淺談虛擬實驗在藥物化學實驗教學中的應用展望

辛穎

（內蒙古民族大學蒙醫(yī)藥學院，內蒙古通遼 028000）

藥物化學是內蒙古民族大學藥物制劑（蒙授）專業(yè)學生的一門必修課程。藥物化學作為藥學領域中的重要帶頭學科，是連接生命科學與化學的重要橋梁，是一門發(fā)明與發(fā)現(xiàn)新藥、合成化學藥物、闡明藥物化學性質、研究藥物分子與機體細胞（生物大分子）之間相互作用規(guī)律的綜合性學科。藥物化學的實驗教學在整個藥物化學的教學中具有不可替代的地位，具有專業(yè)性、理論性和實踐性強、信息量大、學科交叉范圍廣等特點。在傳統(tǒng)教學中，由于實驗儀器設備的更新速度相對較慢，有些儀器的數(shù)量有限，學生親自動手操作的機會缺少，導致學生的學習積極性和主動性不足，妨礙學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，也不利于藥物化學教學質量的提高[1-2]。隨著網絡技術和計算機虛擬儀器技術的發(fā)展，將虛擬實驗引入藥物化學的實驗教學中是必要而可行的，這不僅有助于幫助傳統(tǒng)實驗教學走出困境，促進教育信息化，還能為今后藥物化學的教學改革提供新的方向。

虛擬實驗是應用計算機和互聯(lián)網技術，對實驗中所用的儀器、材料等實體進行圖像采集，應用文本、圖像、動畫、視頻和音頻等方式形成逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，學生可通過媒介與虛擬空間實現(xiàn)人機互動方式，不受時間和空間限制，可以反復學習虛擬實驗平臺上的實驗項目，并產生身臨其境的感受和體驗，為學生創(chuàng)造一個仿真的實驗環(huán)境[3-4]。目前，虛擬實驗在實驗教學中的應用越來越廣泛，涉及多個專業(yè)和學科，國內外很多的高校、科研院所以及遠程教育機構都積極地投入虛擬仿真實驗平臺的構建[5]。因此，將虛擬實驗應用于藥物化學實驗教學中，不僅可以補充傳統(tǒng)教學方法的不足，也可以提高藥物化學課程的教學質量，實現(xiàn)教育信息化。

1 藥物化學的傳統(tǒng)實驗教學目前面臨的問題

1.1 儀器設備更新較慢，學生動手操作能力的鍛煉不足

藥物化學的傳統(tǒng)實驗教學中，教學資源成本是非常重要的，由于資金與實驗場地的限制，學校在開展藥物化學實驗教學的過程中，只能購進部分相關的儀器設備，這就造成了學生人數(shù)與儀器設備數(shù)量不匹配的局面，造成了現(xiàn)有的實驗儀器不能滿足大多數(shù)學生操作需求的矛盾。動手意識不強或者操作能動性差一點的學生幾乎在課堂上不會親自動手進行實驗，導致部分學生的動手操作能力不足。

1.2 實驗學時數(shù)少，無法重復實驗

藥物化學課程的有些實驗內容，因為受學時數(shù)限制，無法全部開展，使學生無法完全了解和掌握相關的實驗項目。每個實驗項目需要學生動手操作的時間非常有限，而且步步緊扣，上一步的實驗結果直接影響下一步的實驗，如果某個環(huán)節(jié)操作失誤，將會導致結果不理想。當學生實驗結果不理想，想重復再操作一遍以獲得好的結果是幾乎不可能的，因為時間不允許。如果學生想回顧做過的一些重要實驗時，也只能看實驗講義或者實驗報告上記錄的文字內容，抽象而枯燥，無直觀印象和認識，很難回顧，無法加深學生的印象。

1.3 實驗材料浪費，存在安全隱患

在傳統(tǒng)的藥物化學實驗教學過程中，每一次課每一小組都需要供應的實驗材料非常種類數(shù)量較多，最后得到的實驗品大多數(shù)都需要采用丟棄或銷毀的方式處理，再利用的可能性非常小，這就導致了大量教學資源的浪費。而且，在實驗過程中還存在一些安全隱患，普通的本科教學實驗室的安全防護設施及環(huán)境一般相對比較簡陋，如在實驗過程中需要用到的大量化學試劑，都會對學生的身體健康存在不利的影響，特別是對長期工作于這種環(huán)境下的從事實驗教學的人員的身體更易造成大的傷害。

1.4 學生學習的積極性不高，創(chuàng)新思維不強

藥物化學的傳統(tǒng)實驗教學中的實驗項目多為驗證性實驗，均是先由教師講授和示教，再由學生按照實驗步驟進行操作，屬于被動式的接受模式。這種傳統(tǒng)教學模式根本不利于調動學生的學習積極性，也不符合當前以學生為本的教育理念。學生在課堂上能做的就是，在有限的時間內，按著實驗講義和教師講授的內容，機械地按步驟地完成實驗任務，在實驗過程中基本是缺乏主動性思考和主觀能動性的，這些肯定都嚴重地制約學生創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)。

2 藥物化學實驗教學中使用虛擬實驗教學模式的必要性

2.1 增設實驗項目，拓展學生的知識面

藥物化學的傳統(tǒng)實驗教學因為要受學時數(shù)的限制，有些實驗項目無法開展。比如，走進化學實驗室之安全防護篇、三廢與處置篇、環(huán)境與管理篇等實驗項目，可以使學生進一步掌握實驗室安全與防護，鞏固實踐基礎。使用虛擬實驗教學可以增設實驗項目，提高實驗教學質量，拓展學生知識面。

2.2 降低實驗材料成本，節(jié)省人力物力

將虛擬實驗運用到藥物化學的實驗教學中，可以無須再購買以前傳統(tǒng)實驗教學中需要購進的一些昂貴的實驗設備和大量實驗試劑與耗材，這不僅減輕了實驗教師的實驗準備工作負擔，還節(jié)約了教學實驗經費，達到節(jié)能減排效果。虛擬實驗教學時采取單人單機形式，每個學生都有獨立操作的機會，這都緩解了目前實驗室建設中常見的實驗經費嚴重短缺、實驗基礎設施不能達標以及學生規(guī)模不斷擴大等長期困擾的問題，通過虛擬實驗這些問題均能得到根本性的解決。

2.3 保障實驗安全，排除危險隱患

實驗室安全是目前所有高校都在高度重視的問題，開展實驗項目的前提必須是實驗安全。藥物化學的實驗教學中應用到的一部分化學試劑具有很大的刺激味，過多吸入對人體會有一些影響，雖不致命，但會產生不舒服的感覺；還有一些試劑可能具有易燃易爆的特性，需要實施小心謹慎安全的保管措施。如果應用虛擬實驗教學，可以避免實驗試劑帶來的危害與隱患，對學生和實驗教師都是有百利而無一害的。

2.4 學習不受時間和空間限制，操作簡便便于學生接受

虛擬實驗的學習一般不受時間和空間的限制，這種自由學習的方式容易讓學生接受。在虛擬實驗教學模式中，學生可以根據(jù)自己的時間去反復學習，模擬真實的實驗操作，在虛擬實驗平臺上進行測試。在此過程中，學生可自己選擇合適的實驗器材，按照步驟進行實驗，如果選擇有誤，系統(tǒng)將提示無法進入下一步，經過反復練習與鍛煉，可以不斷激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的實驗技能。

2.5 立體化教學，激發(fā)學生的學習興趣

虛擬實驗可以為學生創(chuàng)造一個仿真、豐富的立體化教學實驗環(huán)境，是應用計算機和互聯(lián)網技術，對實驗中所用的儀器、材料等實體進行圖像采集，應用文本、圖像、動畫、視頻和音頻等方式將復雜變?yōu)楹唵危橄鬄榫唧w，將微觀結構、實驗過程表現(xiàn)得形象生動，使學生在學習和測試實驗項目過程中像玩游戲過關一樣充滿趣味性，容易激發(fā)學習興趣，取得事半功倍的成效。

3 結語

虛擬仿真技術由于其專業(yè)性、過程性、交互性、智能性與趣味性等特征越來越廣泛地應用于國內外多個專業(yè)和學科的實驗教學中。目前，我國多所著名大學、科研院所都認識到了虛擬技術的潛力和價值，先后開展虛擬實驗平臺的構建。迄今為止，我國教育部已經批準了300多個國家級虛擬仿真教學實驗中心，涉及多個研究領域[6]。虛擬仿真技術的應用目前已成為高等醫(yī)藥學教育的重要組成部分，開展虛擬仿真教學在教學，特別是實驗教學中意義重大。

虛擬仿真實驗教學作為一種新的實驗教學模式，可為藥物化學課程的實驗教學提供新的思路，可使學生理論聯(lián)系實際，既加深了學生對所學理論知識的理解，又提高了學生對所學知識實踐應用的能力。通過虛擬實驗還可培養(yǎng)學生的動手操作能力，培養(yǎng)學生對實驗研究的興趣，激發(fā)學生的科學與創(chuàng)新思維。相信虛擬藥物化學實驗教學的開展，將有利于教育資源的共享與優(yōu)化，有利于推進教育教學質量的不斷提升。