基于虛擬仿真平臺(tái)的制藥工程專業(yè)線上實(shí)踐教學(xué)的探索

張文君，楊碩，王立

(哈爾濱商業(yè)大學(xué)藥學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150076)

突如其來的新冠肺炎疫情給企業(yè)的復(fù)工復(fù)產(chǎn)、學(xué)校的復(fù)學(xué)帶來了極大影響。為保證教育教學(xué)工作的順利進(jìn)行，教育部提倡2020春季學(xué)期延期開學(xué)、“停課不停教、不停學(xué)”，倡導(dǎo)積極利用優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)上教學(xué)資源，為學(xué)生搭建云課堂，解決學(xué)生在家學(xué)習(xí)的問題[1]。線上教學(xué)更是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”這一新型的教育模式的應(yīng)用展示。

制藥工程作為一個(gè)工科類專業(yè)，實(shí)踐教學(xué)是制藥工程專業(yè)建設(shè)的重中之重。近年來，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的興起為實(shí)踐教學(xué)的發(fā)展添磚加瓦，新穎的、沉浸式的教育體驗(yàn)是傳統(tǒng)實(shí)踐模式所欠缺的。鑒于特殊時(shí)期，學(xué)院借助歐倍爾云課堂虛擬仿真學(xué)習(xí)平臺(tái)完成制藥工程專業(yè)學(xué)生的線上實(shí)踐教學(xué)工作。本文將對(duì)虛擬仿真應(yīng)用于教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)、虛擬仿真在醫(yī)藥類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用，以及基于歐倍爾云課堂虛擬仿真平臺(tái)的制藥工程專業(yè)線上實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行綜述，為實(shí)踐教學(xué)渠道的多元化提供參考。

1 虛擬仿真應(yīng)用于教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

虛擬仿真(virtual reality，VR)是一種計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用該技術(shù)可以創(chuàng)建出的一個(gè)虛擬的三維世界，并以交互的形式呈現(xiàn)出來。該三維世界中可以模擬出用戶的物理狀態(tài)，并與由計(jì)算機(jī)創(chuàng)建出的角色或環(huán)境互動(dòng)[2]。在過去的幾年中，虛擬仿真已從游戲領(lǐng)域發(fā)展到專業(yè)領(lǐng)域，并為醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、物理科學(xué)、工程學(xué)等學(xué)科的理論和實(shí)踐教學(xué)開辟了新的領(lǐng)域。

虛擬仿真提供了一種沉浸式的動(dòng)手學(xué)習(xí)體驗(yàn)，將抽象概念具體化、可視化，將其應(yīng)用于教育教學(xué)中發(fā)揮獨(dú)特的作用。與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，虛擬仿真為學(xué)生提供了一種可互動(dòng)的、身臨其境的、新穎的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。虛擬仿真的新穎性和娛樂性對(duì)學(xué)生而言充滿吸引力，使學(xué)生產(chǎn)生興趣、積極探索、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛力。

虛擬仿真創(chuàng)建出的情景式教學(xué)環(huán)境可以為學(xué)生提供臨場(chǎng)感和沉浸感，使教學(xué)內(nèi)容更加生動(dòng)，學(xué)生可以在能夠增加學(xué)習(xí)潛力的環(huán)境中學(xué)習(xí)，這是傳統(tǒng)教學(xué)模式所無法比擬的。

虛擬仿真還可以使學(xué)生能夠根據(jù)自身的想象力創(chuàng)建任何東西，并實(shí)現(xiàn)可視化、可互動(dòng)化，可以使難以理解的抽象概念更容易掌握。尤其在涉及一些昂貴、危險(xiǎn)或特殊空間的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，虛擬仿真技術(shù)具有巨大的潛力。

綜上，將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)，既可以提高學(xué)生的參與度、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)潛力，又能為學(xué)生提供更加新穎、生動(dòng)的學(xué)習(xí)環(huán)境。作為體驗(yàn)時(shí)代的教育工作者，我們應(yīng)該利用更好的方法，為學(xué)生提供更有效的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。利用優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，推動(dòng)教學(xué)的改革與創(chuàng)新，而虛擬仿真技術(shù)為我們提供了新的機(jī)遇。

2 虛擬仿真在醫(yī)藥類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

根據(jù)教育部關(guān)于《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)》[3]和《2017年教育信息化工作要點(diǎn)》[4]的要求，強(qiáng)調(diào)要不斷推進(jìn)高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)與信息技術(shù)融合，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的建設(shè)及應(yīng)用，并開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作。各高校積極響應(yīng)教育部的號(hào)召，建立虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。

安徽醫(yī)科大學(xué)創(chuàng)建了醫(yī)學(xué)微生物學(xué)中霍亂弧菌的感染與診斷的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)[5]，和病原微生物學(xué)中破傷風(fēng)梭菌毒素致小鼠肌肉痙攣虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[6]。運(yùn)用該系統(tǒng)既保障了微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的安全性，又增加了課程的趣味性，提高教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)教學(xué)模式的改革。南華大學(xué)醫(yī)學(xué)院[7]搭建的醫(yī)學(xué)微生物學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)服務(wù)于各專業(yè)的醫(yī)學(xué)生，解決了生物安全、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)緊張等問題，有助于提高學(xué)生的專業(yè)技能。

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院第一臨床學(xué)院[8]采用了胃管置入術(shù)“虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)模式，將虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)與傳統(tǒng)模擬設(shè)備實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，使學(xué)生的臨床操作技能得到提高。

深圳大學(xué)醫(yī)學(xué)部[9]創(chuàng)建了生殖細(xì)胞分離提取與體外受精虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的補(bǔ)充，該系統(tǒng)以解決臨床不孕不育問題為目的，包含有實(shí)驗(yàn)操作視頻和虛擬交互操作兩部分，有助于學(xué)生理解和掌握相關(guān)醫(yī)學(xué)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)基本操作流程。

鄭州大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院[10]開發(fā)了醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用混合式教學(xué)方法，將傳統(tǒng)線下教學(xué)與線上教學(xué)相結(jié)合。多數(shù)學(xué)生認(rèn)為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)作為傳統(tǒng)教學(xué)的補(bǔ)充，能夠起到輔助教學(xué)的作用。

南京醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院[11]運(yùn)用虛擬仿真牙醫(yī)培訓(xùn)系統(tǒng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行口腔臨床前訓(xùn)練，得到學(xué)生的高度認(rèn)可。該系統(tǒng)包含各個(gè)口腔專業(yè)的常規(guī)實(shí)踐操作板塊，并解決了應(yīng)用傳統(tǒng)仿真頭模安全性差、價(jià)格昂貴、消耗大等問題。

暨南大學(xué)[12]和河北醫(yī)科大學(xué)[13]建設(shè)了藥學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將信息化技術(shù)與藥學(xué)主干學(xué)科內(nèi)容相結(jié)合，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容不僅包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作，還包含科研理念，為培養(yǎng)藥學(xué)專業(yè)創(chuàng)新型人才提供了優(yōu)質(zhì)教育資源。

上海中醫(yī)藥大學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心[14]建設(shè)了中藥學(xué)高效液相色譜分析技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

南京中醫(yī)藥大學(xué)[15]建設(shè)了中藥制藥專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，旨在提高中藥制藥專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，并達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享的目的。湖南中醫(yī)藥大學(xué)[16]開展六味地黃丸提取工藝的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)生反映學(xué)習(xí)效果佳。

廣東工業(yè)大學(xué)[17]構(gòu)建的制藥工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)習(xí)平臺(tái)，主要包含化學(xué)制藥生產(chǎn)工藝、青霉素生產(chǎn)工藝、藥物制劑生產(chǎn)實(shí)習(xí)虛擬仿真系統(tǒng)，模擬了制藥企業(yè)藥物工業(yè)化生產(chǎn)的全過程，學(xué)生通過該虛擬仿真實(shí)習(xí)平臺(tái)能夠無限次操作制劑生產(chǎn)的工藝流程，更好地將理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合，使學(xué)生對(duì)藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范(GMP)和標(biāo)準(zhǔn)操作流程(SOP)有切身體驗(yàn)，并加深理解。

3 基于“歐倍爾云課堂”虛擬仿真平臺(tái)的制藥工程專業(yè)線上實(shí)踐教學(xué)

3.1 線上實(shí)踐教學(xué)的目的 由于新冠肺炎疫情的影響，我校藥學(xué)院制藥工程專業(yè)學(xué)生首次采用歐倍爾云課堂虛擬仿真平臺(tái)進(jìn)行線上實(shí)踐教學(xué)。該虛擬仿真平臺(tái)以現(xiàn)代藥廠為參照，以GMP為標(biāo)準(zhǔn)，用Unity3D技術(shù)構(gòu)建一個(gè)高度仿真的虛擬生產(chǎn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了工廠仿真實(shí)訓(xùn)的輔助教學(xué)功能，為制藥工程專業(yè)學(xué)生提供了一個(gè)仿真度高、可全程參與、可提供操作指導(dǎo)、虛擬仿真的現(xiàn)代化制藥廠GMP生產(chǎn)模擬操作平臺(tái)。學(xué)生可以通過該平臺(tái)切身體驗(yàn)制劑生產(chǎn)全過程、了解制劑生產(chǎn)環(huán)境、操作制劑生產(chǎn)設(shè)備、學(xué)習(xí)GMP相關(guān)知識(shí)等。促進(jìn)學(xué)生將理論知識(shí)真正運(yùn)用于實(shí)踐，利于學(xué)生將來步入社會(huì)后，能迅速融入實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中去。

相比于傳統(tǒng)的線下實(shí)踐教學(xué)，采用該虛擬仿真平臺(tái)只需要一臺(tái)電腦和互聯(lián)網(wǎng)即可完成。傳統(tǒng)的線下實(shí)踐教學(xué)時(shí)間和場(chǎng)地有限，且常常為幾人一組，難以保證每位同學(xué)得到充分的實(shí)踐訓(xùn)練，而采用該虛擬仿真平臺(tái)的線上實(shí)踐教學(xué)可以使學(xué)生無限次模擬實(shí)踐操作，保證每位同學(xué)都能參與到全部生產(chǎn)工藝流程中去，得到充分的實(shí)踐訓(xùn)練。

3.2 線上實(shí)踐教學(xué)的應(yīng)用 歐倍爾云課堂虛擬仿真平臺(tái)需登錄該平臺(tái)網(wǎng)站，并下載相應(yīng)軟件，即可操作。針對(duì)制藥工程專業(yè)的線上實(shí)踐教學(xué)單元有：AB級(jí)人員更衣、CD級(jí)人員更衣、軟膠囊、硬膠囊、濕法混合制粒、壓片崗位、安瓿瓶檢漏滅菌、藥品檢驗(yàn)等。

課前由指導(dǎo)教師發(fā)布預(yù)習(xí)內(nèi)容和實(shí)踐要求，學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，內(nèi)容包括固體制劑、液體制劑生產(chǎn)工藝流程，GMP相關(guān)知識(shí)，生產(chǎn)設(shè)備的名稱、工作原理、SOP等。學(xué)生了解工業(yè)生產(chǎn)的整個(gè)流程，并進(jìn)行討論交流，提出疑問。

由于新冠肺炎疫情的影響，教師采用在釘釘APP線上教學(xué)的方式進(jìn)行集中授課，對(duì)線上實(shí)踐訓(xùn)練的幾個(gè)單元進(jìn)行詳細(xì)講解，并通過窗口共享的方式，指導(dǎo)學(xué)生“歐倍爾云課堂”虛擬仿真平臺(tái)的操作方法，并對(duì)學(xué)生預(yù)習(xí)過程中提出的問題進(jìn)行答疑。

學(xué)生在虛擬仿真平臺(tái)上進(jìn)行各個(gè)單元的操作。以壓片崗位為例，軟件會(huì)設(shè)置片劑生產(chǎn)前檢查、壓片操作、設(shè)備狀態(tài)表示更改、清場(chǎng)記錄填寫、生產(chǎn)合格證領(lǐng)取、清場(chǎng)合格證填寫、生產(chǎn)記錄填寫等任務(wù)，學(xué)生按任務(wù)列表相繼完成相應(yīng)操作，軟件會(huì)給出學(xué)生每一個(gè)操作步驟的得分、這一單元的總成績(jī)，并標(biāo)出哪些步驟操作有誤。學(xué)生可反復(fù)多次練習(xí)，學(xué)習(xí)壓片機(jī)操作、壓片崗位SOP、設(shè)備運(yùn)行原理、中控檢測(cè)、生產(chǎn)文書的書寫等內(nèi)容。

除了操作模式外，軟件還提供了漫游模式，包括固體制劑車間、液體制劑車間、車間外部漫游系統(tǒng)，此模式下學(xué)生可以在場(chǎng)景中任意行走、觀察、點(diǎn)擊學(xué)習(xí)相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)、操作設(shè)備等，在學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的同時(shí)增加了趣味性。

3.3 線上實(shí)踐教學(xué)的成效 采用歐倍爾云課堂虛擬仿真平臺(tái)的線上實(shí)踐教學(xué)模式廣受學(xué)生好評(píng)。該軟件用更直觀、生動(dòng)、形象的方式，展現(xiàn)了虛擬的藥廠生產(chǎn)車間場(chǎng)景，解決了學(xué)生無法真正深入生產(chǎn)車間內(nèi)部的問題，幫助學(xué)生掌握藥品生產(chǎn)企業(yè)GMP的基本要求、各崗位的SOP、掌握制劑的生產(chǎn)工藝操作、流程，對(duì)今后步入的工作崗位有進(jìn)一步的了解。

4 結(jié)語(yǔ)

在教育教學(xué)過程中，學(xué)生對(duì)于復(fù)雜抽象概念的理解仍存在困難。各教育機(jī)構(gòu)開始采用功能強(qiáng)大的基于新技術(shù)的教育教學(xué)工具，來滿足不同學(xué)生群體的需求。我院首次嘗試采用歐倍爾云課堂虛擬仿真平臺(tái)線上實(shí)踐教學(xué)模式，成果顯著，以期為提高實(shí)踐教學(xué)效果和實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)渠道多元化提供參考。