虛擬仿真技術在藥學實驗教學中的應用研究

1、虛擬仿真技術在藥學實驗教學中的應用研究虛擬仿真技術在藥學實驗教學中的應用研究實驗教學是理論教學的一種延續(xù)，是讓學生對課堂上所學知識進展消化和吸收的過程。實驗過程是一個學習、培養(yǎng)及探究的過程，通過實驗，能有效地訓練學生的實驗技能，培養(yǎng)學生觀察才能、理論才能、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新才能1。對于藥學實驗教學中局部不可及或不可逆的操作，以及需要高本錢、高消耗的大型或綜合性實驗工程等局部真實實驗難以實現(xiàn)的實驗操作，虛擬仿真實驗教學那么能有效利用信息技術模擬真實實驗環(huán)境實現(xiàn)局部真實實驗難以完成的教學功能。虛擬仿真實驗教學是綜合應用虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互、數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)絡通訊等多種技術，通過構建一個逼真可視化的實

2、驗操作環(huán)境和實驗對象，使學生在開放、自主、交互的虛擬環(huán)境中開展高效、平安且經(jīng)濟的實驗，進而到達真實實驗不具備或難以實現(xiàn)的教學效果2。虛擬仿真實驗教學具有明顯優(yōu)勢，并對傳統(tǒng)實驗教學思想、體系、形式、內(nèi)容、方法以及手段等都產(chǎn)生了顛覆性影響，學生通過對仿真實驗系統(tǒng)的反復屢次模擬操作，可以加深對實驗原理及操作步驟的理解，還可節(jié)省大量時間進展綜合性、設計性、探究性的實驗，為學生綜合才能、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新才能的培養(yǎng)提供保障。西南大學藥學實驗教學中心秉持理論創(chuàng)新，才能至上的實驗教學理念，在強化真實實驗建立的前提下，針對局部高本錢和高消耗、實驗條件難以實現(xiàn)、所需投入和運行費用宏大等真實實驗難以實現(xiàn)的局部實驗操作

3、，按照才能培養(yǎng)，虛實結合、以虛補實、以實為主的原那么，開發(fā)構建了藥物制備工程虛擬仿真實驗模塊、藥理生理學虛擬仿真實驗模塊、體內(nèi)藥物分析虛擬仿真實驗模塊和藥物分子虛擬挑選實驗模塊等共計103個虛擬仿真實驗工程。虛擬仿真實驗教學能有效利用信息技術模擬真實實驗環(huán)境實現(xiàn)局部真實實驗難以完成的教學功能，中心將真實實驗和虛擬仿真實驗建立貫穿于實驗教學始終，實現(xiàn)虛實結合，互相補充，以培養(yǎng)學生創(chuàng)新理論才能。一、實驗工程的認知、實驗操作的預習虛擬仿真實驗的操作可實現(xiàn)學生對實驗工程的認知、實驗操作的預習，更好地理解掌握每一個實驗工程的目的、實驗本來文由論文聯(lián)盟.Ll.搜集整理理和詳細的實驗操作步驟，以保證學生在開

4、展真實實驗的過程中能更好地注意操作的標準性，實驗后可以通過操作虛擬實驗工程進展復習穩(wěn)固，從而強化實驗教學效果，為實驗才能的培養(yǎng)提供更好的平臺。中心老師采用圖、文、聲及活動影像4種功能兼?zhèn)涞膶嶒灲虒W工具自主設計建立的分子生物學虛擬操作實驗模塊，將復雜抽象的PR擴增、克壟Suthern印跡雜交、酶切與連接、轉化實驗、質(zhì)粒小量堿法提取實驗等實驗原理簡化為直觀可視的動畫形式，學生可以按照提示將課堂上不好演示的實驗過程模擬出來，使學生得到更多的模擬、重復的操作時機，彌補傳統(tǒng)多媒體教學的缺乏，在教學中顯示出極大的優(yōu)越性，進步學生學習的興趣，加深對知識的理解。學生利用實驗動物小鼠或蛙開展生理學、藥理學、毒理

5、學等實驗操作，但常常由于實驗操作不純熟，導致實驗不能順利完成或達不到預期實驗效果，中心建立的藥理生理學虛擬仿真實驗模塊，能讓學生通過虛擬實驗完成操作實訓，進步真實實驗效果。發(fā)酵工程實驗涉及菌種選育、培養(yǎng)基優(yōu)化、發(fā)酵罐使用及發(fā)酵實驗等內(nèi)容，其中發(fā)酵過程優(yōu)化與放大是發(fā)酵工程實驗的核心內(nèi)容，發(fā)酵工程虛擬仿真實驗以聚蘋果酸發(fā)酵消費工藝為原型，利用動態(tài)模型實時模擬真實工藝反響裝置現(xiàn)象和過程，通過仿真工藝反響裝置進展互動操作，產(chǎn)生和真實工藝處理一致的結果，每個學生通過操作本虛擬仿真模塊可以充分理解聚蘋果酸消費工藝流程，通過設置不同運行參數(shù)，觀察工藝反響現(xiàn)象，進展開停車操作及排除各種設備故障或工藝擾動的操作

6、，同時對于操作過程和結果進展客觀的考核和評定。二、實驗操作技能的訓練及培養(yǎng)對一些操作難度大、僅憑老師做示范學生不易掌握操作方法的實驗，虛擬實驗操作具有很好的直觀性、反復性訓練的作用。如生理學實驗中的減壓神經(jīng)放電神經(jīng)的別離和分辨是難點、膈神經(jīng)放電記錄找出膈神經(jīng)是難點、大腦皮層放電記錄其中的開顱手術不易操作和掌握等實驗都是電生理實驗中的重點和難點，學生通過中心建立的生理學虛擬實驗工程反復操作訓練，極大地進步在真實實驗中的實驗操作才能，既能節(jié)約實驗動物又能很好地掌握所需的實驗操作技能。大型分析儀器由于設備臺套數(shù)、運行費用等限制了學生的操作使用，中心購置建立的大型分析儀器虛擬仿真操作軟件采用計算機虛擬

7、仿真技術開發(fā)的具備機理模型，以真實實驗數(shù)據(jù)庫作為支撐，仿真操作過程與真實儀器操作過程極其相似，仿真結果與真實系統(tǒng)結果非常接近，可以滿足學生日常操作實訓、常規(guī)考核以及技能大賽等各種需求，學生通過虛擬仿真操作訓練，培養(yǎng)學生對大型分析儀器的構造、原理等有更深化的認知理解，進步操作儀器設備的才能。三、實驗才能的拓展訓練知識更新速度越來越快，學生需要學習掌握的知識與才能也越來越多，但由于受到課程學時的限制，特別是局部真實實驗操作需要一定的實驗條件，限制了學生的操作學習，虛擬實驗工程可以設計涵蓋范圍非常廣的實驗內(nèi)容和實驗操作訓練3。如生理學真實實驗不可能開出所有系統(tǒng)、器官的實驗內(nèi)容，以及中心因課程學時的限

8、制，藥理學只開設了12個實驗，人體解剖生理學只開設了6個實驗，中心購置建立的藥理生理學虛擬實驗工程可彌補這一缺乏，該工程涵蓋了19個虛擬實驗工程，藥理學涵蓋了29個虛擬實驗工程，學生可通過操作未開設的虛擬實驗工程拓展知識與操作才能，還可通過到中心開放實驗室根據(jù)虛擬實驗工程設計真實實驗并操作這些實驗，實現(xiàn)真實與虛擬實驗的結合，更加全面的、系統(tǒng)的掌握生理學實驗和藥理學實驗技能和根本操作方法。四、藥物工業(yè)化消費制備的仿真訓練藥物制劑虛擬仿真實驗采用計算機虛擬仿真技術，涵蓋GP標準下的藥物顆粒制劑消費、片劑消費、膠囊劑消費、水針劑消費以及衛(wèi)生水系統(tǒng)、空調(diào)空壓設備等，不僅具有3D形象生動、操作性強、使用

9、便利等特點，而且對許多復雜設備、間歇性消費控制、GP質(zhì)量管理等進展了三維立體的場景仿真，具備一定的智能化反響才能。藥物制備GP實訓仿真系統(tǒng)可以實現(xiàn)學生在學校就能反復操作訓練，全面理解藥物制備GP車間的工藝布局、原料藥物及不同制劑藥物的消費要求、消費設備組成及干凈度要求等，讓學生在進入醫(yī)藥企業(yè)開展消費實習前能純熟掌握藥物制備GP認證要求及消費操作訓練，保證學生在消費實習時能快速適應、掌握藥物制備的才能，更好地培養(yǎng)學生的理論才能。五、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設計才能藥物開發(fā)過程中的藥物人工挑選存在前期經(jīng)費投入大及鑒定周期長等弊端，開設藥物挑選學生實驗根本上不可能，隨著基因組學、蛋白組學、分子生物學和構造生物學的開展，各種疾病的發(fā)病機理和分子機制研究越來越透徹，對于疾病中的關鍵調(diào)控因子如激酶的研究也越來越透徹，用計算機模擬的方法設計或者挑選出具有潛在結合功能的藥物，并輔以實驗驗證等方法，得到候選藥物。中心建立的藥物分子虛擬挑選模塊轉化成供學生操作實訓的虛擬仿真平臺，實現(xiàn)真實實驗難以開展的藥物挑選的操作實訓，培養(yǎng)學生創(chuàng)新理論才能。六、實驗自測與考核評價多數(shù)