虛擬仿真實驗在中藥制劑分析實驗教學(xué)中的應(yīng)用探討

朱 丹，徐文芬，麻秀萍，楊 菁，郭江濤，陳 亮，陳 滕

(貴州中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

中藥的質(zhì)量安全是中醫(yī)藥事業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，也是保障人民健康的必然要求。因此中藥及其制劑質(zhì)量的檢測成為了分析工作的重中之重。而中藥質(zhì)量的檢測離不開各類分析儀器的應(yīng)用，包括高效液相色譜儀、氣相色譜儀和紅外光譜儀等。因此，將各類分析儀器靈活的用于中藥制劑質(zhì)量的檢查、了解各類儀器實驗的原理，成為了中藥制劑分析實驗教學(xué)的重點內(nèi)容。但由于學(xué)校教學(xué)條件的限制，對于一些貴重的大型儀器，學(xué)生無法真正的動手操作；甚至是學(xué)校已有的儀器，也因為人多儀器少，而無法使學(xué)生真正掌握儀器的使用方法。虛擬仿真實驗的出現(xiàn)，為解決此類問題提供了有效的方法，同時也為我們的教學(xué)改革提出了新的思路。

虛擬仿真主要是通過計算機系統(tǒng)，利用多種虛擬仿真實驗的技術(shù)，模擬真實的實驗環(huán)境，讓操作者在虛擬的環(huán)境中以接近真實的感受完成預(yù)定的實驗項目[1]。虛擬仿真實驗的場景還原度高，且不受時間和空間的限制，給高等教育的很多實驗教學(xué)環(huán)節(jié)帶來了便利，通過虛擬仿真實驗，可有效加深學(xué)生對深奧難懂的理論知識的理解，在一定程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[2]。

1 中藥制劑分析實驗教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 實驗儀器缺乏

在實際的教學(xué)過程中，通常需要大量、價格昂貴的大型分析儀器，而由于儀器設(shè)備成本高，占用空間大，因此實物實訓(xùn)需要的設(shè)備數(shù)量有限，無法滿足學(xué)生人手一臺設(shè)備，所以在中藥制劑分析實驗課堂上通常是幾個人一組來使用一臺儀器，并且真正操作儀器的也只有其中的一到兩人，其他組員都處于觀望狀態(tài)，無法提出操作者實驗過程中所出現(xiàn)的問題，積極性、主動性不強。

1.2 理論和實驗脫節(jié)

在中藥制劑分析的教學(xué)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生對儀器的構(gòu)造不熟悉，因此在理解實驗的原理上存在困難。而在實際的實驗教學(xué)過程中，教師又不可能把儀器部件全部拆開逐一講解，因此在講解實驗原理時，大部分學(xué)生無法構(gòu)想儀器的運作過程，覺得生澀難懂。

1.3 實驗時間短

由于儀器的操作過程相對比較復(fù)雜，并且所需時間較長，學(xué)生需要足夠的實驗時間才能熟練掌握中藥制劑分析技能和儀器的使用。而由于課時的限制，往往同一個實驗只能分組操作一次，即使實驗操作失誤也不能夠重來，所以學(xué)生實際操作的時間較少，實驗技能及效果得不到反復(fù)的訓(xùn)練，難以真正掌握實驗中規(guī)范性的操作和真正理解實驗的奧義。

2 虛擬仿真實驗的優(yōu)勢

2.1 講解生動直觀

虛擬仿真實驗通過計算機模擬技術(shù)可呈現(xiàn)出儀器的三維立體結(jié)構(gòu)，能夠通過動畫生動直觀地給學(xué)生展示儀器的基本結(jié)構(gòu)、操作方法和實驗原理，結(jié)合理論的講解，使晦澀的知識變得生動有趣，使學(xué)生對儀器的分析過程更為明確、清晰，加深學(xué)生對知識的理解。

2.2 打破時間和空間的限制

虛擬仿真實驗系統(tǒng)不受時間和空間的限制，向?qū)W生提供能隨時進行虛擬仿真的實驗條件，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中開展實驗，并且可以通過反復(fù)訓(xùn)練，使學(xué)生盡快熟悉儀器操作規(guī)范，掌握操作要點。

2.3 實時檢測評價

虛擬仿真軟件配備有智能檢測評價系統(tǒng)，學(xué)生按照實驗步驟進行操作，操作錯誤即無法進入下一步操作。在這個過程中，學(xué)生能夠及時發(fā)現(xiàn)自己的錯誤和存在的問題，進行思考，重視實驗過程中每一個操作步驟。最后，系統(tǒng)還能對學(xué)生的總體操作進行評價，幫助學(xué)生改正和進步。

2.4 節(jié)約實驗成本

虛擬仿真實驗的主要依托是計算機，因此，學(xué)生只需要在計算機上進行實驗的模擬操作，減少了實驗試劑的消耗和實驗儀器的損耗，先通過虛擬仿真實驗，使學(xué)生熟練掌握實驗原理和基本步驟，再進行真實的實驗操作，不僅可以切實節(jié)約實驗的成本，還能提高教學(xué)效果。

3 虛擬仿真實驗存在的問題

3.1 虛擬過程過于理想化、單一化

真正的實驗過程存在著很多不確定因素，比如高效液相色譜儀的漏液、壓力不穩(wěn)，氣相色譜儀的檢測器無法點火，亦或是色譜管道堵塞等等情況，這些不確定因素或異常情況都會導(dǎo)致實驗的失敗甚至無法進行。而虛擬仿真實驗只要操作步驟正確就一定能得到一個很好的實驗結(jié)果，因此，虛擬仿真實驗無法真正模擬實驗過程中出現(xiàn)的種種復(fù)雜問題，對于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題方面也較為局限。

3.2 無法真正提高學(xué)生的動手能力

虛擬仿真實驗僅僅依靠電腦操作即可完成實驗的模擬過程，無法真正操作實驗儀器和掌握樣品前處理的過程，不能提高學(xué)生的實際動手能力。例如，在高效液相色譜法的實驗中，前期需要對供試品進行提取、純化等處理，而在進樣時，也需要學(xué)生熟練掌握進樣技術(shù)，才能使實驗結(jié)果有良好的重現(xiàn)性，這些操作僅僅依靠模擬是不夠的，需要學(xué)生在現(xiàn)實實驗中反復(fù)操作練習(xí)，才能夠真正掌握技術(shù)要點。

3.3 無法培養(yǎng)學(xué)生的團隊精神

真正的實驗過程，往往是通過分組完成實驗的，在實驗小組內(nèi)部，每個同學(xué)都有具體的分工，共同配合完成實驗。這種方式不僅鍛煉了學(xué)生的團隊合作精神，也很好的培養(yǎng)了學(xué)生交流溝通的能力。而虛擬仿真實驗僅僅依靠學(xué)生個人即可完成，無法培養(yǎng)學(xué)生的團隊精神。

4 總結(jié)

虛擬仿真實驗有著不同于傳統(tǒng)實驗的優(yōu)勢，但同時也有其缺點所在。要想利用其優(yōu)勢而規(guī)避其缺點，那么在實驗過程中，必須將虛擬仿真實驗和傳統(tǒng)實驗相結(jié)合，將虛擬仿真實驗引入中藥制劑分析實驗課的教學(xué)，在理論教學(xué)與實驗教學(xué)之間搭建起一個橋梁。通過虛擬仿真實驗的熟練操作后，讓學(xué)生進入實驗室對中藥制劑實物進行分析，并對學(xué)生的每一步操作和實驗結(jié)果進行評價。通過虛擬仿真與實驗實踐的融合，有效的解決學(xué)生不懂原理，不會操作，儀器不夠的尷尬處理，提高理論教學(xué)和實驗教學(xué)的質(zhì)量，培養(yǎng)真正能夠獨立開展中藥制劑分析工作的分析人才。