虛實結(jié)合促進制藥工程實驗教學(xué)體系改革

劉佳浩

摘要：高等院校之中開設(shè)制藥工程專業(yè)的根本目的是為制藥企業(yè)輸送高水平的藥物研制人才，對制藥工程專業(yè)的教學(xué)體系依據(jù)時代的發(fā)展和現(xiàn)實企業(yè)的需要進行改革是培育滿足企業(yè)要求的高水平制藥水才的關(guān)鍵。現(xiàn)階段虛擬仿真技術(shù)得到了迅速的發(fā)展并在各個產(chǎn)業(yè)之中得到了非常廣泛的應(yīng)用，推動這一技術(shù)在制藥工程專業(yè)教學(xué)之中的應(yīng)用，使其同實驗教學(xué)相結(jié)合共同培育滿足企業(yè)需要的復(fù)合型人才。

關(guān)鍵詞：仿真技術(shù);實驗;制藥工程

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）12-0119-02

制藥工程這一學(xué)科同多個基礎(chǔ)學(xué)科有著非常密切的聯(lián)系，其實質(zhì)上是由工程學(xué)、藥學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)等多個學(xué)科交叉組合而形成的一個全新的學(xué)科。這一學(xué)科在教學(xué)的過程之中對基本的基礎(chǔ)知識有較強的要求，對學(xué)生的實踐能力也有著一定的要求。我國自建立自身的高等教育體系之后就有不少大學(xué)逐步的開設(shè)了制藥工程專業(yè)，開設(shè)這一專業(yè)的學(xué)校，基本上也都建設(shè)了這一專業(yè)教學(xué)過程之中必需的實驗教學(xué)中心。

在2013年我國教育部門推動了虛擬仿真技術(shù)在高等教育之中的應(yīng)用，其中虛擬仿真技術(shù)同實驗教學(xué)的結(jié)合是一個建設(shè)的重點。虛擬仿真技術(shù)的起源最早可以追溯到20世紀(jì)80年代，隨著計算機技術(shù)和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，這一技術(shù)的應(yīng)用范疇在迅速擴大。從本質(zhì)上講虛擬仿真的含義就是采用計算機建立一個同現(xiàn)實環(huán)境一致的實驗環(huán)境在計算機系統(tǒng)之中模擬現(xiàn)實實驗過程進行實驗。這一技術(shù)在教學(xué)之中有著較快的發(fā)展，現(xiàn)階段我國多所大學(xué)的制藥專業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了虛擬仿真實驗室的建設(shè)。這一實驗室的建設(shè)對于提升制藥專業(yè)之中實驗的效率，增強對人才的培養(yǎng)能力具有積極的影響。

1國內(nèi)制藥工程專業(yè)實驗教學(xué)現(xiàn)狀

制藥工程專業(yè)的目的是培養(yǎng)藥品制造和研發(fā)領(lǐng)域的優(yōu)秀人才，其在企業(yè)之中的工作主要是解決藥品在研制和生產(chǎn)的過程之中出現(xiàn)的技術(shù)問題。制藥專業(yè)的畢業(yè)生能夠成功的解決相關(guān)問題的前提條件時，深入的掌握藥學(xué)、化學(xué)、生物等相關(guān)方面的理論知識，此外還需要熟悉藥物生產(chǎn)流程和藥物生產(chǎn)過程之中采用的各種類型的設(shè)備，能夠設(shè)計藥物的生產(chǎn)工藝。從制藥企業(yè)的需要看其對制藥工程培養(yǎng)的人才有著較高的要求，但是各個高等院校在培育人才的過程之中受自身條件的限制，無法有效地對學(xué)生的各項能力進行有效的培養(yǎng)。其中核心的原因有兩個：一是大學(xué)的擴招使大學(xué)制藥專業(yè)學(xué)生的人均實驗次數(shù)和人均實驗資源占有量一直在不斷下降;二是在制藥工程教學(xué)過程之中部門實驗藥品的造價高昂，在教學(xué)的過程之中只能采用演示實驗的方式，學(xué)生無法親自動手操作。

2虛擬仿真實驗教學(xué)的組成及特點

虛擬仿真實驗系統(tǒng)實質(zhì)上是由多個軟件系統(tǒng)組成，其中包括了虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，生物仿真系統(tǒng)，虛擬環(huán)境系統(tǒng)，以及虛擬界面系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)組成了一個同現(xiàn)實的真實實驗環(huán)境完全一致的虛擬環(huán)境，學(xué)生能夠在這一個虛擬環(huán)境之中依照真實實驗環(huán)境之中的過程進行各種實驗或者按照真實實驗環(huán)境的相關(guān)要求設(shè)計全新的實驗。從硬件設(shè)施的組成上看，其可以劃分為以下幾個部分：數(shù)據(jù)庫其存儲實驗過程之中需要應(yīng)用到的各種類型的信息數(shù)據(jù);多媒體設(shè)備，其提供了操作的界面。虛擬仿真實驗在實驗的過程之中體現(xiàn)出了四個方面的特點：

一是開放性。虛擬實驗系統(tǒng)之中的各種學(xué)習(xí)資料都是向操作者開放的。虛擬操作系統(tǒng)本質(zhì)上是一個軟件系統(tǒng)，因此學(xué)生可以在任何時間和地點進行該系統(tǒng)的操作，極大的便利了學(xué)生實際學(xué)習(xí)的需要。此外這一系統(tǒng)不僅僅學(xué)生可以使用，制藥工程的愛好者也能夠使用這一系統(tǒng)進行相關(guān)的探索研究。

二是具有較強的交互能力。實驗者在采用這一系統(tǒng)進行實驗時其能夠根據(jù)實驗者的操作及時給予響應(yīng)，正常情況下系統(tǒng)的響應(yīng)同真實實驗之中的響應(yīng)存在一定的一致性。此外在采用這一系統(tǒng)實驗的過程之中學(xué)生還可以向系統(tǒng)求助，及時的解決在實驗的過程之中遇到的問題。

三是具有較強的構(gòu)想性。在真實的實驗過程之中制藥實驗需要考慮到安全問題等諸多的問題，即真實的實驗會受到客觀條件的較大約束。在虛擬實驗的過程之中約束條件幾乎沒有，因此設(shè)計者可以充分發(fā)揮個人的主觀能動性設(shè)計各種類型的實驗對相關(guān)的問題進行深入的研究。

四是安全環(huán)保。在制藥實驗的過程之中其采用的部分藥品和試劑會對人體造成一定的損害，某些實驗如果發(fā)生操作不當(dāng)?shù)那闆r將帶來巨大的安全威脅。此外在進行藥學(xué)實驗的過程之中通常都會產(chǎn)生一定量的廢水或廢氣等物質(zhì)，對環(huán)境造成了一定的污染。虛擬實驗的過程之中物質(zhì)的轉(zhuǎn)變是依據(jù)相應(yīng)的理論而進行的，實質(zhì)上并沒有使用到任何物質(zhì)，因此不會存在安全問題，也不會產(chǎn)生各種類型的污染物質(zhì)，極大保證了試驗的安全，也有效提升了對環(huán)境的保護效果。

3虛實結(jié)合完善制藥工程實驗教學(xué)體系

首先我們必須明確認(rèn)識到虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用是為制藥工程的實驗教學(xué)搭建了一個全新的平臺。在這一平臺搭建完成之后學(xué)校要重視實際實驗平臺同這一平臺之間的結(jié)合和互補，盡可能發(fā)揮兩個平臺自身的優(yōu)勢，提升對學(xué)生的培養(yǎng)水平。

3.1建立完善的虛擬實驗管理平臺

隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展和我國教育部的高度重視，我國多所高等院校完成了虛擬仿真實驗室的建設(shè)，這些實驗室在建設(shè)的過程之中通常都是為了滿足某一個專業(yè)或某一門課程的教學(xué)需要而建設(shè)的，但是在建設(shè)完成之后，并沒有切實的利用硬件設(shè)備和服務(wù)器設(shè)備，存在管理不規(guī)范，資源共享能力差等多個方面的問題。由此我們可以看出使虛擬實驗平臺發(fā)揮出真正的價值完成建設(shè)僅僅是第一步還要進行一系列的其他操作。在圍繞制藥工程專業(yè)進行虛擬仿真平臺的建設(shè)過程之中，要重視體系化的建設(shè)，對學(xué)校之中存在的資源要進行合理的復(fù)用。在進行虛擬軟件平臺建設(shè)的過程之中應(yīng)該首先完成中心門戶網(wǎng)站的建設(shè)，在這一中心網(wǎng)站上集成真實的實驗室之中能夠提供的各種資源，虛擬仿真實驗平臺，實驗室的管理平臺、實驗交流平臺等多個模塊，進而充分的滿足教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的實際需要。在虛擬實驗平臺的建設(shè)過程之中應(yīng)該根據(jù)具體的實驗所屬的課程，劃分出針對制藥專業(yè)課程設(shè)計的虛擬仿真實驗室以此來有效提升對虛擬仿真實驗平臺的利用效率。

3.2構(gòu)建完善的虛擬仿真實驗平臺

在制藥工程虛擬仿真實驗平臺建設(shè)的過程之中應(yīng)該構(gòu)建一個完整的實驗平臺即能夠在這一平臺之中進行制藥工程之中各門課程所需要的實驗。通常這一平臺之中應(yīng)該設(shè)計三個互相獨立的虛擬實驗室，分別為基礎(chǔ)實驗室、專業(yè)實驗室和實習(xí)仿真實驗室。各個實驗室之中設(shè)有獨立的計算機管理系統(tǒng)，教師能夠統(tǒng)一的組織學(xué)生開展相關(guān)的實驗，學(xué)生也能夠依據(jù)自身的需要在終端上遠程登錄相關(guān)的網(wǎng)站進行實驗的操作。

虛擬平臺之中包含的三個實驗室其在教學(xué)的過程之中分別發(fā)揮著不同的作用，鍛煉和培養(yǎng)制藥工程專業(yè)學(xué)生不同的能力?；A(chǔ)課程虛擬仿真實驗室之中進行的實驗主要是同基本的基礎(chǔ)知識和基本原理相關(guān)的各種實驗。這些實驗之中包涵了化學(xué)、生物、藥學(xué)等多個基礎(chǔ)學(xué)科的知識。在以實驗之中進行實驗時學(xué)生可以首先查看相關(guān)的實驗視頻，對具體的實驗流程有一個全面充分的了解，把握具體的實驗要點和難點。然后再進入到虛擬實驗的模塊之中展開實驗，在實驗的過程之中學(xué)生能夠深入的理解各項基礎(chǔ)學(xué)科之中的基本原理和理論。

專業(yè)課基礎(chǔ)實驗室之中的實驗主要是圍繞制藥工程專業(yè)要求掌握的實驗技能而展開的。在這一實驗室之中對各種實驗技術(shù)進行了深入的介紹，學(xué)生在虛擬仿真實驗的過程之中對實驗技術(shù)的難點和要點有了一個準(zhǔn)確感知，有效提升了學(xué)生的實際動手能力。

實習(xí)虛擬仿真實驗室之中的內(nèi)容主要圍繞真實的藥品生產(chǎn)過程以及藥品的生產(chǎn)工藝而展開。學(xué)生在這一虛擬仿真實驗室之中學(xué)習(xí)的過程之中能夠?qū)λ幤返纳a(chǎn)流程有一個感性的認(rèn)識，并可以嘗試自行設(shè)計藥品的生產(chǎn)流程和生產(chǎn)工藝，有效提升了學(xué)生的實踐能力。

3.3遵循虛實結(jié)合的原則

盡管虛擬仿真技術(shù)存在多個方面的優(yōu)點，但是其同真實的實驗還是存在一定的差距，因此教師在教學(xué)的過程之中要客觀正確的認(rèn)識虛擬仿真實驗技術(shù)和真實實驗直接的關(guān)系，兩者是一種互為補充的關(guān)系，嚴(yán)禁在教學(xué)的過程之中將其發(fā)展成為一種互相代替的關(guān)系即由虛擬仿真實驗技術(shù)代替真實的實驗技術(shù)。在教學(xué)的過程之中教師要把握好真實實驗和虛擬仿真實驗之間的比例，教師在組織實驗之前首先對兩種實驗的效果進行深入的分析，確定那一種實驗對實際的教學(xué)效果更好就采用那一種實驗。在教學(xué)的過程之中要切實將兩種實驗體系的優(yōu)點發(fā)揮出來。