数智赋能下基于模型药物开展药剂学开放性实验教学改革探究

Integrating Digital Technologies in Open Experimental Teaching Reform for Pharmaceutics Using Model Drugs

摘要

药剂学开放性实验是一种新型实验教学模式，定位于实践教学体系中的综合训练层次。数智赋能药剂学开放式实验教学充分利用现代数字化技术设备、信息化平台资源，是一种自主性更强、自由度更高的开放式教学模式。笔者结合昆明医科大学新建设的多功能智慧教室、智能实验室以及终端数字化设备，配合GMP仿真实验室项目，通过数智赋能的开放性实验教学模式，一能改变以往刻板、枯燥的实验教学技能训练过程；二能提高实验教学效能，串联理论课和实验课的知识点，促进药剂学学习效果；三能提升学生综合素养，改善实验课“千校一面”的窘境，助力学生学习能力全面发展。

Abstract

The concept of open experimentation presents a pioneering approach within the framework of practical teaching methods, offering a cutting-edge model situated within the comprehensive training structure of practical education. The integration of digital technologies and information platform resources into open experimental teaching in pharmaceutics represents a significant advancement, providing students with increased autonomy and flexibility. By incorporating newly constructed multifunctional smart classrooms, laboratories, and digital devices, along with initiatives such as the GMP simulation laboratory project, the authors employed this digitally empowered open experimental teaching model to accomplish various objectives. Firstly, it can revolutionize the formerly rigid and repetitive nature of experimental teaching and skills development. Secondly, it can enhance the efficacy of experimental teaching by bridging theoretical concepts with practical applications, thereby enhancing learning outcomes in pharmaceutics. Thirdly, it can elevate students’ overall competency, addressing the issue of “uniformity” often observed in experimental classes across college and universities and fostering a more holistic development of students’ learning capacities.

关键词

数智赋能 / 开放性实验 / 药剂学 / 实验教学

Key words

Digital intelligence empowerment / Open experiment / Pharmaceutics / Experimental teaching

1 药剂学开放性（设计性）实验相关概念

1.1 药剂学开放性实验的定义

“药剂学”是药学相关专业的核心课程，是以剂型为中心，研究其处方设计、配制理论、制备工艺、质量控制及合理应用等多学科渗透的综合性技术学科^［1-2］。药剂学实验教学帮助学生能够更好掌握药剂学基本理论和基本操作技能，同时对培养学生创新意识和创新能力有着至关重要的作用。实验教学质量直接影响学生培养目标的实现。中国一些高校药剂学实验课程的课时数与理论课程课时数由以前的1∶0.8提升为1∶1，实验课课时数超过40个课时就是最好的印证^［3］。

开放性实验是一种根据学科特点建立，以学生为主体，由其自行选择实验仪器与试剂、设计实验方案、实施实验计划的教学模式^［4-5］。该教学模式可提高学生的实践动手能力和创新思维能力，激发学生学习的积极性和主动性，创造主动学习的条件和机会，培养学生的综合运用能力，能适应不同水平和能力的学生学习要求^［6］。

药剂学开放性实验是一种新型实验教学模式，其定位于实践教学体系中的综合训练层次。教学目的是为更好地衔接课程实验，培养学生分析问题、解决问题的能力，旨在提高以问题为核心的课外探究性、实践性学习，激发学生的科研兴趣和科研意识^［7］，使之具备创新意识和创业能力，从而提高其综合学术素养。

1.2 数智赋能的含义

数智化一词是数字化和智能化两个词合并的简称。数字化、信息化及智能化建设是近几年来世界范围各行各业推行改革的重点方向。高校对于药学专业人才的培养必须紧跟时代的步伐，抓住时代机遇，依托于数字化、信息化、智能化的现代化技术，为社会培养、提供更全面、更高质量的药学类专业人才^［8］。

数智赋能药剂学开放性实验教学指的是充分利用现代化的各类数字化技术设备，信息化平台资源，结合自主性更强、自由度更高的开放式教学模式，推动药剂学实验课程建设^［9］。该实验教学模式能够优化实验课教学流程，提高教学效率，丰富教学内容，充分提高学生学习主观能动性，有效提升教学质量，促进药学专业人才培养质量地稳步提高。

2 目前中国高校药剂学实验课程困境

2.1 实验教学的内容和方式相对滞后

当前，中国各大高校的药剂学课程的实验课绝大多数都安排验证性试验内容，即经典的剂型制备^［10］。学生在学完相关章节的理论知识后，根据实验教材上的实验内容和方法，在教师的指导下进行实验操作，得出实验结果，进而验证所学理论知识。虽然验证性实验能够帮助学生进一步掌握、理解理论教学内容，但是却不利于培养学生分析问题、解决问题和开拓创新思维的综合能力。学生在做实验时依赖性较强，缺乏自主创新，缺少主动思考，缺失和高速发展的药物制剂行业的结合，以及缺少对实验提出质疑的批判性思维^［11］的能力。当学生在实际工作中被要求改良、调整制备某剂型的处方和制备工艺时，就会表现出无从下手、无所适从的状态。显然，这种缺乏自主性的教学方法不利于激发学生的学习兴趣和动手能力的提高^［12］。药物制剂新理论的推出、新设备的革新及行业内部不断提高的行业标准，对培养的学生提出了更高的要求，也为教师带来了更大的挑战。

2.2 实验教学质量有待提高

正因为过度依赖教师指导，学生在实验过程中往往缺乏自主思考，对实验条件、操作方法、制剂工艺等因素以及怎样论证等方面都是被动接受，导致在日后的工作中，只会“照猫画虎”，缺乏分析、解决问题的综合能力。此外，传统的实验教学模式单一，以填塞式的知识传授和被动重复的实验操作为主导，学生缺乏动手动脑解决问题的锻炼过程^［13］。因此，很多毕业实习用人单位反馈，进入毕业实习阶段，学生的实际动手能力需要加强，学生的实验操作能力有待提高^［14］。这就迫使专业课程实验教学需要加大改革力度，需要创新教学方式、方法来有效提升实验教学质量^［15］。

3 数智赋能下开展模型药物药剂学开放性实验与传统药剂学实验教学效果对比

依据新修订的临床药学专业人才培养方案，临床药学专业药剂学理论课时减少实验课时增加。本文作者在2020级、2021级临床药学专业药剂学实验课中增加1次开放性（设计性）实验作为实验教学改革试点。总结初期教学改革效果，数智赋能下的开放性实验教学体现出两个层面的优势。

3.1 教学效果提升明显

开放性实验教学在培养学生创新能力、自主学习能力和实践能力，以及合作沟通能力方面得到了明显加强。以2020、2021级两届学生开放性实验方案内容分析为例（见表1），在两届学生开放性实验教学模式改革中，通过学生具体实验方案的分析可以看到，学生依据模型药物的理化性质和药理作用范围，选择的制备剂型几乎包括了“药剂学”理论课上所学的所有经典给药载体，其中还不乏在经典剂型基础上加入近几年大规模使用的新剂型和新制备技术。比如，多层栓剂形式、缓释片运用、气雾剂给药体系等等，学生们思想活跃，奇思妙想层出不穷。这也从另一方面解决了学生如何综合运用理论课所学内容服务于实践活动的问题。通过总结归纳各种剂型的优缺点，结合模型药物的特殊性质，并根据目标疾病的治疗效果进行综合研判，学生能够选择并制备最适合的剂型产品。

学生的学习积极性在开放性实验教学中明显提高。本研究中开放性实验分为三个环节：①准备环节。教师提前将学生以10~11人为单位分成小组，每个小组通过文献查阅、市场调研总结现有模型药物的给药方式（剂型）的优势和局限性，提出实验方案。②汇报环节。每个小组依次汇报其实验方案，授课教师和其他受邀专业课教师组成专家点评团，其余学生为“同行点评团”，对汇报内容提问或提出改进意见。经过 “集思广益”“头脑风暴”，每个小组的实验实施方案得到进一步完善，为具体产品的制备做好充足的准备。③实验实施环节。学生可按计划自主利用实验室实验器材和设备，“生产”属于每个小组的“产品”。以2020级开放性实验为例，一小组制备处方设计时就提到了复方透皮给药体系（软膏剂），处方中用到了“辣椒酊”，而该酊剂不是一个可以直接购买的原料，需要自行制备。指导教师在方案汇报时留意到了这个问题，有意把这个问题留给学生自己解决。于是，学生们根据理论课中学习到的知识，液体制剂中酊剂的基本概念和制备过程，自行准备“辣椒酊”，在随后的产品制备环节按制定好实验方案完成了该软膏剂的制备。学生在整个解决问题的过程中有效运用理论课知识解决实际生产的问题，很大程度上提高了理论课和实验的结合度，大幅度提升了开放性实验的趣味性和学生参与度。

3.2 数智赋能的开放性实验教学能丰富教学资源，提高教学效率

数智赋能下的开放性实验教学通过利用先进的技术手段，能够提供更加个性化、高效和资源丰富的教学体验。以作者所在教学单位为例，智慧教室、智能实验教学设备的配备、药学“GMP”仿真模拟软硬件的加持使得原有“僵硬”的药剂学实验教学方式“花样”层出不穷。不仅实验教学效果得到提升，学生的理论课学习兴趣和学习效果也得到改进，整个课程的教学效果得到大幅度提升。

3.2.1 智慧教室和智能实验室的运用

智慧教室和智能实验室可实现多间实验室同步授课，并且在教师授课示范机位配备微距摄像镜头，能实时拍摄、直播教学和实验操作演示的细节部分，实验课变成了“直播课”。教师实验课带教，规范实验操作的示范，制备过程细节的展示，包括产品的细微变化过程都能清晰地、动态地呈现给学生，相比依赖于语言表达、文字描述或是图片展示的传统实验教学，利用数智化工具能把实验实际操作过程更生动、更具象化地展现在学生眼前，对学生实验的指导意义更为关键，从而有效提升实验教学效果。

3.2.2 GMP仿真实验室的运用

GMP仿真实验室的建立，以及对GMP虚拟仿真药品制备模拟软件系统的更新迭代。学生可以根据实验方案，首先在虚拟环境下开展产品的制备，发现问题，再反馈于实验方案的制定，做到“有的放矢”，更有效地指导实验实施阶段的工作。以2021级开放性实验模型药物气雾剂产品的制备方案为例，该组学生提出了制备黏膜给药体系（气雾剂），但是目前学校还不具备气雾剂的生产制备条件，学生们在GMP仿真实验软件中模拟整个气雾剂的制备流程，然后在实验室制备好该目标产品气雾剂所需的内容物，指导教师再联系具备生产条件的制药企业帮助学生完成最终产品的制备。在缺乏关键制造设备的情况下，学生模拟、体会了整个气雾剂的生产过程，最后又得到了实际生产出来的产品。这体现了数智辅助现实生产，有效弥补了硬件设施的短板，提升了教学效果。这一加持让学生的学习成就感得到充分体现，增加了学生学习过程的获得感与满足感。

当然，传统型实验教学模式也具有系统性强、标准化程度高、实验安全性高、资源利用率高、设备简单等独有的优势。本研究中认为开放性实验是对传统型实验教学的一个有效补充。教师教学过程中可有效结合两种教学模式，充分发挥两者的优势，利用传统型实验教学帮助学生打牢实验技能基础，再通过开放性实验教学把碎片化的、零散的、抽象的基础技能和知识串联起来，实现实验教学的目的。再者，加之数智化技术手段的利用，能够提供更加个性化、形象化的教学体验。通过合理整合数智技术和传统教学方法，发挥各自的优势，以实现最佳的教学预期和效果。

4 数智赋能开放性实验教学改革的教学效果评价与反馈

临床药学专业“药剂学”开放性（设计性）实验经过2年的初步建设，收获颇丰，对于“药剂学”该门一流课程的建设起到促进作用。本研究在两次开放性实验结束后通过问卷星发放了匿名问卷，126名学生中有115人提交了有效问卷。结果显示，有83人非常满意（72.17%），29人满意（25.22%），3人基本满意（2.61%），学生对开放性实验的满意度高。关于实验方案的汇报、讨论、组间质疑的安排，113名学生表示非常满意（98.26%）。由此可见，数字化技术推进开放性实验教学这一实验教学模式值得进一步拓展运用。

调查问卷还设置了开放式问题，目的在于获得学生对于本实验课程的建议。通过对问卷结果文本资料的整理和分析发现，两个问题的答案对本实验课程的改进有意义。

实验分组人数调整。不少学生表示，目前的实验小组人数（10~11人）偏多，建议4~5人较为合适。研究也表明，团队合作人数应该根据任务的实际情况做出调整^［16］。本研究团队也将在后续的教学过程中，调整相应的教学安排，提高学生的参与度。

可供选择的模型药物数量调整。学生反馈目前只提供1个模型药物供选择，存在局限性，建议增加可选模型药物数量。本研究中通过集体讨论，达成共识：1个药物模型在实验方案制定的时候限制了学生的创新思维，也容易出现不同小组的设计方案“大同小异”，不利于发挥出学生主动探索的潜质。如果提供2~3个模型药物供学生选择，就能激发学生高创造力和广阔的想象力，这样才能真实地体现出开放性实验的设计性强，自由度高的特点。

学生的反馈意见不仅能够真实反映教学现状、发现隐性问题、提升教学质量，还能增强师生互动、支持个性化教学、推动教育创新，并帮助制定科学的改革策略。有效利用反馈问卷调查结果，能够使教学改革更加科学、全面和高效，最终提升整体教育水平和学生的学习体验。

5 “药剂学”开放性（设计性）实验成果的孵化

开放性实验现阶段是作为“药剂学”实验课的一次实验内容开展。但其发展与延伸不仅限于一次实验课。学生们的实验方案和实验结果在后期经过再次的细化和加工，可以参加诸如大学生创新创业计划大赛，大学生创新性实验等一系列的学生科研、科创活动。目前，2020级有2组学生结合开放性实验的实验方案和实验成果参加了学院的“大学生创新性实验项目”，并获奖；2021级有3组学生结合开放性实验内容经过积极修改和完善，参加了校级“大学生创业计划大赛”“大学生创新性实验项目”和“5分钟科研英语演讲大赛”，并获奖。开放性实验成果的延伸拓展为学生的学习生涯提供动力，实验成果的获奖也为学生以后的评优、考研和就业提供了支持。

学生受益的同时，参与教学的教师也从中有所收获。授课教师指导修改学生的实验方案时，其设计思路对于教师个人或是科研小组的科研项目有很好的启发和补充。结合目前实施的本科生导师制教学教育模式，学生项目完全能融合到教师科研项目中，为教师的科研发展提供创新力的支持，也对学生今后的学业发展及就业需求提供很大的帮助。数智赋能下的开放性实验教学活动真正地做到了教学支撑科研，科研反哺教学，教学科研相辅相成，齐头并进的良性循环。

6 结语

综上所述，数智赋能下药剂学开放性实验教学一方面能提高实验教学效能，串联理论课和实验课的知识点，促进学生“药剂学”学习；另一方面能提升学生综合素养，改善实验课“千校一面”的窘境，助力学生能力得到更全面发展。教师、学生与智能技术“多模态，多维度”协同，推动课堂之间的数据积累、互通、处理和分析，为药剂学实验教学的高质量发展提供了坚强的发展动力，实现了培养具备创新创业素质的新时代药学类专业人才既定培养目标。

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基金资助

昆明医科大学2023年教育教学研究课题(2023-JY-Y-089)

云南省2023年本科教育教学改革研究项目(JG2023001)