虚实融合的PBL教学模式在制药工程综合实验中的应用

沈婧祎，张恩立，王章翠，薛洪宝，梁丽丽

(蚌埠医学院公共基础学院，安徽 蚌埠 233030)

制药工程是一门交叉学科，建立在药学、化学、生物科学以及工程学等学科的基础上，具有把实验室科研成果转化为生产力的桥梁作用。制药工程专业的综合实验是制药专业实训中的重要环节。在高年级专业实验教学中开设综合设计实验，能使学生更加直观地掌握原料药合成相关技术、各种常用剂型的制备工艺与方法、过程质量控制及质量保证、实验仪器的选择、应用和控制，提升学生的实验能力、实践能力和创造能力，为学生走入社会、进入制药工作岗位打下坚实基础[1]。

近年来，以学生为中心，以问题为基础的“以问题为导向的学习”(problem-based learning，PBL) 教学模式[2]，被国内外多所高校的专业课、实验课及公共基础课所采纳，受到了师生的广泛好评，取得了可观的教学效果。PBL教学是给学生提供某一实际的问题情境，学生进入该情境，主动对问题进行分析，学习和收集解决该问题所需的专业知识，最终一步步地解决该问题[3]。在制药工程综合实验教学中引入PBL教学模式，有利于制药工程专业学生养成主动学习、思考的习惯、从而提高解决实际的工程问题的能力。

虚拟仿真技术(virtual simulation)通过借助现代化的计算机技术，对某一具体系统的内部组织、结构、动作以及参与该系统的人员的思维方式和行为指令进行系统性、动态性的模拟[4-5]。制药工程专业药物制剂实训仿真系统采用了“场景”仿真的概念，对真实的药物制剂生产环境进行模拟，为学生提供一个整体的视角，方便其直观地了解GMP条件下各生产岗位的实际布置情况，增强学生对制药过程的认知。将线上的虚拟仿真课程与线下的实验实践课程有机结合，可促进学生对相关课程的理解，提高学习效率[6]，满足教学需求。

1 虚实融合的PBL教学模式应用于制药工程综合实验的可行性分析

1.1 课堂教学形式与虚实融合的PBL教学模式相符合

制药工程综合实验课程将4～6名同学划分成一个实验组，在给定具体的实验课题后，各小组依据设计要求查阅相关资料与文献，互相讨论并拟定实验方案，促使学生积极思考，共同探究，最终提高学生的专业思维能力和动手实践能力，实现小组各成员的共同进步。

1.2 综合实验课程应用虚实融合的PBL教学模式具有可操作性

制药工程综合实验主要涉及多种制剂制备及质量检查的全过程。每个实验又涉及多台设备，而实验中选择的各种制剂均为目前临床及市场上常见的药物制剂，这些因素决定了实验教学过程中学生需要着手解决的均是切合实际的问题。将药物制剂实训仿真系统融入制药工程综合实验教学中，在培养学生动手能力的同时，可以促进学生全面掌握各步制药单元的操作，帮助学生更直观地理解各制药设备的工作原理。

在综合实验教学中，教师首先提出问题，各小组成员通过PBL教学模式最终将问题解决。可以按照具体的要求来检验各组成员解决问题的思路是否清晰明了、结果是否最优。如丹参颗粒剂的制备，最终验证颗粒剂的外观如何、粒度是否均匀、干燥失重及有效成分的含量是否符合要求等。同时，各实验小组解决问题的思路不同、方案不同，甚至得到问题的结果也可能不同。在实验中，可根据学生实验的细节，包括问题的思考与讨论、资料的查阅与收集、推理判断等过程，进行总结、评定结果[7]。

1.3 教学目标一致——培养学生实践能力

综合实验开始前，由教师向学生下达实验任务，简单解释实验目的及预期结果，小组以问题为基础进行思考讨论，独立设计方案并进行实验操作，同时通过虚拟仿真系统模拟实验过程，探讨实验的可行性。教师在实验过程中不再直接向学生提供知识，而是起到间接促进学习的作用。当学生在实验过程中发现问题、提出问题时，实验教师对学生进行启发与引导，与学生进行交流与讨论，促使学生展开自主学习，不断提出问题、分析讨论、解决问题。因此，通过PBL教学模式能够更好地达到培养学生专业实践能力的教学目标。

2 虚实融合的PBL教学模式在制药工程综合实验中的具体实施方法

2.1 创设情境，提出问题

教师应根据制药工程综合实验课程的性质和教学大纲，在课前提出实验题目和总体的目标要求。如丹参中有效成分的提取、颗粒剂制备及其质量检查这一单元实验，涉及天然药物化学、药物分离提取技术、制药工艺学及药物分析等各专业课的知识[8]，因此将该单元的实验项目纳入制药工程综合实验中。任课教师在实验课程开课前1～2周对学生提出实验的总体要求和目标：学生以准备好的丹参饮片为原料，分别提取出其中的水溶性及脂溶性有效成分，对提取物进行鉴别及含量测定，以湿法制粒制备丹参颗粒剂，最终对其进行质量检查。

2.2 分实验小组分析问题，收集资料，并提出方案

综合实验小组依据学生的认知水平进行均匀分配。一般是4～6名学生组成一个实验小组，共同讨论解决实验中的问题[9]。

实验小组根据授课教师提出的综合实验的总体要求及目标，可以自主设计丹参有效成分的提取方法、鉴别与含量测定方法、药用辅料的筛选和丹参颗粒剂的质量检查。在实验实际操作之前，小组成员们通过查阅实验相关的文献资料，与其他小组成员互相讨论、互相学习，理解并解释清楚各步实验操作，并提出具体详细的实验方案。方案中应详尽说明各实验步骤，并列出每一步实验所需的药品和仪器等。

2.3 实验过程中教师与学生之间互动，学生小组与小组之间互助

各实验小组提交实验预方案后，任课教师要结合该实验的实际情况以及所在实验室的条件，提纲挈领，抓住实验中的关键要素，与学生讨论实验总体思路、实验步骤及原理、实验所需成本、时间安排及实验安全操作等内容，引导各小组对其实验方案进一步进行优化。对于“丹参中有效成分的提取、颗粒剂制备及质量检查”这一综合实验，教师首先需要提醒学生关注的是有效成分的提纯方法，针对各小组的预方案给出导向，带领学生讨论几种不同的提纯方法，最终让各小组自行选择。

整个综合实验课程的进程中都应进行组内与组间讨论，例如丹参中的脂溶性有效成分应选择什么溶剂来提取？如何去除水溶性有效成分中的多糖类杂质？颗粒剂辅料如何选择？处方如何优化？如何检查所得颗粒剂的质量？这些问题是这一实验过程中各小组学生经常会讨论的，在讨论中教师的作用是启发各小组成员自己思考并探寻答案，而不是直接解答问题。通过讨论与思考，学生对整个实验的原理、过程、方法及现象均会有更深刻的领悟，而且对实验中涉及的操作技能也能更好地掌握，有利于所学理论知识向实践技能转化。

2.4 虚拟仿真项目融入实验教学，线上线下混合教学

教师要充分运用线上的药物制剂实训仿真系统，利用软件模拟探讨实验方案的可行性，并针对具体岗位操作提出具体的操作条件及参数，让学生在虚拟仿真实训中进一步巩固对具体制剂工艺相关知识的掌握。通过沉浸式实训体验，让学生感受制药过程的每一小步对药品质量的巨大影响，自然而然地形成“药品质量是设计生产出来的，而非检验出来的”这一观念。

这一虚实融合的综合实验教学模式可以使学生更直观地理解实验室工艺阶段和工业生产工艺阶段的区别与联系，有助于学生进一步掌握相关制药设备的使用原理及使用方法，从而培养制药工程专业学生的整体观念，树立制药“全过程控制”的意识。整个过程需要实验小组内及小组之间的讨论与合作，从而提高学生的实验操作能力，增强学生的团队精神。

2.5 实验结束后小组讨论

各小组在实验结束后就本组的实验情况进行答辩。各小组在答辩过程中需说明本组实验设计的整体思路、实验过程、实验结果与实验结论等，同时要向任课教师和其他小组展示本组制备的丹参颗粒剂产品，并附上质量检查结果，完成实验报告。指导教师及其他同学就答辩过程展开讨论，如实验设计的合理性，中间过程的控制，丹参颗粒剂的性状、鉴别及检查等。讨论后，教师对实验过程进行综合评价，提出各个小组在实验操作中需要改进的地方，总结实验成果与效果。

2.6 提交课程成绩

为客观反映学生的综合水平，综合实验课程成绩根据以下几个方面来评定：实验过程设计(文献查阅、实验试剂与仪器的选择、实验方案设计与修改等)占20%，实验过程中的表现(实验态度、具体操作、讨论、合作能力等)占30%，实训仿真系统的操作及项目的完成情况占15%，实验答辩(答辩思路、答辩PPT、语言表达、对整个实验的理解等)占20%，实验结果及实验报告占10%，各小组之间相互评价(实验课程的参与度、贡献度、认真程度等)占5%。可以看出，在这一综合实验评价体系中，学生在整个实验过程中的表现所占的比重最大，整个实验过程需要教师持续关注每一小组的表现，引导学生发现问题，并通过讨论解决问题，最终综合评定学生的实验成绩。

虚实融合的PBL教学模式的教学框架如图1所示。

图1 制药工程综合实验中虚实融合的PBL教学方式图解

3 虚实融合的PBL教学模式应用效果

选取实行虚实融合的PBL教学模式的本科三年级制药工程专业学生进行综合实验课程满意度调查，共发放调查问卷113份，回收有效问卷108份，调查结果如表1所示。学生对改革之后的综合实验课程的教学方式、教学内容分配、虚拟仿真项目的应用及课程的考核方式等方面较为认可。蚌埠医学院制药工程专业在综合实验教学过程中尝试了该教学模式，取得了较为良好的教学效果。

表1 实行虚实融合的PBL教学模式后制药工程综合实验教学满意度

4 结语

以问题为导向的教学模式较传统模式相比具有很多优点，能够更好地提高学生的综合能力与素质。在之前的实验教学基础上融入虚拟制药实训仿真项目，将制药过程具象化，使学生对制药过程的理论认知上升至实践认知。实践表明，虚实融合的PBL教学模式的运用可提高学生主动学习的意识，锻炼自主学习、互相协作的能力，有效改善综合实验课程的教学效果，提升教学质量。