虛擬仿真實驗在“中藥藥理學(xué)”課程教學(xué)中的應(yīng)用

李麗麗 陶紅 黃琪 汪寧

摘要 高校的教學(xué)與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相輔相成，轉(zhuǎn)化出新型的教育方式，目前高校實驗教學(xué)大多采用虛擬仿真實驗方式。中藥藥理學(xué)作為中藥學(xué)的核心課程之一，需要中藥學(xué)專業(yè)學(xué)生熟悉理論知識與掌握實驗技能。將虛擬仿真實驗應(yīng)用于中藥藥理學(xué)課程教學(xué)中，可加強學(xué)生的相關(guān)實驗技能、科研創(chuàng)新能力，又可提高中藥藥理學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。文章將以清熱藥苦參抗腫瘤作用為例，探討虛擬仿真實驗在中藥藥理學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 中藥藥理學(xué)；虛擬仿真實驗；苦參；教學(xué)案例

中圖分類號：G424文獻標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.8.030

虛擬仿真實驗教學(xué)是指利用計算機系統(tǒng)中的虛擬仿真技術(shù)模擬各種虛擬實驗環(huán)境，實驗者可以像在真實的環(huán)境中一樣，完成各種預(yù)定實驗項目的教學(xué)模式[1]。傳統(tǒng)高校實驗教學(xué)存在成本高、不可重復(fù)操作，具有風(fēng)險等特點。在現(xiàn)代計算機技術(shù)的支持下，智慧教學(xué)和虛擬技術(shù)相結(jié)合，具有成本低、可重復(fù)操作、無風(fēng)險等優(yōu)勢，為醫(yī)藥學(xué)人才專業(yè)技能的提升鋪墊出更大的空間，也因此在高校教學(xué)被廣泛采用[2]。

“中藥藥理學(xué)”是安徽中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)專業(yè)的重要專業(yè)課之一。該課程以中醫(yī)藥現(xiàn)代研究成果為主講內(nèi)容，并著重闡述了中藥藥效作用的物質(zhì)基礎(chǔ)及作用機制，是實踐性和應(yīng)用性都非常強的課程[3]。在課程教學(xué)過程中，除了在教室中教授的理論知識外，一些實驗技能也是必不可少的。根據(jù)中藥學(xué)專業(yè)培養(yǎng)方案和課程要求，該課程于本科階段的第5學(xué)期開設(shè)，共計64學(xué)時，理論教學(xué)學(xué)時48學(xué)時、實驗教學(xué)學(xué)時16學(xué)時，其中在16學(xué)時中完成實驗項目6個。但是由于實驗條件限制，有些實驗可能無法進行，如需要無菌條件的細胞實驗等，而這些實驗技能亦是學(xué)生需要掌握的，故可將傳統(tǒng)教學(xué)方式與虛擬仿真實驗相結(jié)合。如清熱藥苦參抗腫瘤作用實驗是研究苦參提取物對腫瘤細胞的抑制作用，因?qū)嶒炆婕澳[瘤細胞的培養(yǎng)及MTT實驗操作，準(zhǔn)備過程煩瑣且環(huán)境要求高，學(xué)生操作也存在一定的安全隱患。因此，針對該實驗項目，在學(xué)校提供的智慧樹教學(xué)平臺之上，課題組教師利用虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)進行教學(xué)，不僅節(jié)約了課時，提高了教學(xué)效率，更解決了實驗環(huán)境的限制問題，還大幅度降低了學(xué)生實驗操作的風(fēng)險系數(shù)；與此同時，教學(xué)效果也顯著提升，學(xué)生能夠更為高效地理解吸收清熱藥苦參抗腫瘤作用實驗的方法、原理和實際的操作步驟，為培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型中藥學(xué)專業(yè)人才助力[4]。

1開展虛擬仿真實驗教學(xué)的必要性

1.1虛擬仿真實驗教學(xué)順應(yīng)了大環(huán)境下的教育信息化趨勢

虛擬仿真實驗教學(xué)憑借其可活動性，可隨時隨地進行，在高校教學(xué)活動中的重要性逐漸顯露。

在傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法越來越難以實現(xiàn)社會對人才培養(yǎng)質(zhì)量要求的情況下，將虛擬仿真實驗教學(xué)應(yīng)用到教學(xué)日常中，不但能解決傳統(tǒng)教育中面臨的難題，為大學(xué)生開展創(chuàng)新實驗拓展思路，也能提供多領(lǐng)域?qū)嵺`方法，提高學(xué)生在具體實驗中的操作技能，更符合實驗教學(xué)信息化發(fā)展的趨勢[5]。

1.2虛擬仿真實驗教學(xué)可以增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

與傳統(tǒng)的實驗教學(xué)相比，虛擬仿真實驗教學(xué)利用虛擬手段，將復(fù)雜抽象的實驗內(nèi)容條理化、直觀化和模塊化展現(xiàn)在學(xué)生面前，使學(xué)生能更好地熟悉藥理實驗的具體操作步驟，了解各種實驗方法的原理及注意事項等[6]。例如，藥理實驗中由于實驗資源有限，如操作臺、藥物、實驗器材等，使得有的實驗是分組進行，無法保證每個學(xué)生都能上手進行實驗，會降低學(xué)生參與實驗的積極性。虛擬實驗場景不像傳統(tǒng)實驗一樣局限于同一操作空間，不同空間、不同儀器的實驗操作過程吸引學(xué)生的興趣，并且不用擔(dān)心損壞儀器設(shè)備。還有一些實驗操作難度系數(shù)較高的實驗，如家兔支氣管插管，學(xué)生無法看清實驗操作的細節(jié)，而且因觀看示教的機會有限，學(xué)生無法較好地理解、掌握實驗操作的步驟和要領(lǐng)，于是可以通過虛擬仿真進行操作。同時，在虛擬仿真實驗教學(xué)模式下，師生可以實時互動交流，增強了學(xué)生參與實驗的興趣，提高了學(xué)習(xí)效率[7]。

1.3虛擬仿真實驗教學(xué)可以降低學(xué)校高素質(zhì)人才的培養(yǎng)成本

傳統(tǒng)中藥學(xué)專業(yè)實驗教學(xué)的開設(shè)出于實驗成本及學(xué)生操作安全考慮，學(xué)校會刪除一些涉及細胞、精密貴重儀器及名貴藥材如人參等的實驗內(nèi)容；此外，一些涉及毒麻藥品，如麻黃、馬鞭草、川烏等藥材，可能會影響到師生身體健康的實驗內(nèi)容也無法開展。而這些實驗也是中藥藥理學(xué)實驗的重要內(nèi)容，對于中藥學(xué)專業(yè)學(xué)生實驗技能的訓(xùn)練十分重要。虛擬仿真實驗教學(xué)則可借助云平臺及虛擬化的仿真技術(shù)，通過虛擬空間來模擬實驗環(huán)境與實驗過程，讓學(xué)生參與其中。這樣，既可以讓學(xué)生較為全面地掌握中藥藥理作用研究方法及操作技能，又降低了學(xué)校培養(yǎng)高素質(zhì)人才的成本。

2虛擬仿真實驗在中藥藥理學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

中藥藥理學(xué)作為溝通中醫(yī)學(xué)與中藥學(xué)的橋梁學(xué)科，體現(xiàn)的是傳統(tǒng)與現(xiàn)代的有機結(jié)合，課程重視實踐與應(yīng)用。因此，中藥藥理實驗是中藥藥理教學(xué)的一個重要內(nèi)容。學(xué)生參與到實驗當(dāng)中，在鍛煉實踐動手能力的同時，也更加真實地觀察到實驗中各種中藥作用與不同的動物或細胞所表現(xiàn)出的不同生理反應(yīng)，從而對理論教學(xué)的內(nèi)容有更加直觀的感受和更好的理解與記憶[8]。以清熱藥苦參抗腫瘤作用實驗為例?？鄥ⅲ⊿ophoraflavescensRadix.）是豆科植物苦參（Sophora flavescens Ait.）的干燥根，清熱燥濕，殺蟲，利尿[9]?？鄥A（MT）是苦參的主要化學(xué)成分之一，大量的研究顯示，MAT對多種癌癥，包括肝癌、肺癌等都有很好的抑制作用[10-11]。關(guān)于苦參抗腫瘤作用的體現(xiàn)需要進行細胞實驗，選用腫瘤細胞進行MTT試驗，考查清熱藥苦參對腫瘤細胞存活的影響，以評價苦參的抗腫瘤活性。實驗?zāi)康陌ㄒ髮W(xué)生掌握MTT法評價苦參抗腫瘤作用的操作步驟，熟悉MTT法的實驗原理及注意事項和了解藥物抗腫瘤作用的其他實驗方法。作為一類細胞實驗，在實驗操作中存在成本高、用時長及對人員的專業(yè)要求多等特點，學(xué)生不能每個人都參與操作，同時教師也沒辦法做到一對一指導(dǎo)。

考慮到該類型實驗的代表性，教師可使用虛擬仿真系統(tǒng)來進行實驗，通過模擬實驗室環(huán)境給學(xué)生以接近真實的感受，掌握該實驗技能。學(xué)校與智慧樹平臺合作建立虛擬仿真實驗?zāi)K，學(xué)生可登錄智慧樹平臺賬號，選擇相應(yīng)的虛擬仿真實驗課程，點擊相應(yīng)按鈕進入虛擬仿真實驗室準(zhǔn)備進行相關(guān)的實驗操作（圖1）。實驗中涉及準(zhǔn)備實驗前器材與相關(guān)事項、選擇實驗對象、細胞消化、細胞計數(shù)、細胞鋪板、細胞加入受試藥物、加MTT、加DMSO，測量吸光度值等操作（圖2），此時教師要詳細地講解該實驗的目的、原理、儀器、試劑、方法和操作步驟、注意事項等，特別是在講解實驗操作時，要把實驗原理和注意事項等內(nèi)容融入進去，使學(xué)生了解與掌握實驗的目的、原理和操作方法。同時，教師也利用仿真實驗教學(xué)平臺里的兩種模式，即學(xué)習(xí)模式與考核模式，讓學(xué)生親身體驗實驗操作，并了解他們對實驗的理解與掌握情況（圖3）。

3建議和措施

通過將虛擬仿真實驗與中藥藥理學(xué)實驗課程相結(jié)合，可以豐富中藥藥理學(xué)實驗的教學(xué)理念，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進中藥藥理學(xué)實驗教學(xué)水平和質(zhì)量的提升。但是就目前來說，虛擬仿真實驗教學(xué)平臺建設(shè)不足，實驗教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新意識不強，學(xué)生與教師對于虛擬仿真實驗的認(rèn)識不深，同時學(xué)校也缺少對于虛擬仿真實驗熟悉的專業(yè)教師。

針對這些問題，學(xué)校應(yīng)加強完善虛擬仿真實驗教學(xué)資源與平臺建設(shè)，完善虛擬仿真實驗教學(xué)配套制度，引進掌握信息技術(shù)的教師，培養(yǎng)學(xué)生與教師的虛擬仿真實驗思維[12]。同時應(yīng)結(jié)合中藥藥理學(xué)實驗教學(xué)項目的具體情況與需要，增加一些經(jīng)典的虛擬仿真實驗教學(xué)課程，建立健全虛擬仿真教學(xué)的效果評價機制，更好地完善虛擬仿真實驗教學(xué)模式。此外，虛擬仿真實驗要更加注重學(xué)生的自主學(xué)習(xí)探索，更好地與中藥藥理學(xué)課程結(jié)合起來，調(diào)動學(xué)生參與中藥藥理學(xué)實驗的主觀能動性[13]。

4結(jié)語

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，在中藥藥理實驗教學(xué)中引入虛擬仿真技術(shù)，推進虛擬實驗教學(xué)的建設(shè)，為社會培養(yǎng)更多具有扎實中藥藥理理論知識和實驗技能的人才，是高校實驗教學(xué)的必然趨勢。虛擬仿真實驗可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，改善學(xué)生思維，降低學(xué)校資金成本，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)中藥藥理學(xué)相關(guān)知識。虛擬仿真與中藥藥理理論教學(xué)相結(jié)合，將促進中藥藥理基礎(chǔ)實驗教學(xué)水平的提升。

*通訊作者：汪寧

基金項目：安徽省教育廳教學(xué)研究一般項目（2019JYXM1252）；安徽中醫(yī)藥大學(xué)教學(xué)研究重點項目（2021XJJY_ZD006）。

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