基于OBE理念的制藥工程虛擬仿真實驗室建設(shè)思考

馬小雙，常 征，高明菊，李付惠，黃再強(qiáng)

（文山學(xué)院 三七醫(yī)藥學(xué)院，云南 文山 663099）

近年來，隨著教育改革的持續(xù)推進(jìn)，社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，應(yīng)用型高校制藥工程專業(yè)的教學(xué)設(shè)計逐漸由傳統(tǒng)的“照本宣科”模式向基于OBE（outcomes-based education）理念的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變。OBE教育理念強(qiáng)調(diào)以成果為導(dǎo)向，注重培養(yǎng)學(xué)生能力，并對學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評價[1]。制藥工程是化學(xué)、生物學(xué)、藥學(xué)和工程學(xué)等學(xué)科交叉滲透而形成的一門工科背景專業(yè)，是適應(yīng)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)需求而產(chǎn)生的[2]。制藥工程專業(yè)設(shè)立的目標(biāo)是培養(yǎng)適應(yīng)我國醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)建設(shè)和發(fā)展的藥學(xué)類人才，要求學(xué)生具備良好的專業(yè)知識、創(chuàng)新能力以及工程技術(shù)能力，并能在制藥類相關(guān)企事業(yè)單位從事藥物研發(fā)和教學(xué)實踐等方面的工作[3]。在接軌國際人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)同時，如何更有效提升制藥工程專業(yè)畢業(yè)生未來能力，適應(yīng)社會需求，成為應(yīng)用型高校亟須解決的主要矛盾。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、數(shù)字仿真等科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展背景下，虛擬仿真技術(shù)在制藥工程教學(xué)中的運(yùn)用無疑成為解決這一矛盾的有力抓手。文章結(jié)合本專業(yè)實際教學(xué)經(jīng)驗通過查閱、參考相關(guān)文獻(xiàn)資料后，對基于OBE理念的制藥工程教育中虛擬仿真實驗室建設(shè)思考分析如下。

1 認(rèn)識OBE理念及特點

1.1 OBE理念

OBE是成果導(dǎo)向教育英文縮寫，20世紀(jì)90年代在北美最早發(fā)展起來，并應(yīng)用于工程教育領(lǐng)域，是一種以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的教育理念。OBE理念要求從預(yù)期成果出發(fā)，反向推導(dǎo)各類專業(yè)課程為滿足目標(biāo)達(dá)成而需要的知識、能力和素質(zhì)要求，將課程的設(shè)置放在專業(yè)人才培養(yǎng)的預(yù)期成果導(dǎo)向之下[4]。

1.2 特點

在這一教學(xué)模式之下， 教師由傳統(tǒng)的知識講授者變成了教學(xué)的引導(dǎo)者，教師需要以學(xué)生為主體[5]。始終堅持學(xué)生的中心地位，學(xué)習(xí)成果的目標(biāo)導(dǎo)向，教師作為學(xué)生學(xué)習(xí)過程的指導(dǎo)者和輔助者，著重對學(xué)生自主思考、自主鉆研、自主學(xué)習(xí)、自主解決問題能力的培養(yǎng)，確保學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對于實質(zhì)技能和素養(yǎng)的掌握與提升，而不僅僅是在此過程中理論知識和內(nèi)容的量化積累[6]。將理論知識靈活的應(yīng)用于實踐，形成學(xué)生的自身技能，服務(wù)于行業(yè)、市場和社會需求，是這一模式下應(yīng)用型高校的人才培養(yǎng)目標(biāo)和方向。

2 虛擬仿真技術(shù)簡介

虛擬仿真（Virtual Reality）實際上是一種可創(chuàng)建和體驗虛擬世界（ Virtual World） 的計算機(jī)系統(tǒng)[7]。利用計算機(jī)系統(tǒng)生成的模擬環(huán)境再現(xiàn)現(xiàn)實世界，用戶通過與計算機(jī)的虛擬系統(tǒng)交流互動，形成類似真實的感受，計算機(jī)系統(tǒng)再根據(jù)用戶與虛擬環(huán)境交流所產(chǎn)生的各種反應(yīng)形成相應(yīng)數(shù)據(jù)反饋到用戶，從而形成較為逼真和及時的現(xiàn)實感受，產(chǎn)生類似現(xiàn)實實踐的身心體驗。

3 基于OBE理念的制藥工程虛擬仿真實驗室建設(shè)必要性

雖然每年國內(nèi)高校有大量制藥工程專業(yè)畢業(yè)生，但仍無法滿足藥企的需求，究其原因是畢業(yè)生水平參差不齊，理論基礎(chǔ)薄弱，同時因缺乏工程實踐能力，沒有工程意識，面對實際問題，缺少切實可行的解決方法[8]?；贠BE理念的制藥工程專業(yè)教育的最終目標(biāo)是根據(jù)制藥工程專業(yè)特點，在實現(xiàn)專業(yè)目標(biāo)的過程中使畢業(yè)生具備為自身創(chuàng)造價值的能力，促進(jìn)行業(yè)、企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步的能力，服務(wù)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能力。針對制藥工程專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)過程中存在的諸多問題，研究建立集實驗、實訓(xùn)于一體的智能化虛擬仿真實驗室，對夯實學(xué)生理論及實踐技能基礎(chǔ)，提升基于OBE理念的制藥工程專業(yè)教學(xué)效果具有極大促進(jìn)作用。

4 基于OBE理念的制藥工程虛擬仿真實驗室建設(shè)的意義

4.1 解決教師隊伍缺乏行業(yè)實踐經(jīng)驗問題

制藥工程專業(yè)的專任教師大多由基礎(chǔ)理論型和學(xué)科型的教育轉(zhuǎn)型，普遍存在著重基礎(chǔ)理論研究，輕應(yīng)用與實踐技能以及實踐能力較低的不足[9]。近年來，因地方高?？焖侔l(fā)展，急需壯大教師隊伍，大量“從校門到校門”高學(xué)歷青年教師被引進(jìn)，這些教師雖然基礎(chǔ)知識、理論較強(qiáng)，但因自身社會、企業(yè)實踐等經(jīng)驗欠缺，導(dǎo)致在教學(xué)中實現(xiàn)OBE教學(xué)理念困難。教師可以通過虛擬仿真實驗室先期開展各種實驗實踐研究，彌補(bǔ)自身社會、企業(yè)實踐等經(jīng)驗欠缺的問題，以更好地指導(dǎo)學(xué)生完成學(xué)習(xí)及各種實訓(xùn)。

4.2 解決校內(nèi)實訓(xùn)不夠，理論與實踐結(jié)合不好，影響學(xué)習(xí)效果問題

制藥工程專業(yè)包含化學(xué)、生物學(xué)、藥學(xué)和工程學(xué)等多學(xué)科知識，很多理論知識需要通過實驗實踐方式來理解和加深印象，但因一些實驗實踐風(fēng)險大、消耗多、花費(fèi)高及部分教師本身尚無法有效完成，導(dǎo)致學(xué)生知識點掌握不夠全面和過硬，難以滿足社會行業(yè)需求。通過虛擬仿真實驗室，可以降低學(xué)生實驗、實訓(xùn)風(fēng)險，降低實驗藥品、器械損耗，可以節(jié)約實驗、實訓(xùn)成本，同時讓學(xué)生通過模擬實踐更直觀地理解和掌握課本上枯燥的理論知識，同時激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)習(xí)效果，完成教學(xué)目標(biāo)。

4.3 解決校外實習(xí)實訓(xùn)落實不夠問題

制藥生產(chǎn)涉及的化學(xué)物質(zhì)和原料存在較大的安全隱患，如易燃、易爆、有毒等，且一些藥物的生產(chǎn)條件非?？量?，直接進(jìn)行生產(chǎn)的危險性大，一旦運(yùn)行出現(xiàn)問題，后果不堪設(shè)想[10]。教學(xué)的成本以及因培訓(xùn)不到位而造成車間污染的可能性增高，實習(xí)單位沒有能力也沒有意愿接納人數(shù)眾多的在校學(xué)生進(jìn)入車間進(jìn)行實際的動手操作，多數(shù)情況下，學(xué)生只能在走廊上參觀見習(xí)，聽講解、提問題，實習(xí)的效果很難得到保證，完全無法充分體現(xiàn)實習(xí)環(huán)節(jié)的教學(xué)目標(biāo)[11]。通過虛擬仿真實驗室的建立，可以完成學(xué)生進(jìn)入企業(yè)前的實訓(xùn)培訓(xùn)，使學(xué)生提前了解生產(chǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)、性能，熟悉操作流程，熟悉制備流程等，增強(qiáng)安全生產(chǎn)意識，避免因受制于制藥企業(yè)GMP（good manufacturing practice）管理要求，無法進(jìn)入潔凈、安全要求高的生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行實訓(xùn)實習(xí)的尷尬。

4.4 通過虛擬仿真實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新改進(jìn)能力

虛擬仿真操作過程，除了可以完成既定的操作外，也可以讓學(xué)生根據(jù)自己對知識的理解和掌握程度，修改設(shè)備參數(shù)和實驗藥品等完成按照個人想法的一系列操作，或者是教師根據(jù)一些生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題，啟發(fā)學(xué)生完成一系列針對性問題解決方案嘗試。因為是虛擬仿真操作，學(xué)生不必?fù)?dān)心因?qū)嶒炇』驍?shù)據(jù)不合理等造成真實的實驗藥品消耗、設(shè)備損壞、危險性等一系列問題，既降低了實驗成本，確保了實驗安全，更主要的是通過反復(fù)實驗驗證，深化了學(xué)生對工藝流程、設(shè)備運(yùn)行、流程選擇、參數(shù)優(yōu)化、風(fēng)險控制等深層次知識的理解，提升了學(xué)生在制藥工程行業(yè)中的創(chuàng)新改進(jìn)能力和解決復(fù)雜工程問題的能力。

5 基于OBE理念的制藥工程虛擬仿真實驗室建設(shè)的措施與應(yīng)用

在設(shè)計前責(zé)成軟件公司的開發(fā)團(tuán)隊必須充分調(diào)研了解企業(yè)和實驗室使用對象（教師與學(xué)生）需求，設(shè)計團(tuán)隊、使用對象、企業(yè)之間要建立及時有效的溝通互動平臺，共同制定指導(dǎo)思想和應(yīng)用內(nèi)容，要能充分體現(xiàn)專業(yè)特點和行業(yè)技術(shù)工藝，從而使軟件既滿足基于OBE理念的制藥工程教學(xué)普遍要求，又滿足使用者的針對性需求。

實驗室建成投入應(yīng)用后，除常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)外，開發(fā)團(tuán)隊還要引導(dǎo)使用者形成正確的實驗室使用觀念與使用流程，避免因“游戲化”等錯誤觀念及使用流程認(rèn)識偏差、不足等影響應(yīng)用積極性。同時還要不斷收集使用者的各種反饋信息，了解行業(yè)發(fā)展需求，及時對系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，不斷提升實驗室在制藥工程教學(xué)中的作用。

6 結(jié)語

制藥工程對從業(yè)人員的知識、技能以及設(shè)備、生產(chǎn)環(huán)境有著極高要求。同時因為其特殊性，該行業(yè)的發(fā)展壯大對地方乃至整個社會的發(fā)展具有強(qiáng)大的促進(jìn)作用，因此，基于OBE理念的制藥工程專業(yè)教育教學(xué)意義深遠(yuǎn)。通過以學(xué)生實驗、實訓(xùn)能力提升、創(chuàng)造思維培養(yǎng)等方向建立虛擬仿真實驗室，可以增強(qiáng)教師教學(xué)趣味性，學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，極大地解決制藥工程專業(yè)人才培養(yǎng)中存在的諸多問題，從而實現(xiàn)基于OBE理念的制藥工程教育教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)出具備為自身創(chuàng)造價值能力，具備促進(jìn)行業(yè)、企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步能力，能夠服務(wù)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制藥工程人才。當(dāng)然，我們在使用實踐中也要注意其存在的不足，限于目前技術(shù)水平，模擬系統(tǒng)不能完全取代教師教學(xué)及所有實際操作和實習(xí)實訓(xùn)，必須有機(jī)結(jié)合；同時還要避免使用過程中部分教師學(xué)生對系統(tǒng)的認(rèn)識偏差，形成模擬操作的“游戲化”印象，造成實驗、生產(chǎn)實際操作過程中不夠嚴(yán)肅、認(rèn)真的態(tài)度。只有揚(yáng)長避短，真正發(fā)揮好其輔助作用，才能有效提升教學(xué)質(zhì)量。