚会 陈建 赵云辉 陈核章 刘雄

摘要：先进的信息技术，对高校的教育教学产生了深远的影响，特别是对于制药工程专业这一对实践性要求较高的学科而言，如何有效地进行实验教学，是高校教育教学中亟需解决的问题。面对突发情况，虚拟仿真平台的建设已成为时代之需和专业发展之需，能创新教学方式方法，拓展知识传播路径，提高教学质量，同时也能有效降低实验成本，有效地解决好特殊背景下制药工程专业进行实验实践的要求，不断提升学生的专业能力和实践能力。

关键词：制药工程；虚拟仿真平台；教学改革

引言

在当今信息时代，教育教学正迎来前所未有的变革与挑战。特别是在制药工程专业领域，随着医药行业的快速发展和技术创新的不断涌现，对高素质制药人才的需求日益增加。为了适应这一趋势，建设符合现代教学需求的制药工程虚拟仿真平台势在必行。本文将探讨虚拟仿真技术在制药工程教育中的应用，以及其对教学质量提升、学生创新能力培养等方面的积极影响。通过深入分析制药工程虚拟仿真平台的特点、实现途径以及在信息化教学下的辐射带动作用，旨在为高校制药工程专业的教学改革提供有益思路和实践指导。

一、现实背景：制药工程专业实验虚拟仿真平台建设的生成逻辑

（一）是特殊情况下线上教学发展所需

线上教学的特点明显，一方面可以不受时间、地点的限制，另一方面大部分课程是录制的视频，不懂的地方可以多次回放，直到听懂为止。但是缺点也很突出，网络授课是一种新的教学模式，对老师们来说，很难把控学生对知识的掌握程度，缺少相互交流。对学生们来说，大部分学生的学习主动性不强，可能边上网课边干其他事情，学习效率也不高。因此信息技术背景下制药工程专业实验虚拟仿真平台如何更加合理的建设以及其教育教学如何更好的去实践，需有更深的思考^[1]。

（二）是制药工程专业学科发展所需

从制药工程专业的角度来说，我国医药行业高速发展，并一直保持强劲的增长趋势，成规模以上企业达8000家，但仍以仿制药或原料药为主，工艺水准低，且规模较小，与发达国家相比，技术创新驱动力不足，生产工艺相对落后，竞争力不强，制药企业難以适应新工艺、新品种、新剂型的创新发展，其主要原因是制药工程专业技术人才不足。因此实现新形势下制药工程专门人才的培养，为国家、企业培养高质量的制药人才，是大多数高校制药工程专业教学改革关注的重点^[2]。因此，结合专业特色与学科优势，及学生创新发展的需求，建设具有专业特色的制药工程虚拟仿真平台，覆盖虚拟仿真实训情景系统，实现实践教学资源共享，并贯穿应用于制药工程专业学生的理论学习、实验技能、竞赛活动等培养过程中，能显著提高学生对复杂工程问题的解析能力与工程应用实践能力，满足社会对制药工程专业人才的需求，对促进制药工程专业的发展具有重大意义^[3]。

（三）虚拟仿真技术是信息时代高等教育的有效手段

教育部高等教育司司长吴岩就指出“虚拟仿真解决了世界性的实验教学、实践教学、实训教学的难题，也解决中国大学生动手能力不足这样一个短板问题”。教育部发布《关于一流本科课程建设的实施意见》，将国家虚拟仿真实验教学项目纳入一流本科课程建设。世界慕课大会在清华大学召开，旨在凝聚发展共识、汇聚创新力量、分享实践经验、展现技术前景，以推动世界慕课与在线教育建设、发展和共享，探讨了“虚拟仿真技术与教育”，分享了虚拟仿真的本质和关键技术，利用虚拟仿真技术和装备进行教学的方案和体验。因此，虚拟仿真适应信息时代高等教育开发办学、资源共享的要求，是信息化教学的一个有效手段，补充实体教学的不足，节约成本^[4]。

二、实践与创新：制药工程专业虚拟仿真平台的独到优势

（一）虚拟仿真平台的特征

利用现代化信息技术手段进行实验教学可以切实提高学生的创新和创造力，利用实验软件，将传统实验不易实现的过程通过虚拟仿真系统就能迎刃而解。虚拟仿真实训平台具有几个特征：通过视觉和听觉，产生一种非常接近真实的感受，仿佛整个人就置身其中，所思所想可以通过传感器传递给虚拟仿真系统，系统接收信号又可以反馈过来，就好比我们通过鼠标、键盘控制各种实验装置，系统就会作出相应处理。虚拟仿真平台的实现需要三维建模软件、数据库和系统设计软件。仿真模型是利用计算机建立的关于研究对象的逻辑模型，是系统或者对象本质的简化和抽象，是实现虚拟仿真的核心和基础，通过3D Max、SketchUp等软件构建三维立体模型，通过Unity构建三维互动场景。

虚拟仿真平台建设的最终目的也是为了培养我们的青年学生，它涉及到青年学生以后的整个职业生涯，所以我们在虚拟仿真平台建设过程中就要做好维护教育立场的问题，以各种形式赋予虚拟仿真课题人才培养的使命。虚拟仿真平台建设是一种非常复杂的工程，虚拟仿真平台作为知识承受的载体，在平台的建设过程把知识讲透，让它贴近实际、贴近生活，同时能够在学生学习的过程形成知识的共鸣、价值的共鸣，使得学生在通过虚拟仿真平台建构起丰富的知识体系，构建起正确的价值追求，也是对我们教育工作需要树立起正确的人才培养观，通过价值构建、正确引领，培养能够民族复兴大任的时代新人，真正做到以文化人，以文育人的具体要求。在虚拟仿真平台的建设过程中，需要把提高人才培养质量放在一个核心位置，因为它不像线下教学，可以去言传身教，在虚拟仿真平台的建设过程内容都是非常具体的，应该做到树人为核心，通过平台建设与学生联系起来，既要通过知识的传输实现教学目标，又要在这样的一个过程中，实现正确价值观、品格、能力的构建，所以虚拟仿真平台涉及到一个德育要求的落实问题，要真正做到塑造人、发展人和改变人。虚拟仿真平台的推进过程中，需要做到知识与价值的传授同向同行^[5]。

（二）虚拟仿真平台建设的实现途径

国内外利用虚拟仿真技术主要实现手段包括：多媒体技术、可视化技术、人机交互技术、增强现实技术等，国内外众多高校，都开始探索虚拟仿真教学，并逐步推广，如北京化工大学成立丙烯酸甲酯全流程生产仿真平台，该平台针对化工类实习存在远离现场、只能看不能操作的问题，将真实设备、管道、仪表与仿真平台结合，实现物料动态工况模拟；天津商业大学成立青霉素工业化生产仿真实验平台，该平台以GMP为主线，突出生产操作仿真模块、设备仿真模块、在线学习模块，实现了青霉素工业化生产从工程设计到生产操作的全流程模拟；英国Open University是世界上第一所远程教育大学，是在线高等教育领域的先锋与领导者，其虚拟仿真平台实验室闻名全世界，开发的各种科学实验室提供远程在线虚拟实验室，人们通过远程就能实现实验室的各种功能，大大促进教育资源共享和数字化^[6]。

虚拟现实技术具有多项特点：首先，它能够替代传统实验教学环境，提供各种难以在实地教学中展开的实验实践教学，克服了场地和实验器材等限制。其次，虚拟现实技术与信息技术和实验教学深度融合，具备高仿真性、高效率和低成本的实验环节设计，代表了新技术在教学中的应用。再者，虚拟现实技术拓展了实验教学的深度和广度，实现个性化教学。传统实验教学中，学生的实验过程、步骤和可能出现的错误主要由教师预判，但面对多名学生时监控困难。传统实验教学还需大量人力、物力和成本，且实验室规模限制了使用人数。虚拟现实技术降低了投资成本，提供了无限拓展的实验空间和时间，为传统实验教学带来了新的可能性。

虚拟仿真实验教学系统的出现可以大幅度解决目前高校实验室不足、建设实验室成本高、实验室使用频率高导致成本较高、某些实验具有危险性、有安全隐患等问题，它可以有效弥补甚至取代传统的实验室，成为新型的实验室。

（三）信息技术常态化下，制药工程专业实验虚拟仿真平台建设对教育教学的辐射带动

1.增强教学效果，实现人才培养目标

将传统的制药工程实验在虚拟仿真系统中以生动、逼真的三维形式表现出来，规范学生的基本操作要点，提高学生对基本操作的熟练程度，提高学生的基本操作技能，减少实验过程中的误差或错误；虚拟仿真实验的每一个环节的设计能够和人才培养相联系，在此环节寻找一些重要连接点，但针对制药工作专业实验，知识体系的传授一般以贯彻做法进行，所以实际仿真系统开发过程不会很顺利，并且比较复杂，需要认真构思这个系统，专业知识的传授是非常专业的，价值体系的传授要貫穿整个实验过程，构建虚拟仿真系统需要充分挖掘其存在的价值观念。

2.研究教学方法，增强课堂的趣味性

使学习者在虚拟仿真系统中如身临其境，增强了学生的动手能力和理论联系实际的能力，将实验原理理解得更加透彻、具体，培养学生的逻辑思维能力，最大限度的激发学生的科研和创新能力；我们的日常教学是需要不断研究的，用创新的方法解决旧模式下没能解决教学问题，当今的教学研究是相对复杂的，需要从改进中加强，从创新中提高，针对现实问题，达成制药工程专业实验教学要求，不断优化教学质量，超越现有的教学水平，面对现实环境中学生课堂注意力不集中，使用手机电脑等情况，对整个教育目标的实现是一种巨大的挑战，大学生是比较张扬的，不像中小学那么容易受到约束，会做与教学无关的事情，学生会以不同的方式对待大学课堂，怎样通过虚拟仿真教学，增强与学生的互动，探讨虚拟仿真教育教学方法创新，探寻虚拟仿真教育教学规律，思考虚拟仿真教育教学方法改进提高。

3.进阶知识传输途径，降低实验成本

对于实验室难以实现，成本较高、危险程度较高的实验或者无法观察的细微实验，都可借助虚拟仿真系统来实现；降低时间、空间和材料的限制，使用者可以利用所有的实验药品和实验器材，随时随地走进虚拟仿真实验，享受探索和创造的乐趣。时代在变，学生也在变，教育教学方法也是在不断进阶过程，知识体系在不断更新，在知识传输的同时，通过虚拟仿真课堂对学生起到思想价值引领，由于每个人的思想价值观念都是由无到有，从简单到复杂的过程，通过虚拟仿真课堂用艺术的方法去感化、去建构学生的正确观念，老师即人生导师，不仅传授学生知识，还需引领学生的创新思维，带领学生认识外部世界，在这个过程中，让学生形成正确的奋斗目标，把个人的发展和国家的发展联系在一起。所以，在虚拟仿真课堂构建过程中，需要一步一步提升学生对知识的追求境界，既能借用外部的力量推动学生自主学习，又能与学生的内在需求一致，利用合理的系统构建来实现教学目的。

结语

在当今信息技术时代，制药工程专业实验虚拟仿真平台的建设运用而生，它是一种新型的教学理念和教学设计，让学生积极参与线上课堂，增强学生在线上学习中的获得感和参与感，虚拟仿真平台的建设有助于完善制药工程专业的课程教学体系，提高制药工程专业学生的实践技能，提高制药工程专业学生对于实验技能方面知识的储备，培养与企业实际需求相符合的制药工程技术人才，扩大本专业学生的就业范围，增强就业竞争力。同时，虚拟仿真平台的每个设计人才培养相联系起来，在虚拟仿真平台建设的基础上实现学生专业知识增长，操作技能提升，引领学生正确的价值取向，维护好教育的历史使命和责任，培养能够担当民族复兴大任的时代新人。

本文系1.湖南科技大学2021年教学改革研究项目（项目编号：G32112）；2.2020年湖南省普通高等学校教学改革研究项目（项目编号：HNJG-2020-0490）；3.2018年湖南省普通高校教学改革研究项目（项目编号：湘教通[2018]436号389）阶段性研究成果。

参考文献：

[1]周华从，洪海龙，陈秋月等.高校工科专业实习实训课程虚拟仿真教学实践——以制药工程专业为例[J].创新创业理论研究与实践，2021，4（06）：111-113+118.

[2]郭廷旺，杨琳.“制药工程专业实验”改革与实践[J].教育教学论坛，2020，（40）： 132.

[3]刘雄，向夏芸.基于仿制药一致性评价的制药工程专业实验改革探讨[J].教育教学论坛，2019，（40）：104.

[4]俞冠伊.信息时代背景下的虚拟仿真技术在环境设计教学中的应用研究[J].电脑知识与技术，2021，17（01）：97-98.

[5]赵红，李忠，彭成松等.制药工程专业虚拟现实仿真平台的特点及对学生进行实践教学的优势[J].安徽医药，2021，25（02）：422-424.

[6]李英芹，马文婷.基于虚拟仿真的教学做合一的教学平台在职业本科专业建设中的应用[J].上海轻工业，2024（01）：135-137.

（作者单位：湖南科技大学化学化工学院）

（责任编辑：豆瑞超）