虛擬仿真技術(shù)在藥學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用研究

1、虛擬仿真技術(shù)在藥學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用研究虛擬仿真技術(shù)在藥學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用研究實驗教學(xué)是理論教學(xué)的一種延續(xù)，是讓學(xué)生對課堂上所學(xué)知識進展消化和吸收的過程。實驗過程是一個學(xué)習(xí)、培養(yǎng)及探究的過程，通過實驗，能有效地訓(xùn)練學(xué)生的實驗技能，培養(yǎng)學(xué)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(xué)實驗教學(xué)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(xué)那么能有效利用信息技術(shù)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(xué)功能。虛擬仿真實驗教學(xué)是綜合應(yīng)用虛擬現(xiàn)實、多媒體、人機交互、數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)絡(luò)通訊等多種技術(shù)，通過構(gòu)建一個逼真可視化的實

2、驗操作環(huán)境和實驗對象，使學(xué)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(xué)效果2。虛擬仿真實驗教學(xué)具有明顯優(yōu)勢，并對傳統(tǒng)實驗教學(xué)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(xué)生通過對仿真實驗系統(tǒng)的反復(fù)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(shè)計性、探究性的實驗，為學(xué)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(xué)藥學(xué)實驗教學(xué)中心秉持理論創(chuàng)新，才能至上的實驗教學(xué)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(jié)合、以虛補實、以實為主的原那么，開發(fā)構(gòu)建了藥物制備工程虛擬仿真實驗?zāi)K、藥理生理學(xué)虛擬仿真實驗?zāi)K、體內(nèi)藥物分析虛擬仿真實驗?zāi)K和藥物分子虛擬挑選實驗?zāi)K等共計103個虛擬仿真實驗工程。虛擬仿真實驗教學(xué)能有效利用信息技術(shù)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(xué)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(xué)始終，實現(xiàn)虛實結(jié)合，互相補充，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新理論才能。一、實驗工程的認(rèn)知、實驗操作的預(yù)習(xí)虛擬仿真實驗的操作可實現(xiàn)學(xué)生對實驗工程的認(rèn)知、實驗操作的預(yù)習(xí)，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(xué)生在開

4、展真實實驗的過程中能更好地注意操作的標(biāo)準(zhǔn)性，實驗后可以通過操作虛擬實驗工程進展復(fù)習(xí)穩(wěn)固，從而強化實驗教學(xué)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(xué)工具自主設(shè)計建立的分子生物學(xué)虛擬操作實驗?zāi)K，將復(fù)雜抽象的PR擴增、克壟Suthern印跡雜交、酶切與連接、轉(zhuǎn)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(xué)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(xué)生得到更多的模擬、重復(fù)的操作時機，彌補傳統(tǒng)多媒體教學(xué)的缺乏，在教學(xué)中顯示出極大的優(yōu)越性，進步學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，加深對知識的理解。學(xué)生利用實驗動物小鼠或蛙開展生理學(xué)、藥理學(xué)、毒理

5、學(xué)等實驗操作，但常常由于實驗操作不純熟，導(dǎo)致實驗不能順利完成或達不到預(yù)期實驗效果，中心建立的藥理生理學(xué)虛擬仿真實驗?zāi)K，能讓學(xué)生通過虛擬實驗完成操作實訓(xùn)，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(jié)果，每個學(xué)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(shè)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(shè)備故障或工藝擾動的操作

6、，同時對于操作過程和結(jié)果進展客觀的考核和評定。二、實驗操作技能的訓(xùn)練及培養(yǎng)對一些操作難度大、僅憑老師做示范學(xué)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(fù)性訓(xùn)練的作用。如生理學(xué)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(shù)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(xué)生通過中心建立的生理學(xué)虛擬實驗工程反復(fù)操作訓(xùn)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(shè)備臺套數(shù)、運行費用等限制了學(xué)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(shù)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(jié)果與真實系統(tǒng)結(jié)果非常接近，可以滿足學(xué)生日常操作實訓(xùn)、常規(guī)考核以及技能大賽等各種需求，學(xué)生通過虛擬仿真操作訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生對大型分析儀器的構(gòu)造、原理等有更深化的認(rèn)知理解，進步操作儀器設(shè)備的才能。三、實驗才能的拓展訓(xùn)練知識更新速度越來越快，學(xué)生需要學(xué)習(xí)掌握的知識與才能也越來越多，但由于受到課程學(xué)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(xué)生的操作學(xué)習(xí)，虛擬實驗工程可以設(shè)計涵蓋范圍非常廣的實驗內(nèi)容和實驗操作訓(xùn)練3。如生理學(xué)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(xué)時的限

8、制，藥理學(xué)只開設(shè)了12個實驗，人體解剖生理學(xué)只開設(shè)了6個實驗，中心購置建立的藥理生理學(xué)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(xué)涵蓋了29個虛擬實驗工程，學(xué)生可通過操作未開設(shè)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(shè)計真實實驗并操作這些實驗，實現(xiàn)真實與虛擬實驗的結(jié)合，更加全面的、系統(tǒng)的掌握生理學(xué)實驗和藥理學(xué)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(xùn)練藥物制劑虛擬仿真實驗采用計算機虛擬仿真技術(shù)，涵蓋GP標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(fù)雜設(shè)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(xùn)仿真系統(tǒng)可以實現(xiàn)學(xué)生在學(xué)校就能反復(fù)操作訓(xùn)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(shè)備組成及干凈度要求等，讓學(xué)生在進入醫(yī)藥企業(yè)開展消費實習(xí)前能純熟掌握藥物制備GP認(rèn)證要求及消費操作訓(xùn)練，保證學(xué)生在消費實習(xí)時能快速適應(yīng)、掌握藥物制備的才能，更好地培養(yǎng)學(xué)生的理論才能。五、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)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(shè)藥物挑選學(xué)生實驗根本上不可能，隨著基因組學(xué)、蛋白組學(xué)、分子生物學(xué)和構(gòu)造生物學(xué)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(guān)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(shè)計或者挑選出具有潛在結(jié)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(zhuǎn)化成供學(xué)生操作實訓(xùn)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(xùn)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新理論才能。六、實驗自測與考核評價多數(shù)