基于虛擬仿真技術的生物制藥實訓課程的改革與實踐

翟科峰，段 紅，曹穩(wěn)根,李宛蓉

(1.宿州市天然產(chǎn)物與功能性食品工程技術研究中心，安徽 宿州 234000；2.宿州學院生物與食品工程學院，安徽 宿州 234000)

虛擬仿真技術因具有沉浸性、模擬性和交互性等特，受到廣大高校的高度關注。把虛擬仿真技術融入到本科教學中去，彌補傳統(tǒng)實驗教學的缺陷，拓展教學內(nèi)容，延伸教學的深度與廣度，提高教學質(zhì)量和水平。本文探討虛擬仿真技術在生物制藥類課程教學中的改革與實踐，也為其他應用型課程的教學改革樹立典范。

1 生物制藥專業(yè)教學需要虛擬仿真技術的支持

生物制藥專業(yè)為培養(yǎng)技能型人才為主要目標，不僅要求學生具備深厚的專業(yè)理論知識，還要熟練掌握相關類課程的實驗操作。傳統(tǒng)生物制藥專業(yè)實驗課的試劑很多都是有毒的，考慮到對健康的危害和環(huán)境的污染，因此減少這種實驗的開展次數(shù)，但這樣會使學生喪失實驗操作的機會，失去科研探索的熱情。同時傳統(tǒng)實驗室的建設無論是建設實驗場地還是購買儀器設備，都需要投入大量的財力、物力、人力，這些原因限制了實驗室的大力建設，從而導致一些實驗學生只能聽老師講授實驗過程，缺乏實際動手操作的機會。“紙上得來終覺淺”，這種教學方式很難培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和主觀能動性。因此傳統(tǒng)實驗的教學模式需要通過教學改革來解決當前所面臨的問題。

虛擬仿真實驗教學是通過計算機、網(wǎng)絡技術模擬現(xiàn)實，構建一個可視化逼真的實驗操作環(huán)境，學生能夠在此環(huán)境中進行安全、高效的實驗，進而達到真實實驗難以實現(xiàn)的實驗操作。改善了傳統(tǒng)實驗存在的問題，極大地降低了財力、物力、人力的投入，而且可以進行人機互動，將計算機技術融入到生物制藥實驗教學中，能夠提高學生學習興趣、實踐能力。同時有利于學生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，是高校培養(yǎng)21世紀應用型人才的有效手段。

2 生物制藥專業(yè)實驗課程實施虛擬技術的實踐

2.1 虛擬仿真實驗平臺最大限度擴展實驗教學內(nèi)容

引入虛擬仿真實驗教學模式，打破傳統(tǒng)實驗的種種限制因素，建立一個全方面的虛擬仿真實驗平臺。生物制藥專業(yè)實驗課程包括不同類型的實驗，如生物化學、分子生物學、病理學、動物學、藥物成分鑒定等，針對不同的實驗特點設計不同的虛擬仿真實驗平臺，培養(yǎng)創(chuàng)新型、應用型生物制藥人才。

2.2 以培養(yǎng)技能型人才為導向，建立生物制藥專業(yè)實訓仿真平臺

應用型本科教學以應用型人才培養(yǎng)為辦學目標，建立校內(nèi)虛擬仿真模擬工廠生產(chǎn)工藝，培養(yǎng)學生實踐技能。在虛擬仿真實驗的基礎之上與工廠生產(chǎn)工藝統(tǒng)一起來，構建虛擬仿真實訓平臺，使學生不僅掌握熟練的專業(yè)實驗技能，還具備工廠生產(chǎn)實踐技能。

2.3 改革考核制度，重視綜合能力的考察

針對生物制藥專業(yè)實驗課的特點，應該注重實踐和理論相結合，重視考核學生掌握的實驗技能。虛擬仿真實驗平臺還加入習題和考試。通過實時收集學生做習題的完成時間和正確率，形成教育大數(shù)據(jù)，能快速找到學生在學習中的問題和瓶頸。在傳統(tǒng)實驗操作中，教師不可能及時地關注到每一個學生對實驗操作的掌握情況，實驗考核只是通過實驗報告的撰寫衡量實驗技能。然而，在實驗虛擬仿真平臺中，系統(tǒng)能夠自動監(jiān)控學生的實驗操作過程，并對其進行評價和評分，突破傳統(tǒng)實驗考核的弊端，不在只是注重理論知識的掌握。這種考核制度既能實現(xiàn)老師對學生實驗操作技能的考核，又可實現(xiàn)學生的自我測評。

3 開展虛擬仿真實驗教學的成效

3.1 強化激勵學習，提高學習興趣

虛擬仿真實驗平臺以動畫、圖片、聲音的方式展示出來，具有模擬場景逼真的特點，使實驗教學生動形象化，擺脫傳統(tǒng)實驗教學枯燥乏味的課堂氛圍。通過人機互動，激發(fā)學生學習積極性，使學生從被動灌輸知識轉向積極探索新知識。

3.2 一人一機充分訓練

傳統(tǒng)實驗由于受到各種條件限制，很難保證每個學生都能參與進來。而在虛擬仿真實驗平臺中，學生不僅在課上可以進行模擬實驗，課下也可通過電腦點擊虛擬仿真實驗平臺軟件，選擇相關的實驗課程即可進行模擬實驗操作，不受時間和空間的限制，每個學生都能得到充分的訓練，提高教學質(zhì)量。

3.3 容錯性好，可開展探究式實驗

學生在虛擬仿真實驗平臺中，能夠防止操作失誤而損壞儀器，從而積極勇于地進行實驗探索。此平臺還具有設置儀器處于故障狀態(tài)的功能，鍛煉學生獨立解決問題的能力。與此同時，虛擬仿真實驗可以開展探究式實驗。學生能勇于進行實驗創(chuàng)新，設計合理的實驗課題、方案，思維更好地發(fā)散，提高學生良好的科研意識、創(chuàng)新實踐能力。

3.4 保證實驗數(shù)量和質(zhì)量，節(jié)約實驗經(jīng)費

虛擬仿真實驗通過計算機虛擬化，使學生可通過計算機實現(xiàn)對實驗的操作。學生登錄軟件即可學習，可以進行多次反復的聯(lián)系，可以開展真實實驗無法完成或者實驗效果不好的實驗。既節(jié)約教學成本，又保證實驗的數(shù)量和質(zhì)量。

3.5 人才質(zhì)量培養(yǎng)和社會評價

虛擬仿真實驗平臺注重培養(yǎng)高質(zhì)量技能型人才，特別適用于生物制藥專業(yè)中實驗課程的開展，為培養(yǎng)藥物研發(fā)和藥物制備方面的人才奠定了基礎。通過虛擬仿真實驗平臺的培訓，使學生熟練掌握相關實驗操作技能，更加透徹理解專業(yè)理論知識，為畢業(yè)生進入工作崗位、服務社會奠定堅實的基礎，同時也得到社會上企業(yè)的高度認可。

虛擬仿真技術融入生物制藥專業(yè)教學模式的改革，使學生能夠全面地掌握生物制藥工藝流程，有利于學生實踐技能的發(fā)展，是對傳統(tǒng)實驗教學的有力補充。此教學模式的改革極大鼓舞了學生的科研興趣和自主學習的能力，提高了應用型人才的深厚理論功底、實踐技能的培養(yǎng)。虛擬仿真技術在生物專業(yè)實驗教學改革中取得良好的教學成果，為其他專業(yè)和領域樹立了典范，應該得到大力的推廣與實踐。