生物仿真技术范文1
【关键词】食品微生物学；实验教学；虚拟仿真
食品微生物学是食品类专业学科的专业基础课，具有很强的实践性，对培养学生动手操作能力、独立思考能力及综合解决问题能力有着举足轻重的作用。在目前的高校食品微生物学课程建设中，重视实验教学、实验比重大是其教学的一个特点。但如何高效运用实验教学，提升大学生创新能力和科学素质，成为了亟待解决的研究课题。虚拟仿真技术是以计算机软件和硬件技术为基础，综合三维计算机图形技术，广角立体显示技术，对观察者头、眼、手的跟踪以及信息反馈互动，形成集图像、动画、声音为一体的虚拟现实世界的技术[1-2]。近年来，随着互联网技术的发展与普及，虚拟仿真技术越来越商业和普遍化，逐渐运用到很多领域[3]。其中，将虚拟仿真技术运用到传统实验教学中，是实验教学改革的一项重要内容。利用虚拟仿真实验教学技术，可以帮助学生在开放、自主、快速的虚拟实验环境中，体验到高效、安全且经济的实验操作过程[4]。对于实验周期长、操作准备复杂或实验安全性难以满足的食品微生物实验教学项目来说，虚拟仿真实验教学可克服传统实验教学的不足，利用现代信息技术的优势，提高实验教学的效率。
1食品微生物实验教学主要存在的问题
从我校近几年食品微生物学实验课程的开设及执行情况来看，通过不断的教学总结和反思，食品微生物实验教学主要存在以下问题：
1.1实验教学内容单一。食品微生物学作为一门实践性学科，更加强调的知识的应用而非记忆。在我校，食品微生物学实验课时比例占总学时的50%（理论学时和实验学时各32学时），实验课时的设置比例非常高[5]。从目前实验课的开课内容来看，主要借鉴其他农林和工科院校的开课经验，在符合我校和我院的基本情况的基础上，选择了几个基础实验开设，如培养基的配置、革兰氏染色、菌落总数的测定、大肠菌群的测定及微生物细胞计数方法等基础操作实验内容。但是，对于食品科学专业学生而言，一些关于微生物在食品生产上的应用类的实验很难开设（如利用酵母菌发酵生产酒类；微生物在传统食品，如豆瓣酱、腐乳、醋、发酵火腿等生产中的应用；工业生产上微生物的在线控制；食品致病菌的检测）。再者，因食品微生物实验耗时较长，操作易污染，失败率较高等原因，限制了食品微生物综合性和探究性实验的开展。实践应用是食品微生物学作为一门应用学科区别于基础微生物学的最本质的特征，传统的实验教学内容的设置在注重实践能力培养方面显然存在不足。这一情况在其他院校，特别是工科基础相对薄弱的医学院校的食品微生物学实验的开课过程中非常普遍。
1.2实验教学手段单一。目前，传统的食品微生物学的实验教学的教学方式在激发学生兴趣方面，也有不足。实验内容的开设多以基础验证性为主，绝大多数学生对老师的讲解及实验指导书非常依赖，只会严格按照实验指导书的步骤一一操作，实验报告的撰写也是千篇一律，不会主动分析实验结果产生误差的原因，不能深刻理解实验的目的与意义。有的学生甚至利用实验时间，不认真做实验，悄悄完成实验报告，实验结果完全依靠理论知识来简单推理，而不是客观真实地反应实验现象[6]。这类实验课程的开设，对提高学生的实验操作能力、创新能力的培养不利，亦会造成实验资源的巨大浪费。
1.3实验课时利用率不高。食品微生物学实验和其他学科实验，如化学分析实验相比，因涉及到微生物细胞的培养，耗时非常长。而且操作繁琐，实验结果对环境和操作质量的依赖程度很高，这大大提高了食品微生物学实验的开课难度。因此在有限的实验学时内，很难安排更多的实验教学内容，如果实验失败，难以做到重复实验，这在一定程度上会降低学生对科学实验探究的热情。
2虚拟仿真技术在食品微生物实验教学中应用的意义
2.1适应当前实验条件不足的需要。由于我校是一所医学院校，工科基础薄弱，且受到实验室场地的限制，食品加工的工艺设备不足，还未建设一条完整的食品加工工艺学生产线，特别是发酵工艺设备尤其缺乏，与食品微生物学密切相关的发酵工程类实验只能选择停开。和购置昂贵的发酵工艺设备相比，虚拟仿真技术更容易实现更新，成本更低，时效性更好，能实现“一人一机”，每个学生均有上机实践操作的机会，适应了教育信息化的趋势，在当前的实验条件下能很好地解决这一问题。
2.2可帮助学生更直观地理解实验原理。在现代信息技术的支持下，虚拟仿真实验教学平台的设计，能够打破时间、空间、距离等的限制，为学生提供一个模拟、设计及分析实验的平台，模拟真实的实验环境，不仅让学生有身临其境的直观感受，在实验内容的设计上，还能帮助老师设计更加全面多层次的实验。比如在讲到微生物在食品生产中的具体应用时，对于没有接触过实际生产设备的学生，很难直观得获得知识。利用虚拟仿真技术可以将大型化、复杂化、自动化水平都较高的生产装置形象地展示在学生面前，学生能更直观地理解仪器加工的原理，在此基础上更好地理解微生物在食品加工过程中的利用原理和意义。
2.3可大大丰富实验教学内容。因传统食品工艺实验依赖实验仪器设备的程度高，且实验教学中因生物危害的原因，很多实验无法开展：如引起食物中毒或人畜共患病的致病微生物的检测等实验内容。利用虚拟仿真技术低污染、高安全且基本上不会产生“三废”的优点，可以引入更多学生感兴趣但是因操作风险高以往未开设的实验内容。
2.4可实现不同专业的特色化教学。食品微生物学在食品质量与安全和食品卫生与营养专业的学生中均有开设，以往因实验场地有限、实验教辅人员不足，两个专业的学生开设的实验没有适合专业特色的特色化差异。利用虚拟仿真技术可以比较轻松地实现“因材施教”。比如食品质量与安全属于工科专业，在实验教学中可引入更多的食品加工场景和工艺设计实验；食品卫生与营养学属于理学专业，更加注重微生物与营养健康的关系，在实验教学中可设计引入更多的实验教学，如导致食物中毒的食品微生物的控制等。
2.5可大大提高实验教学的效率。食品微生物学实验不仅会用到一些昂贵的生化试剂，耗时长也是影响实验正常开展的一大难点。虚拟仿真实验不受时间、空间的限制，学生可以通过校园网，全天候无限制访问，反复练习，随到随学，自主安排，具有更大的灵活性，提高实验教学效率。此外，学生利用虚拟仿真系统，可以轻松地完成课前自学，教师亦可利用这一教学平台，完成翻转课堂的理论教学改革。
2.6可更好地培养实践性、创新性人才。虚拟仿真实验教学系统能更好地配合老师解剖实验教学过程的知识点，老师能灵活地设计实验教学，引导学生在理解知识点的基础上，合理思考，正确操作。此外，虚拟仿真实验教学系统还通过实验参数、实验样品、实验对象等参数的随机调整，评定学生对实验知识和操作技能的掌握程度，教师可根据教学目的调整实验难度，既能满足日常教学的需要，也能作为学生实验成绩评定的一个工具。利用虚拟仿真平台，可方便教师组织各类型实验，如创新拓展实验、综合设计性实验、开放实验及实验技能大赛等，实现实践性和创新性人才的培养。同时，依托网络技术，可以最大限度地实现虚拟仿真实验教学平台的共享，对线上教学、线上线下混合式教学、远程教学的开展有非常重要的帮助。
3结语
生物仿真技术范文2
关键词：虚拟仿真实验；医学虚拟仿真；虚拟仿真技术；知识图谱
随着新工科的建设发展，市场对人才的专业技能要求不断提升，考虑到传统教学在真实场景模拟方面的局限性，高校逐渐重视虚拟仿真实验的研究[1-2]，在虚拟环境中实现传统教学场景难以实现的教学功能。在医学领域，传统的教学方式难以让学生感触到医院真实的诊断场景，理论知识学习与临床实践分年级进行，影响学生的医学技能的掌握水平[3]。医学影像[4]设备较为昂贵，缺少实验设备的教学，效果会大打折扣。而虚拟仿真实验教学依托虚拟现实、3D技术、人机交互、多媒体等新兴技术构建高仿真的虚拟实验环境，将理论教学与实践教学相结合，成本相对较低，效果较为良好[5]，这也是医学领域实验教学的发展方向之一。
1数据来源及研究方法
1.1数据来源
为绘制医学领域虚拟仿真实验研究知识图谱，以“医学虚拟仿真”为关键词检索中国知网，共检索近十年（2012年1月-2022年2月）共419篇文献作为研究对象。
1.2研究方法
研究方法采用文献计量学领域中的文献可视化分析方法，并将分析结果以知识图谱的形式展现出来。将纳入研究的419篇文献导入到Citespace软件中，设置年份、时间片、阈值差值组合等参数绘制医学领域虚拟仿真实验研究知识图谱，并调整节点大小、字体大小等参数得到可视化效果最好的知识图谱。医学领域虚拟仿真实验研究知识图谱由节点和连接线组成，节点大小代表关键词出来的频次，连接线的粗细代表两节点之间的关系强弱，从而分析出医学领域虚拟仿真实验研究热点及研究趋势。
2医学领域虚拟仿真实验研究知识图谱分析
2.1医学领域虚拟仿真实验研究关键词分析
关键词每两年一个时间片，（c,cc,ccv）值设定为((1,1,1)，(2,1,2)，(3,1,10))，共得到281个点，398条边，Density=0.0101。对绘制的医学领域虚拟仿真实验研究关键词知识图谱进行了聚类分析，见图1，医学领域虚拟仿真实验研究热点聚类为16类，并统计了频次较高的关键词，见表1。
2.2医学领域虚拟仿真实验研究热点分析
经分析，2012年1月-2022年2月医学领域虚拟仿真实验研究热点主要集中在以下几个方面：⑴不同医学方向虚拟仿真实验研究（#C1、#C2、#C3、#C4、#C5、#C6、#C7、#C8、#C9、#C10、#C11、#C12、#C13、#C14、#C15、#C16）医学领域虚拟仿真实验研究主要包括预防医学、临床医学、动物医学、基础医学、康复医学、口腔医学、医学检验科学、病理学、医学微生物学、生物化学、生理学、医学机能学、医学免疫学、灾害医学、护理学、医学影像学（pacs系统）、外科学（人体解剖学、外科手术（开颅手术、穿刺技术））、突发公共卫生事件、应急医学救援等。姚小玲等[6]将医学影像技术专业的学生分为实验组和对照组，对比了虚拟仿真实验教学和传统教学的效果，研究发现，采用虚拟仿真实验教学的学生学习积极性和学习效果明显高于传统教学方法的学生。对口腔医学学生的研究发现[7]，虚拟仿真实验改变了传统的教学模式，为口腔医学专业的教学提供了机遇。李奇志等[8]以虚拟仿真实验为依托，结合实体用于医学细胞生物学的实验教学中，能够使学生更加快速的掌握实验知识。季林丹等[9]结合疫情期间医学遗传学实验的在线教学，阐述了虚拟仿真实验的必要性和可行性。曾嘉莹等[10]分析公共卫生与预防医学的26个虚拟仿真项目，研究公共卫生与预防医学虚拟仿真项目的评价指标，以期提高其实验质量。⑵医学虚拟仿真实验教学研究（#C1、#C2、#C4、#C5、#C6、#C7、#C8、#C9、#C11、#C12、#C13、#C14）医学虚拟仿真实验教学主要研究教学方法、教学方式、教学过程、教学目标等几大方面，其中教学方法主要研究PBL教学、混合式教学、翻转课堂；教学方式主要研究线上教学（虚拟仿真实验教学平台、mooc慕课教学）、实验室开放、教学实训及培训，做到虚实结合，提升实践技能及创新能力；教学过程注重实训教学、实验教学、操作技能量化考核；教学目标旨在通过医学实验教学改革，应用虚拟系统开展教学，借助教育信息技术创新教学环境，从而提高教学质量，培养创新型人才。林琼希等[11]将学生分为传统实验教学、虚拟仿真实验教学、混合式实验教学三组，对照分析医学微生物实验的教学效果，得出单纯的传统实验教学和虚拟仿真实验教学效果低于混合式实验教学，应结合传统教学及虚拟仿真教学的优势开展混合式教学。肖方竹等[12]构建了预防医学专业的综合虚拟仿真实验教学模式，通过一段时间的教学观察发现，虚拟仿真实验教学的线上教学模式不仅能激发学生学习的热情，也能让学生更好的理解知识。⑶医学实验虚拟仿真技术研究（#C1、#C2、#C3、#C4、#C5、#C7、#C9、#C10、#C11、#C13、#C15）医学实验虚拟仿真技术运用较多的有三维动画技术unity3D、数字仿真技术、远程通信、虚拟现实技术、网页技术、3D打印技术、模型建模。利用计算机辅助教学，通过虚拟仿真技术渲染实验场景给人以沉浸感，开发虚拟仿真系统及虚拟仿真设备（机器人、模拟人、仿真软件、虚拟仪器），以数字化模式实现医学可视化。
3总结及讨论
本文通过绘制知识图谱分析医学领域虚拟仿真实验研究热点，浅析医学领域虚拟仿真实验研究的现状，在接下来的医学虚拟仿真实验研究中，还应作以下三方面的深入研究，从而培养实践能力强，契合市场需要的医学实践型人才。⑴扩充医学虚拟仿真实验案例库，完善科学标准。应大量增加医学虚拟仿真实验的案例库，全方位的为学生提供练习案例，使学生更深入的掌握医学技能实践知识。同时，医学虚拟仿真实验中需完善科学标准，实验所涉及的医学知识、医学场景等医学元素都应符合现实医疗规范，给学生以科学、严谨的练习，从而能更好地适应真实医疗场景。⑵引入前沿信息技术，提高医学实验仿真效果。现有的医学虚拟仿真实验，大多数还局限于医学知识的展现，未真正还原真实的医疗场景，仿真的程度还不够，需要完善。应引入前沿信息技术，在时间和空间上做到场景还原，增强直观性、真实性、趣味性和可操作性，提高医学实验仿真效果，从而提升虚拟仿真实验教学质量。⑶打造医学虚拟仿真教学“金课”，培养实践型人才。针对传统医学实验教学中枯燥的教学模式，虚拟仿真教学应辅助教师进行课堂实验演示，对复杂、危险、破坏性强、周期长、后果无法控制的实验，可采用更直观的方式。同时，重视医学虚拟仿真实验教学，打造医学虚拟仿真教学“金课”，以医学思维和实践能力培养为主线，以医学虚拟仿真平台为手段，不受时空限制培养实践型人才。
参考文献(References):
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生物仿真技术范文3
【关键词】中医药院校；虚拟仿真；文献计量学
虚拟仿真技术是在多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息科技迅猛发展的基础上，将仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物。该技术发展可追溯到20世纪80年代，最初被美国军方用于对飞行员和宇航员的模拟训练。随着社会不断进步和科技的不断创新，虚拟仿真技术逐渐转向民用，并逐渐应用于教育、医疗、工业、科技、交通等领域［1］。近年来，国外高校在教学中应用虚拟仿真技术方面取得了巨大成果。中国为加快推进信息技术与高校实验教学的融合，不断强化优质实验教学资源的开发与应用，从2010年开始，国务院和教育部出台了一系列相关政策，大力提倡高校建立虚拟仿真实验中心。2014年教育部批准了100个部级虚拟仿真实验教学中心。2017—2020年，教育部开展普通本科高等院校示范性虚拟仿真实验教学项目建设工作。为贯彻落实国务院《中医药发展战略规划纲要（2016—2030年）》［2］，中医药虚拟仿真技术的开发也正在大力开展，虚拟仿真技术在中医药领域的发展与崛起也为中医药院校带来前所未有的机遇与挑战。近些年，中医药高校在学校的建设中，已将虚拟仿真技术广泛应用于中医理论、中药、中医诊治、中医教育及中医药健康服务产业等领域［3］。当前，中国的院校教育是高等教育的主体，是学术成果、论文产出的重要基地。文献作为科研产出的主要形式，其数量和质量能从侧面反映出该领域的研究水平和最新进展［4］。在2011—2021年十年间，中医药院校的虚拟实训平台建设情况如何？该研究基于文献计量学的方法，对全国24所中医药院校2011—2021年所发表的论文情况进行分析，以期为中医药院校学科建设和传统医学发展提供参考。
1资料来源与研究方法
该研究以中国知网（CNKI）、万方数据、重庆维普三大中文全文数据库为数据来源，以全国独立法人建制的24所高等本科中医药院校为检索对象，其名称如下（以首个汉字拼音排序）：安徽中医药大学、北京中医药大学、成都中医药大学、福建中医药大学、甘肃中医药大学、广西中医药大学、广州中医药大学、贵州中医药大学、河北中医学院、河南中医药大学、黑龙江中医药大学、湖北中医药大学、湖南中医药大学、江西中医药大学、辽宁中医药大学、南京中医药大学、山东中医药大学、山西中医药大学、陕西中医药大学、上海中医药大学、天津中医药大学、云南中医药大学、长春中医药大学、浙江中医药大学；选择数据范围为期刊论文；选择时间范围为2011—2021年；以“虚拟＋中医药”为主题词检索虚拟仿真平台建设的相关文献，然后查看题目、摘要、确定文献是否符合入选标准，如不能确定，则查看内容并进行综合分析筛选；只纳入第一作者或通信作者的论文为该校论文；用Excel软件，借助Note－Express文献整理工具和RStudio云图制作软件对筛选出的文献进行文献产量、文献质量、文献内容和应用领域的图表分析与结果研究。
2图表分析与结果研究
2．1文献产量分析。共筛查到全国24所中医药院校2011—2021年虚拟仿真相关期刊论文689篇，利用Excel软件对筛选出的论文按照年份进行统计归纳，生成折线图（如图1所示）。从图1可以看出，从2011年到2021年，全国24所中医药院校有关虚拟仿真方面的文献量总体是增加的；随着2014年教育部对部级虚拟仿真实验教学中心建设的投入，自2014年开始虚拟仿真相关文献的数量出现明显增长，且在2015年后增速明显；2016—2019年间发文量略有下降但保持稳定状态；2019之后增速明显，这种增速很大一部分因素是源于国家和教育部对虚拟仿真项目的更加重视［5］。该研究对各中医药院校的发文量进行进一步筛选统计，发现发文量位列前五的是北京中医药大学（64篇）、南京中医药大学（57篇）、山东中医药大学（50篇）、广州中医药大学（48篇）和上海中医药大学（42篇），其中北京中医药大学发表相关文献最多（如表1所示）。这5所院校也是国家最早兴建的中医药高等院校，具有良好的学术声望和优质的科研资源［6］，近些年在虚拟仿真平台建设方面也走在全国中医药院校的前列。从表1不难看出，单就发文量来说，各院校间存在明显差异，这也从侧面反映了各院校虚拟仿真技术的各项投入和建设情况的差异，位于东部地区包括北京、上海、广州、山东等省份地理位置优越、科教规模大的中医药大学，其虚拟资源的投入和论文析出情况均优于其他地区院校。
2．2文献质量分析。文献质量的评价标准以是否刊载在核心期刊、影响因子、篇均被引频次、有无基金支持为例说明。一般期刊和核心期刊文献的参考价值是不同的，核心期刊文献的质量相对会更高，尤其是影响因子高的核心期刊，比较能够代表学科研究的发展水平，更能够受到专家学者认可，有较为准确的科学性和应用性［4，7］。文献统计结果显示，CSTPCD核心期刊发文220篇，北大核心期刊发文99篇，CSSCI期刊发文9篇，EI期刊发文2篇，SCI发文2篇。因有的期刊是几种核心的组合，例如《中医杂志》既是CST－PCD期刊，又是北大核心期刊。为避免重复统计，借助NoteExpress文献整理工具进行了查重筛选，最终筛选出核心期刊（包括CSTPCD、北大核心、CSSCI、EI、SCI）十年间的发文量共计233篇，总占比33．8％。在众多期刊中，将载文量大于10的12个期刊进行了统计（如表2所示），其中4个是核心期刊，总载文量为69篇，占比为10％（69／689）。从表2可以看出，载文量大于10的12个期刊中只有《中国中药杂志》和《中草药》的2021年复合影响因子较高（＞3）。统计显示，北京中医药大学在《中国中药杂志》上发文量为19篇，占该杂志总发文量的67．9％。从上述数据可以看出，全国中医药院校近十年有关虚拟仿真的核心文献量偏少；虽然这12个期刊中教育类期刊有4个，但都不是核心期刊，且论文整体以综述为主，主要以整理前人经验、系统综述和Meta分析的论文为主。影响因子是以论文的引用与被引用的数量关系为基础，反映期刊整体被引情况的指标［8］。论文平均影响因子为10年内平均每篇论文影响因子，期刊的影响因子数值均参考中国知网（CNKI）公示的（2021）复合影响因子。表1显示，北京中医药大学（1．76）、南京中医药大学（1．38）、山东中医药大学（1．25）、江西中医药大学（1．22）和广州中医药大学（1．12）分列平均影响因子前5名。被引频次是反映学术影响力总量的指标，指该篇论文被其他论文当做参考文献的次数［9－10］，篇均被引频次为10年内平均每篇论文被引频次。表1显示，山东中医药大学（8．16）、河北中医学院（8．06）、南京中医药大学（7．28）、湖南中医药大学（7．22）和北京中医药大学（6．51）分列篇均被引频次前5名。有无基金项目支持作为判断论文创新性的依据之一，可以从侧面反映出论文质量情况［11］。在所筛选出的文献中，基金项目析出论文为180余篇，占比总文献量的26．12％。其中，国家自然科学基金析出113篇，占比基金项目析出论文量的62．78％。
2．3文献内容分析。借助NoteExpress文献整理工具对这689篇文献进行内容的分类筛选，按照文献内容不同分为四类：实验教学与基础教学、科研与临床、现状分析与应用评价，以及设计开发与平台建设；并统计每一类文献的文献量，结果如图2所示。数据统计显示：关于实验教学和基础教学的论文有209篇，占比30．33％，占比最多，且进一步分类统计显示，在教学类文献中有2／3是实验教学方面的，这一点在图4中得到了有力印证；科研与临床方面的论文为185篇，占比26．85％；现状分析与应用评价方向的论文为155篇，占比22．50％；设计开发与平台建设的论文为140篇，占比20．32％。四类文献近十年的走势如图3所示，各类文献的走势图与图1多有类似，都是2014年后文献量增长显著，在2015年和2019年出现明显增速，且基础教学与实验教学类文献在2019年之后的增速最为明显。文献的关键词是核心内容的提炼浓缩，关键词词频能够反映出该领域的研究热点和受重视程度［12］。用NoteExpress进行689篇文献关键词词频统计，借助RStudio云图制作软件做出关键词云图（如图4所示）。图4显示，高共性词频为虚拟仿真、实验教学、分子对接、虚拟筛选、脑卒中、教学改革、教学模式、网络药理学、虚拟实验室等。另外，在教学领域的虚拟仿真技术偏重于实验教学。虚拟仿真实验教学模式实现了教学实践与信息技术的融合，已成为当今高等学校实验教学重要的教学工具之一［13－16］；而虚拟仿真技术在科研领域的研究热点多是在虚拟筛选、分子对接上。基于分子对接的虚拟筛选技术作为新型药物研究领域的一项重要辅助方法，在研究药物与机体标靶的作用机制和新型药品研发过程中发挥着极其重要的作用［17－18］。近几年，临床领域的研究热点是脑卒中，脑卒中常导致人体多方面功能障碍，包括运动障碍、认知障碍和言语障碍，严重影响患者的日常生活能力。传统的康复治疗往往需要耗费大量的人力和金钱，效率低下，过程枯燥乏味，不利于患者的长期康复。虚拟技术作为近年来发展迅速的新兴康复治疗手段，能够很好地解决上述问题［19］。
2．4应用领域研究。在进一步的应用领域研究中，研究者借助Note－Express对统计文献进行关键词词频提取，借助RStu－dio云图制作软件做出关键词云图（如图5所示），可以看出虚拟仿真技术已逐渐渗透到中医药领域的各个方面，涵盖中药学、人体解剖学、机能学、生理学、病理学、药理学、诊断学、分子生物、生物化学、形态和组织学等教学、科研及临床的各个方面［20］。有些应用处于深入应用阶段，例如：现阶段的中药学虚拟仿真教学体系涵盖了中药资源与辨识、中药炮制与制药、中药质量评价、中药药效与安全性评价等几个方面［21－23］，其应用逐渐深入；有些应用尚处于起步阶段，且存在不足，例如文献分析显示中医诊断的望、闻、问、切四诊部分尚缺乏闻诊项目［24］。从图5中也可以了解到存在虚拟仿真在学科发展不均衡的现象，明显呈现“重中药、轻中医”的方向，相对于虚拟仿真在中药学的应用，中医学基础理论研究和发扬中医学的现代应用较少。
3结论与建议
通过对2011—2021年全国24所院校虚拟仿真技术相关文献的调研，可以了解到近十年来随着国图52011—2021年虚拟仿真相关文献应用领域关键词云图家对中医药的重视和扶持，有关中医药虚拟仿真的建设也在全面开展，论文数量在稳步增长；虚拟仿真技术的应用在中医药相关领域形成了相对完善的平台；且在实验教学与基础教学、科研与临床有较好的发展态势；而对应的设计开发、平台建设、应用评价等方面的研究与探索也在日趋完善。同时也发现院校之间发展存在差距、学科发展不均衡、期刊质量有待提高等问题。针对这些问题，给出以下建议：
3．1校际资源共享。各高校虚拟平台的建设参差不齐，对于没有经济条件实现虚拟平台建设的高校来说，实现校际资源共享无疑是有利的。但目前来看，由于地域性、安全因素、知识产权保护等诸多原因，导致各高校之间的资源相对封闭且不能共享，这不利于国家整体教学和医疗水平的提高。实现资源共享、医教共建、校际合作，加强虚拟仿真教学向边远地区的普及，也需借鉴国外开展虚拟平台建设的经验，使有限的资源最大化利用，有利于消减院校差距［25］，使虚拟仿真建设逐步进入可持续发展的良性循环。
3．2加强校企合作。近年来，已有不少中医药院校结合自身情况，引入校企合作模式。发挥双方优势，共同参与研发过程；校企共建虚拟实训基地；联合培养专业技术人员等举措已初见成效。未来，开拓校企合作空间，促进设计开发与技术融合，在虚拟技术还不成熟的学科领域加大投入与扶持力度，不失为削减学科之间虚拟技术不平衡发展的有力举措［26］。
生物仿真技术范文4
［关键词］虚拟仿真；大学化学；化学教学
化学是一门实践的科学，理论教学与实践教学的融合是高等学校化学教学中的核心问题之一，两者的有机结合将有助于学生加深对于物质结构和反应机理的理解[1]。然而由于时间、空间的限制，化学实验与化学理论教学往往被分成两个平行的教学课程，因此不少学生在学习中存在机理—结构—现象之间的割裂，只能依靠死记硬背学习理论知识，无法做到活学活用和真正掌握。随着信息化技术在教学中的深入，虚拟仿真技术在化学教学中越来越受到重视[2]。虚拟仿真技术在教学中的应用，是对传统课堂的数字化延伸，其具有可视化，直观，沉浸感强的独特优点，又能够实现一些由于时间、空间、成本、安全等因素无法开展的实践内容，在工科实验教学中有着广阔的应用前景[3]。除了在化学实验教学中的应用之外，虚拟仿真技术还能够将实验压缩进课堂，动态呈现微观机理，在丰富课堂教学形式的同时强化实验与理论之间的联系，在激发学习兴趣的同时提升学生知识理解程度，实现由理论到实践再到理论的良性循环[4]。
一、微观结构的宏观三维呈现
高等学校化学教学中，反应机理往往是相关章节的难点。该部分内容相对抽象，考验学生对于分子微观结构的思考能力。以旋光异构为例，本章节涉及大量内容需要同学认识分子结构的空间构型，传统教学依赖课本和PPT课件的平面化教学往往无法将教师所理解的知识完整传递给学生，尤其是对一些空间思维能力较弱的同学来说，面对这种教学方式存在不少理解上的难点。依靠虚拟仿真技术的三维建模，可以将原本抽象化的空间微观结构在宏观层面呈现出来，允许学生对三维模型自由旋转，进而对分子结构的空间构型产生直观认识，不仅能够做到根据规则判断旋光异构类型的基本要求，还能深入直观地理解该部分知识的本质，而这正是传统教学方案相对欠缺的。
二、反应过程的动态呈现
化学反应是高等学校化学教学的重要内容，而反应机理又是该部分教学内容的重点和难点。传统教学中，呈现在学生面前的是静态的反应方程式，以烯烃加成反应为例，尽管作为亲电加成反应表象相对简单，但实际涉及原子轨道杂化、π键电子云分布、诱导与共轭效应等内容。仅仅通过死记硬背记住规律虽然可以应付考试，但这种方式其实是对后续知识点的学习留下隐患，对于结构和反应性质之间的关联，也仅仅停留在规则的简单记忆上，一旦遇到复杂过程，学生便无法正确把握反应规律。利用虚拟仿真技术的空间表达和动态表达，能够使复杂的反应历程在生动起来的同时，富有条理性，将老师所想和学生所学所思真正连接在一起。不仅如此，通过合理设计，虚拟仿真还能对反应历程中一些抽象的概念，比如电子云分布，吸电子效应，供电子效应等做出具象化的描绘，从而加深学生对抽象概念的理解，从贴近科学事实的角度，全面立体地理解反应历程的本质。
三、将微缩的精品实验引入课堂
虚拟仿真技术的三维呈现、动态化等优势决定了其在课堂教学过程中具有直观性、连续性、注重条理的优势，符合学生的认知规律，除此之外，虚拟仿真实验还克服了一些化学实验开展时成本高，耗时长，实验条件危险等困难。采用虚拟仿真技术和合理地教学设计，可以将大多数实验过程的关键步骤压缩到十分钟，甚至更短的时间在课堂上呈现出来。与虚拟仿真的化学实验教学不同，在课堂上引入的虚拟仿真实验弱化了对具体实验过程的把握，强化了学生从实验设计探索反应特征、性质、结构之间的联系，深化学生对于核心知识的理解的同时，提升教学的趣味性和丰富性，化被动传授为主动学习。以固体酸的性质为例，本部分教学的核心内容在于使同学们理解固体酸中酸性位产生的原因，以及固体酸结构、性质和催化效果之间的联系。在本章节中，可将典型的固体酸的制备过程和固体酸催化过程以虚拟仿真试验的形式引入课堂教学中，教师采用问题导向法设计教学过程、例如“如何制备固体酸催化剂可以使生物柴油产率最高”，让学生在虚拟仿真试验中自由发挥，并将其中的核心环节以思考题的形式提出。虚拟仿真可以允许学生在很短的时间内将试验预想的数据结果呈现出来，通过分析表征数据，学生能够主动发掘出理论知识的本质，以及其中蕴含的关联，这一过程有其适合配合线上课程采用翻转课堂的混合式教学模式。
四、虚拟仿真技术对在线课程的强化
生物仿真技术范文5
关键词:机械设计制造及其自动化;计算机技术;应用分析
先进的计算机技术在机械行业中的应用，生产制造出了大量先进的机械设备，在很大程度上促进着机械行业的发展，同时机械设计效率也得到了明显的进步，促进了社会科技水平的提升。
一、机械设计制造及其自动化中计算机技术的应用分析
(一)计算机辅助技术的应用
在机械设计制造及其自动化中积极的应用计算机技术，不仅能够在很大程度上提升设计生产效率及质量，而且工业生产精密度也随之提升，这对于机械行业接下来的发展来说是极为有利的。在机械行业中积极的应用计算机辅助技术，主要表现在以下几个方面:首先，通过科学合理的分析机械设备的类型以及结构，能够为机械产品的生产质量提供强有力的保障;其次，借助计算机辅助技术合理的设计图纸，使得图纸更加的清晰，有效降低了传统人工设计导致出现误差的几率;最后，借助计算机辅助技术，能够在提升编辑以及修改的精准度，有效降低了返修的概率，为接下来的生产制造提供了有力的参考依据。
(二)3D技术的应用
将3D技术应用于机械设计制造当中，能够起到良好的辅助作用。相关的工作人员，只需要利用3D技术，深入的研究分析设计的科学合理性，能够提高设计产品质量。在机械设计的过程当中，积极的应用3D技术，不仅实现了对产品设计的合理规划，并且完成设计之后，直接就能够投入生产。与此同时，将3D打印技术应用于机械制造领域当中，例如:将其应用于制作减速器部件当中，能够有效的节省一些较为繁琐的工序，进而更快的铸造成型，这样一来，减速部件的成品率以及生产质量也就得到了明显的提升。
(三)仿真技术的应用
现阶段，随着仿真技术在机械行业中的应用，在很大程度上促进着机械制造领域的发展。仿真技术和3D技术相比较而言，具备更高的优势。积极的借助当前先进的仿真技术来构建数学以及物理模型，能够有效的推演模拟出产品的实际应用情况，这对于接下来的设计工作的开展来说是极为有利的。通过这样的方式，能够预演出产品在实际的应用过程当中所出现的问题，进而提前做出考量。不仅如此，借助仿真技术，还能够实现对产品的修复。在过去的一段时间里，对于产品的修复，需要进行拆解，并进行不断的实验，需要消耗大量的时间。然而我们将仿真技术应用于其中，恰恰有效的解决了这一问题，整体工作效率得到了明显的提升。举个例子来说，工作人员在机械实践的整个过程当中，借助仿真技术构建数学模型就能够实现对数据的直接研究，使得产品更加的稳定、可靠。除此之外，借助仿真技术进行仿真操作，针对在操作的过程当中所发现的一系列的问题及时的进行记录分析，接下来机械产品的设计制造提供强有力的技术力量支撑。
(四)可视化技术的应用
将可视化技术积极的应用于机械制造领域当中，能够将原本复杂的机械数据变得更加的直观化、可视化，这样一来，工作人员在对数据进行深入的研究分析之后，就能够非常准确的掌握产品的性能。在机械设计制造及其自动化领域中应用可视化技术，有两个方面的优势，第一，能够形成良好的辅助作用，有效的避免了人工设计导致出现误差的现象，使得机械设计更加的安全可靠。第二，可视化技术和人工设计相比较而言，有着更高的设计效率。
二、计算机技术在机械设计制造及自动化中的发展趋势探讨
(一)智能化发展
在接下来的发展当中，机械设计制造必然会朝着智能化的方向发展，促进了机械制造信息化水平的提升。借助计算机信息模拟人工智能，有效提升了机械设计制造智能水平。在这种情况下，我们就必须要构建一套规范的、全面的计算机技术应用体系，并且要加大对先进设备的应用力度，为机械行业的智能化发展提供强有力的保障。
(二)微型化发展
微型化也是机械设计制造及其自动化发展的必然趋势。在接下来的发展过程当中，其面积将会更小、能耗将会更低、功能将会更丰富，这将会进一步扩展机械设计制造行业的发展。随着机械产品的微型化发展，将会有效提升产品的精细化水平，尤其是对于医疗领域、生物科学领域以及军事领域来说，将会带来巨大的促进作用。
(三)开放化发展
随着先进的计算机技术在机械设计制造领域中的应用，机械制造的开放化发展成为发展的必然趋势。举个例子来说，将计算机技术积极的应用于数控领域当中，充分的借助其动态仿真模拟技术，能够实现对模块的独立处理，并且能够还能够交换信息，能够为接下来的生产打下良好的基础。将计算机技术和数控技术两者进行有机的结合，进而建立数据开放系统，促进数控操作的自动化、开放化发展。(四)网络化发展随着我国科技水平的提升，网络化也成为机械行业发展的必然趋势。举个例子来说，当某一个国家在创新研发出新型的机械产品之后，积极的借助先进的网络技术，就能够实现全球范围内的快速传播，这样一来，就能够实现相互学习，这对于我国机械行业的发展来说是极为有利的。
三、结语
综上所述，当前我国先进的计算机技术在各个领域中应用越来越广泛。将其应用于机械设计制造及其自动化中，有效提升了机械设计效率以及机械制造的精密度，同时也进一步促进了机械行业的发展。在接下来的时间里，要想更好的促进机械设计制造及其自动化的发展，就要进一步加大对先进的计算机技术的应用，促使其朝着智能化、微型化、开放化以及网络化的方向的发展，促进社会科技水平的提升。
参考文献:
［1］郑璐晔，潜俊儒．机械设计制造及其自动化中计算机技术的应用［J］．现代制造技术与装备，2017(11):159-160．
［2］何康，雷先明．试论机械设计制造及其自动化中计算机技术的应用［J］．饮食科学，2017(20):123．
生物仿真技术范文6
[关键词]生物分离工程；酿酒工程；教学改革；教学知识体系；教学方法
生物制品涉及到人类生活的方方面面，由生物工程技术来实现。生物分离工程是生物工程技术的重要组成部分，为生物物质的分离与纯化环节[1]。因此设计高效、合理的生物分离方法，可大幅降低生物加工过程的成本，提高产品的市场竞争力，促进人类健康水平和生活质量的提高以及社会经济的发展[2]。《生物分离工程》已成为食品科学与工程、生物工程、酿酒工程等专业必修课程。因此，对我校酿酒工程专业《生物分离工程》课程进行了教学改革探索与实践。
1教学知识体系的选择
教学知识体系为课程教学的基础，是教学改革的关键，也是人才培养的前提。对教学知识体系的教学改革一直都是教学改革的集中领域[3]。
1.1教材的选择
目前，各高校普遍使用的教材为天津大学孙彦主编化学工业出版社出版的《生物分离工程》、南京工业大学欧阳平凯主编化学工业出版社出版的《生物分离原理及技术》或内蒙古农业大学田瑞华主编科学出版社出版的《生物分离工程》等。结合学科特点及学生知识储备情况，本校酿酒工程专业使用的教材为孙彦出版的《生物分离工程》，其它编者编著的《生物分离工程》为辅助学习参考书。
1.2教学内容的优化
《生物分离工程》课程内容条理性和逻辑性较强，根据生物产品分离的理想化单元操作为主线，可将课程内容分成四个板块：一是固液分离板块(包括细胞的破碎、重力沉降、离心沉降以及过滤分离)；二是产物分离板块(包括初级分离、膜分离、萃取、吸附分离)、三是产物纯化板块(包括色谱分离)；四是产物精制板块(包括结晶和干燥)。由于培养方案的修订与调整，课程学时总数也进行了压缩，因此需要在有限的学时内，把知识体系中的基本原理、基本操作及主要设备讲清楚。以2018级酿酒工程为例，总学时数为32。各部分学时分配如表1所示。第二章、第四章、第五章、第七章各分配5个学时；第一章、第三章、第九章以及期末复习各分配2个学时；第六章分配4个学时。由于结晶与干燥部分在其它课程内已有涉及，学生自学为主，课堂上不再讲解。最后期末复习，通过对几种生物产品的分离过程讲解，将课程的知识体系综合串联起来，再进行习题的练习强化。这样既可以将知识体系较好联系起来，又可以将理论知识与生产实际相结合，达到学以致用目的。
2教学方法的实施
如何将课程知识内容更好地讲授给学生，让学生牢固掌握，需要授课教师进行不断的思考与探索。因而采用的教学方法既要较大程度地激发学生的学习兴趣，又要可操作性强，易于实施[4]。
2.1案例教学法
在讲解各种生物分离技术时，首先通过多媒体讲解基本理论及操作过程，然后再以具体的生物产品分离为例进行详细分析。如，讲解萃取章节内容时，以红霉素为例，介绍如何采用萃取方法从红霉素发酵液中进行红霉素的分离纯化；再如，讲解初级分离章节内容时，以硫酸铵盐析法为例，介绍如何对血浆蛋白进行盐析沉淀。
2.2虚拟仿真法
对于生物分离相关设备原理讲解时，通常设备较大，内部结构无法展示，知识内容讲解起来较为抽象、困难。虚拟仿真技术具有虚实相结合的特点，可较好的解决这一课程难题[5]。利用虚拟仿真技术可将设备结构、生产工艺流程较好的展示给学生，既可达到知识学习的目的，又可使学生体验工程化设备场景，教学效果较好。
2.3线上教学资源
构建线上教学资源，既可提高学生学习的自由度，又可充分利用各种学习资源，拓宽学生的学习途径。特别是在肺炎疫情爆发期间，无法进行线下教学，线上教学则体现出了较大的优势。结合学科特点，我们选择了以厦门大学、四川大学、南京工业大学等国内重点高校的生物分离工程线上教学资源，并结合学生专业特点进行了内容优化；此外，我们还以雨课堂为学习工具，建设了多套了学习题库，供学生检测知识掌握程度所用。
2.4课程思政元素的导入
“要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人……”这是在全国高校思想政治工作会议上对高校教师提出的育人要求[6]。因而在《生物分离工程》课程授课过程中我们积极进行了课程思政元素的导入，课程思政内容包括：(1)科学家的元素；(2)环保元素；(3)生活元素等，培养学生的爱国情怀、人文情怀、环保意识、工程伦理、工匠精神等[7]。主要思政元素导入内容和方式如表2所示。
3课程的教学反思
生物仿真技术范文7
关键词:法医学;虚拟仿真;教学改革
为贯彻落实《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》（教高[2012]4号）精神，教育部在2013年了《关于开展部级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》（教高司函[2013]94号），并于同年8月启动首批部级虚拟仿真实验教学中心申报工作，截至目前为止，全国已建设有300个部级虚拟仿真实验教学中心。[1-2]由于虚拟仿真实验具有高度还原性、高安全性和高创新性等优点，这种技术已经成为缓解实验教学条件不足、提升学生创新能力以及激发学生潜能的有效方法。[3]法医学是一门实践性很强的学科，实验练习是本专业学生掌握法医学专业知识和相关技能的重要方法。然而，在法医学实验实践中，面临许多传统方法难以解决的问题，如尸体解剖资源紧缺以及大型仪器设备昂贵，难以安排学生实际操作等问题。虚拟仿真技术的出现，可以为解决法医学中的这些难题提供切实可行的方法。
1法医学虚拟仿真平台架构模式选择
传统的虚拟仿真平台架构模式主要包括“B/S架构”和“C/S架构”。“B/S架构”是指数控虚拟仿真系统基于Browser/Ser-ver，即使用浏览器/服务器为基础的架构模式。[4]“C/S架构”是指数控虚拟仿真系统基于Client/Server，即使用客户/服务器为基础的架构模式。“C/S架构”客户端须要安装应用程序，相比较而言，“B/S架构”客户端可以通过浏览器访问虚拟仿真用户平台，采用互联网进行通信，这样就突破了时间和空间的限制，方便用户随时随地进行使用。[5]“B/S架构”模式是目前虚拟仿真平台普遍采用的一种模式，因此，法医学虚拟仿真平台的建设也应该首选这种架构模式。
2法医学虚拟仿真平台构建
法医学虚拟仿真平台主要由两大模块组成，包括学生模块和教师模块。学生模块包括训练模块、考核模块以及互动模块。教师模块主要由用户与权限管理模块和学习统计与分析模块。
2.1学生模块
（1）训练模块。训练模块主要是对特定实验对象和场景进行虚拟仿真建模，学生通过人机交互的虚拟操作进行训练学习，经过反复操作训练，使学生熟悉法医学实际工作流程并掌握相关操作技能。（2）考核模块。考核模块主要是模拟具体案件的全部要素，让学生结合自己掌握的知识和前期训练的结果，对案件进行处理。通过这一模块，可以考查学生专业知识和实验技能的掌握程度。（3）互动模块。互动模块提供一个开放的学习交流平台，学生可以在这个平台分享实验经验和学习心得，还可以邀请老师一起讨论解决实验中遇到的问题。互动平台提升学生在教学中的参与程度，使得学生既是知识的接收者，同时也是知识的创造者。
2.2教师模块
（1）用户与权限管理模块。该模块主要是定义不同角色在教学场景中的权限，包括学生、教师和平台管理员。学生可以通过选课码、教师导入名单等方式加入课堂，完成老师的虚拟实验并提交相关实验报告。教师作为课程负责人，对课程进行管理，配置实验时间以及时时查看统计信息等。平台管理员拥有最高权限，可以对整个平台系统进行管理。另外，根据实际需要，也可以增加助教、评审专家等角色并赋予相关权限。[6]（2）学习统计与分析模块。这一模块能够动态记录学生的学习轨迹，通过列表、柱形图和雷达图、路径图等多种形式全方位反馈学生学习的每个环节。同时实现对班级均分、班级分项均分以及分项分数分布等进行统计，为进一步优化平台模块提升教学质量提供数据支持。
3法医学虚拟仿真实验平台的应用
法医学虚拟仿真实验平台在本科教学中的实际应用主要有教学模式和考试模式这两种形式。（1）教学模式。法医学虚拟仿真实验平台可以延伸实验教学的时间和空间，克服法医学实验中大型仪器贵重、尸体解剖资源短缺以及犯罪现场重现困难等问题，为学生提供生动的学习体验。将虚拟仿真技术应用于法医学实验教学，在很大程度上加深学生对知识的直观认识，同时也提高了学生的实际操作能力。（2）考试模式。与传统考试模式相比，法医学虚拟仿真实验平台的考试模式更加全面。传统考试模式是静态模式下对知识点分割式的记忆考查，而虚拟仿真系统是动态模式下对学生知识记忆、实验操作以及综合分析能力的整体考核，更能体现学生满足实际工作需要的真实水平。
4结语
全面提高高等教育质量是我国教育发展的长期目标，其中提升本科教学质量是这一工作的重要组成部分。目前，随着学科的发展和社会环境的改变，法医学在本科教学领域也存在着发展瓶颈。由其是尸体解剖资源紧缺以及大型仪器设备昂贵等因素导致法医学实验难以顺利开展，这一现实条件严重制约法医学专业本科教学水平的提高。虚拟仿真作为一种新兴技术，已经在生物医疗、经济管理、电子电力等众多学科成功建立虚拟仿真实验平台，体现出其具有重大的应用价值。法医学虚拟仿真实验平台的建立，不仅为法医学实验开展提供有效解决途径，也为本科教学改革以及全面提升本科教学水平提供新的思路。
参考文献
[1]王曜晖,周万津,姚新生,杨俊伟,赵智权,葛正龙.医学虚拟仿真实验教学中心的建设与探索[J].基础医学教育,2018.20(12):1128-1131.
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生物仿真技术范文8
关键词：天然药物化学；虚拟仿真实验；实验教学
虚拟仿真技术是一种由计算机技术辅助形成的高技术模拟系统，它综合了传感技术、显示技术、计算机图形及仿真技术等最新技术成果[1，2]。虚拟仿真技术作为信息技术，由于其职业性与情境性、典型性、过程性、交互性与智能型、趣味性等特征在实验教学中的应用也越来越广泛，涉及到多个专业和学科，国内外很多的高校、科研院所以及远程教育机构都积极地投入虚拟实验平台的构建[3]。日前，教育部批准了三批共300个部级虚拟仿真教学实验中心，涉及多个研究领域，如清华大学的数字化制造系统虚拟仿真实验教学中心，浙江大学医学虚拟仿真实验教学中心以及中国药科大学的药学虚拟仿真实验教学中心等。[1，4]天然药物化学是以天然药物中化学成分为主要对象，运用现代科学理论与手段对其进行提取、分离、鉴定的一门学科[5-8]。随着国务院关于推进我国中医药事业发展的纲领性文件《中医药发展战略规划纲要（2016-2030年）》的提出，国家加快了中医药现代化的步伐，天然药物化学教学的重要性与日俱增[9]。为适应这一发展的需要，许多高等院校制药学、药物制剂等专业在本科生阶段开设了天然药物化学课程，以培养越来越多的研究工作者投入天然药物研究。我校对四年制生物制药专业开设了天然药物化学课程，其中实验课程占了较大比例。由于天然药物化学的教学内容涉及到多个学科知识如药用植物学、药理学、生药学等的交叉，同时在技术上还包含了多种技能的相互渗透，兼有理论性与实践性的特点[5，9，10，11]。实验课程也是锻炼提高学生动手能力、培养严谨的科学逻辑能力以及创新意识的重要途径[12，13]。针对近年来不断蓬勃发展的天然药物化学领域涌现出的新技术、新方法，如何使学生在有限的学时内和实验条件下既掌握基础又接触前沿，是天然药物化学教学面临的重要问题。用虚拟仿真系统进行天然药物化学实验教学，是对生物制药专业课程教学的有力补充。
一、天然药物化学实验教学需要虚拟现实技术的支持
（一）传统教学手段的不足
目前，天然药物化学实验教学大多采用传统的化学类实验教学课程的授课方式，在教学手段方面存在有比较多的问题[14]。而这些问题在一定程度上制约了实验教学在应用类专业课程教学中的应用与发展[15]。教学成本在传统实验教学中占有较大的比重，但由于资金和场地的限制，学校只能引进部分相关实验设备，这就造成了数量不足的实验仪器与满足大多数学生操作需求的矛盾。同时，大型仪器设备维护成本高，实验教学中容易发生损坏，加速了仪器设备的报废，使得教学成本增加[16]。另一方面，天然药物化学实验教学过程中涉及的实验方法主要包括天然药物的提取分离、有效成分的结构鉴定等，这些过程中需要用到大量的天然原料、辅料及标准品，而且天然药物化学实验内容具有较强的连贯性，中间任何一个操作环节的失误都有可能造成整个实验的失败[17]。因此，在实验教学操作过程中难免会产生大量不符合要求的失败品，对这些废品的处理大多采用丢弃或销毁的方式，从而导致大量教学资源的浪费[16]。而在传统的药物化学实验教学过程中还存在一些安全隐患[18]。其一是实验过程中需要运用到大量的化学试剂，普通的本科教学实验室安全设施及环境比较简陋，会对学生的身体健康存在不利的影响，而从事实验教学的人员长期工作于这种环境，对身体更易造成伤害。其二，实验过程中有时还需要用到大型实验设备涉及高压、高温等环境，这些操作都具有很大的安全隐患[19]。在实验教学的授课方式上，传统的教学方式普遍采用讲授法。首先，针对特定实验，会先分析实验原理，再讲解实验步骤，最后进行示范性操作，同时强调实验过程中需要注意的事项，整个过程占用了大量的实验课程时间，对学生的学习兴趣带来了消极的影响。另外，有部分学生课前不预习，课堂上学生自行练习时间有限，往往也不能保证实验的连贯性；而且学生在实验过程中，有时会因为种种原因而失败，受时间的限制，不可能重做，这就造成了部分学生实验课后不思考不总结，甚至相互抄袭实验报告的现象，进而对相关理论知识的认识和理解造成极大的影响。
（二）虚拟现实技术在天然药物化学教学中的优势
构建虚拟实验平台，其使用的教学手段要比传统教学中使用的文字、模型更形象、生动和完整[16]。同时，它使得学习知识的过程变得多样化。一方面，虚拟仪器可以安全方便地让学生拆卸、组装；另一方面，教学人员也可以根据不同步骤逐次展示实验的原理和工作方式。在整个实验过程中，学生的亲身体验使得对相关知识的理解更为深刻，有利于学生消化和运用知识。再则，在这种主动交互的教学过程中，学生的能动性得到了有效提高，大大增加了学生学习的信心和动力，使他们更容易地投入到学习环境中去，同时还有利于培养学生自主探索的能力和创新能力，以及在实验过程中的交流与合作能力。在教育成本方面，虚拟仿真实验既不消耗实验耗材，也不损坏实验设备，同时还避免使用大量危险化学试剂。整个教学过程节约了教学经费，又减少了对环境的污染。在虚拟实验环境中，学生还可以放心地去操作各种在现实实验条件下有危险的或危害人体健康的实验，避免了各种危险[20]。
二、基于虚拟技术实施天然药物化学实验课程教学改革
（一）虚拟实验平台在天然药物化学实验教学程序设计中的运用
由于药物化学实验课程内容具有逻辑性强、连贯性强的特殊性，天然药物化学实验教学的程序设计需要突出制药专业的特点，特别强调遵循教学内容的逻辑性和学生的认知规律[21]。首先，突出制药专业的特点，就是要尽可能多地创造实验教学条件，让学生更多地参与到实验活动中去，培养学生的主动动手能力。在指导学生进行实验时，要注重引导促进学生主动思维能力的培养，在教学过程设计中引导学生进行探究性的尝试。同时，应合理运用“因材施教”的原则，即根据本学校和学生的实际情况，结合不同的教学内容，选择不同的实验教学方法，来设计不同的教学程序[15]。随着生物学、高分子合成分离技术及计算机技术在药物化学研究领域的应用越来越广泛，天然药物化学对多种学科研究方法的应用程度也不断加深[22]，例如超临界流体萃取技术、智能多维纯化系统AKTAx-press、多角度激光光散射仪与凝胶渗透色谱联用技术等是非常有应用前景的提取、纯化技术。但是由于教学经费及实验条件等原因的限制，不可能逐一开展相关的实验，这时结合虚拟仿真实验教学平台对这部分的实验进行讲解和操作，则更有利于开拓学生视野，加深对前沿技术的了解。
（二）虚拟平台下的天然药物化学实验教学策略
1.丰富的教学材料。向学生介绍天然药物化学学科研究成果的研究背景及历史，有助于学生头脑中形成完整的科研思路，建立学生对于天然药物化学研究的总体认识。同时，可以结合虚拟仿真平台，将科学研究实例生动地在虚拟环境中进行展现，了解本学科研究领域优秀成果的发现过程，从而引导学生的探究兴趣，激发内在的学习动力。例如以获得诺贝尔医学奖的屠呦呦研究团队为实例，介绍科研人员如何通过大量的调查研究，从历史医著文献《肘后备急方》中寻找到有价值的研究线索，然后以提取、分离等手段从青蒿中分离出抗疟成分青蒿素的研究过程，从而延伸到天然药物化学实验中如何确定天然药物有效部位的方法、如何设计合理的技术流程进行效成分的分离和研究。同时，结合虚拟仿真平台进行演示，使学生熟悉从天然药物中寻找、开发新药的过程，引发学生的好奇心，培养他们发现问题、解决问题的科研意识。2.基于虚拟仿真平台的实验操作。由于大多数实验学生都是首次接触，因此在进行实验的时候难免会出现错误，这就需要一定时间的练习来降低错误率。可以采用以下几种形式：第一是单个环节的练习。天然药物化学实验一般具有连贯性，其中包含有多个环节。因此，可以在虚拟仿真操作练习中针对某一重要环节进行练习，使学生能够更熟练地掌握该环节的知识点和操作要点。该操作练习的优点是能突出重点、有明确的目标导向，有利于熟练掌握运用重要的知识点。如“大黄中蒽醌类成分的提取、分离和鉴定”虚拟实验中，学生先对其中的“柱层析分离”进行操作练习，实验中学生可以体验不同pH值、溶剂配比的三维模型对实验结果的影响，让学生对摸索实验条件的重要性有着更直观的认识。第二是多流程练习，即把多个知识点和多个流程串联在一起，利用虚拟实验平台进行练习。不仅有利于学生对整体实验流程的掌握，也有利于提高学生综合运用多个知识点甚至交叉学科知识来解决问题的能力。如利用虚拟仿真平台对“氧化苦参碱的提取分离和鉴定”虚拟实验中，我们可以结合实验条件参数模块来确定实验最佳方案，同时可以使用“HPLC组件及系统”虚拟模块进行样品分析和数据采集，来了解高压液相色谱等分析仪器在使用中需要注意的要点，结合基于虚拟平台的实际操作加深对实验原理的进一步认识，锻炼和提高实验基本操作的能力。这种方法不仅可以综合检验学生将理论知识应用于实验操作的能力，也是培养学生综合应用能力的重要途径之一。第三是比较练习。这种方法可以通过对比的方式强化知识点之间的联系与区别。如不同提取方式对提取效率的影响，各自的优缺点等，更有利于知识点的运用。
（三）改革考核制度、重视综合能力的考察
针对天然药物化学实验课的特点，应该注重理论与实验相结合，重点针对学生综合实验能力的考核[14]。因此，在考核方式上，要把重点放在实验报告的撰写、实验理论的运用和实验操作能力的正确规范上。采用平时成绩（20%）、实验操作技能（25%）、实验设计（25%）及最终实验报告（30%）的模式，这种考核制度，不仅能够综合反映学生的治学态度、理论知识的掌握程度以及实验技能的运用能力，也符合天然药物化学实验教学注重实际操作能力培养的特点，增强了学生学习的能动性，发展了自主探索的能力。
三、结论和展望
