虚拟仿真教学以其高效率、低成本、内容丰富等优势得到广泛应用和推广,该技术在药事管理学教学中的应用,可以将抽象的专业知识以形象、直观的方式展现,让学生在模拟的情境下进行探究和学习,极大地调动了学生的学习兴趣,使学生在短时间内进入相应情境,真实地体验在现实生活中进行操作的感觉,达到更快理解专业知识和掌握操作技能的目的。 药事管理学是药学类专业的一门重要课程,是执业药师资格考试的主要科目。本课程主要讲授药事组织设置及其职责,药品管理立法,药品注册、生产、经营、使用、信息诸方面的监督管理,药品知识产权保护以及药学技术人员管理等内容。就目前教学情况来看,大多数学生反馈该门课程所涉及的药事法规较多,有些概念相对抽象难以理解,教学中未能将理论知识和实践应用紧密结合起来,达不到预期目标和效果[1]。因此教育工作者对药事管理学课堂教学进行了教学模式探索和改革,并取得一定成效。如PBL教学在药事管理与法规教学的应用不仅增强了学生与现实生产、生活的联系,还调动了学生的学习兴趣和热情,培养了学生的自学能力和独立思考能力[2]。基于项目化教学的药事管理学课程改革以案例讨论教学法和项目实训教学法为核心,多种方式和多学科融合,能够更好地将教学内容与工作实际相统一,从而做到知识与岗位技能有机融合,培养出理论知识过硬、具备良好职业技能的药学技能型人才[3]。 另外,还有一些教育工作者在药事管理学引入开放式教学[4]及抛锚式教学[5]方法,以弥补传统教学方法的不足,促进药事管理学教学方式改革,并取得了良好教学效果。从不同的教学方式来看,其特点均是从多元化教学模式入手,充分考虑传统教学的弊端,通过各种途径和手段以掌控学科重要知识点为学习导向,培养学生思考问题的逻辑思维,提高学生自主学习能力和兴趣,最终由教师进行综合评价和总结,这不仅增加了教师与学生之间的互动,更重要的是让学生在实践过程中轻松掌握学习要点,从而获得事半功倍的教学效果。例如,唐丽娟等在广泛采用的案例教学法基础上融合了拓展训练法、对点习题法、时事跟踪的多元化教学方式,取得了卓越的教学成效[6]。 因此,如何增加课堂趣味性和加强实践与理论之间的结合仍是药事管理学课程教学改革中的重要内容。虚拟仿真技术是继数学推理与科学试验之后认识世界自然规律的第三类基础方法。虚拟仿真实验教学是指利用实物和计算机软件共同模拟出真实的情境,让学生在模拟的情境下进行探究和学习[7]。虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容。该教学方法避免了传统教学方法的枯燥和乏味,接近现实的工作场景使学生在短时间内进入相应情境,在提高学生学习兴趣的同时达到更快掌握操作技能的目的。《药品生产质量管理规范》(GMP),是世界各国对药品生产全过程监督管理普遍采用的法定技术规范。《药品经营质量管理规范》(GSP),是药品经营管理和质量控制的基本原则[8]。这两大规范性文件是从业人员在具体的岗位工作中必须严格遵循、执行的基本准则。为了考查学生是否能够将专业知识学习与职业能力培养达到相互契合的状态,进行GMP和GSP实训是非常有必要的,既能锻炼学生分析和解决问题能力,又能够有效提高教学质量。在这方面,中国药科大学的GMP实训中心就给我们药学类专业学生提供了达到国内制药行业先进水平的实习场所,很多院校的学生也都借此申请去GMP实训中心进行参观学习。另如海南医学院李维涅教师所在的教研室针对GSP中的药品采购、药品验收、药品销售3个环节进行实训教学,并分别对未进行实训和进行实训的同年级同专业不同班级的学生进行测试,发现进行实训的学生理论知识记忆更牢固,思考问题更全面,同时也促进了学生间的团结与协作[9]。 由此可见,通过实训教学能够提高教学效率,使学生牢固掌握理论知识,为毕业后快速进入工作状态奠定了基础。受教学场地和教学条件限制,建立符合国际标准的GMP和GSP实训中心,并不是每所院校都能达到的,若能将虚拟仿真实验教学方式引入GMP和GSP实训教学,不仅节约了教学成本,而且还能使学生快速掌握课程知识,学以致用。另外,虚拟仿真实验教学是以计算机软件为基础,这一教学方法的引入还能激发学生的学习兴趣,使课程教学更便捷,而且基于计算机软件的多样性开发也能让学生掌握更多的操作技能。本研究以固体制剂生产虚拟仿真实验为突破口,主要通过虚拟设备真实还原药品生产场景,让学生通过观察了解药品质量形成、制约和监控的关键环节,加深其对法律条款和监管制度的理解,让学生在虚拟环境中完成药品生产和质量监管任务,培养学生依据法律和监管制度开展药品质量管理的能力。 1虚拟仿真实验的教学目标 在学生理解法律法规要求的基础上,结合制药机械设备操作、管理学等基础知识,准确制定合规的生产质量管理制度、掌握合规的生产管理GMP操作。在具体实施过程中,本项目将根据药事管理学教学中的实际情况,探索出一套切实可行的虚拟教学方案。 2虚拟仿真实验教学实施方案 2.1软件制作 先以固体制剂生产管理为制作主要内容,展现各岗位的生产实景和工艺流程,其他制剂后续展开。 2.2理论讲授 理论课教学中针对固体制剂生产管理进行讲解。此实验在理论课后进行。实验课开始之初,对学生进行虚拟操作培训,详细讲解相关SOP文件,让学生大致了解生产过程质量保证体系运作。 2.3虚拟仿真实验操作 借助虚拟实验平台,导入项目任务及目标;学生通过自主学习、小组协作学习等方式,对该项目的任务目标进行分析,确定任务所涉及的各种要素;学生在虚拟仿真实验平台上按照已制订好的计划逐步完成项目任务。如图3为总混工艺流程示意图。此外,通过实验中设置的取样操作步骤,让部分学生进行实际模拟交互操作,并通过投影仪进行展示,让其余未操作学生观看并找出不足,查漏补缺。 2.4展示与评价 教师借助虚拟仿真实验平台对学生进行指导;学生在虚拟仿真实验平台上展示自己的项目成果,然后接受他人的评价和教师的反馈。同时,学生在汇报和听取同学汇报的过程中,通过对比自己与其他同学的成果,查找不足,反思其成败。 3虚拟仿真实验教学的展望 随着信息时代的快速发展,如何利用新形态对教学模式进行改革是教育工作者需要密切关注和研究的方向。建立符合教学需求的仿真实训系统,可为教学提供强力的内容支撑,结合AR增强现实技术,将真实对象和虚拟数字对象共存,并进行实时互动,不仅增强了课程的趣味性,而且实现了学生理论知识与实际运用的无缝对接。药事管理学教学内容更偏重文科,在学校组织的每学期教学相长会中,学生多次反映该课程教学方法相对单一,内容比较枯燥。 因此,我们在教学中根据每一章节的内容特征分别采用PBL教学以及模拟实习等新颖的教学方式来弥补传统教学方式的不足,并在课程最后为学生安排医院药剂科的参观和学习,使学生了解医疗机构药事管理的内容,为以后在医疗机构从事药事管理工作奠定基础。本课程是关于虚拟仿真实验教学在药事管理学教学中的探索,首先以固体制剂为蓝本进行体系设定,随着相应技术应用的纯熟以及软件制作经验的丰富,还将开设其他剂型的生产流程实训教学,从而将药事管理学课程实训教学引上一个新的台阶。 参考文献: [1]闻正顺,曲有乐,欧阳小琨,等.药事管理学教学改革初探[J].管理观察,2014(9):89-90,92. [2]刘彩云.PBL教学法在药事管理与法规教学中的应用[J].内蒙古医科大学学报,2013,35(1):232-234. [3]饶玉良,陈晓晶.基于项目化教学的药事管理学课程改革与实施[J].卫生职业教育,2018,36(14):38-40. [4]苏丽婷,吴丽荣,陈惠芳,等.开放式教学在《药事管理与法规》实践教学中的运用[J].海峡药学,2017,29(11):281-282. [5]王英姿,杜守颖,李文华.抛锚式教学法在药事管理学中的应用[J].产业与科技论坛,2016,15(16):136-137. [6]唐丽娟,王建,詹永成,等.多元化教学在《药事管理与法规》课程中的应用[J].中国药事,2018,32(2):242-244. [7]赵灿灿.计算机仿真技术在工业工程类实验课程教学中的应用研究[J].科技创新导报,2015,12(29):237-238,240. [8]杨世民.药事管理学[M].6版.北京:人民卫生出版社,2016. [9]李维涅,曾渝,李果果.GSP实训教学在《药事管理学》课程中的应用[J].中国当代医药,2016,23(15):150-152. 作者:朱蕾 刘萍 单位:遵义医学院
在“大科学”时代,科学研究变得更加复杂、开放和交叉。在科技飞速发展和全球竞争日益激烈的形势下,越来越多的科技创新产生于传统学科的交界处。为适应大科学时代发展趋势,国家实验室作为一种新的科研活动组织模式应运而生[1]。国家实验室作为科技创新体系的重要组成部分,可以解决经济社会发展中的重大科技问题,也有利于开展多学科交叉项目联合攻关。目前,北京中关村国家实验室、昌平国家实验室、怀柔国家实验室和上海张江实验室已经挂牌成立,正在凝练任务、聚集力量。科技发展日益呈现出多学科交叉的趋势,国家实验室作为开展基础研究的重要基地,其目的之一就是促进学科交叉,而且国家实验室也具有许多有利条件开展学科交叉研究[2]。 1国家实验室开展学科交叉的基本认识 1.1学科交叉的概念 学科交叉是“学科际”或“跨学科”的研究活动。学科交叉是基于众多学科之间的相互作用交叉形成的理论体系,进而构成交叉学科,众多交叉学科又构成了交叉科学[3-4]。路甬祥院士认为,学科交叉产生了众多交叉科学前沿,其结果导致的知识体系构成了交叉科学[5]。可见,学科交叉不等于交叉学科,交叉学科是多个学科相互渗透、融合形成的新学科,它来自被交叉的原有学科,但又不同于已有学科。近年来,随着学科交叉不断深入发展,其在解决社会问题、促进科技创新方面作用更加突出[6]。学科交叉已经成为当代科学发展的重要特征之一。交叉学科研究也得到了越来越多的重视,其“破除学科壁垒、突破学科界限、以重大问题为导向、以创新为知识生产方式、多维主体共同参与科学研究”的形式弥补了单一学科研究的不足,在一定程度上能够避免各学科间的脱节现象[7]。在新的科学范式下,多技术跨界融合和多学科交叉会聚将会成为常态,并且不断催生出新的学科前沿、新的科技领域和新的创新形态。两个或多个学科的交叉点最有可能形成新的科学生长点,交叉领域获得诺贝尔奖项的比例逐年增加。 1.2国家实验室开展学科交叉研究的优势推动科技创新需要加强学科交叉,国家实验室开展学科交叉研究具有以下几方面的优势[8-9]。 (1)具有新型学科管理体制机制的优势。国家实验室在组织管理、人员考评、利益共享和分配、资源配置方式等方面不同于现有科研机构,实行“联合、流动、开放、竞争、合作”的运行机制,更有利于资源优化组合、研究人员沟通交流、寻求交叉联合等。 (2)具有搭建学科交叉研究平台的优势。国家实验室学科门类比较齐全、综合性强,能将研究人员、资金和科学仪器设备等有机结合起来,为组织研究人员进行交叉学科研究、提高学科交叉研究水平搭建了良好平台。 (3)具有整合科技资源的优势。国家实验室作为多学科交叉融合的研究平台,通过统筹、优化、配置创新资源,在更高层面上组织学科交叉,提高了不同实验室协同攻克瓶颈型、卡脖子型或战略性等重大科学问题的能力。 (4)具有集聚学科交叉人才的优势。交叉学科相对单一学科而言,有利于突破人才培养的局限。国家实验室凭借自身平台优势,汇集了一批来自不同学科的高层次人才,为跨学科研究提供了良好的人才基础。同时依靠实验室的大科学装置,扩大了拔尖创新人才培养的空间,拓宽了交叉人才培养的路径。 2美国国家实验室开展学科交叉研究的经验 “二战”后美国国家实验室快速发展,如劳伦斯伯克利实验室(LawrenceBerkeleyNationalLaboratory,LBNL)、洛斯阿拉莫斯实验室(LosAlamosNationalLaboratory,LANL)、阿贡国家实验室(ArgonneNationalLaboratory,ANL)等,主动对接国家战略需求,凝练前沿领域重大科学问题,研究领域逐渐交叉、融合,整体上呈现出了跨学科、多领域的特征[10]。国家实验室会根据研究项目需求,组建不同学科研究小组,开展学科交叉研究。美国国家实验室在长期的管理和实践中,形成了许多值得借鉴的促进学科交叉融合的经验,在学科交叉研究方面也取得了大量成果。 2.1注重国家实验室学科交叉的建设与布局 美国国家实验室主要开展基础和应用基础研究,研究领域广泛,覆盖科技创新的全链条,多学科交叉优势明显。如布鲁克海文国家实验室(BrookhavenNationalLaboratory,BNL)拥有多个科学研究中心,中心研究方向涉及分子影像、核成像、同步辐射、计算科学等,为学科交叉提供了前提。橡树岭国家实验室(OakRidgeNationalLaboratory,ORNL)主要在新能源、纳米技术、复杂生物系统和先进材料等领域开展研究,尤其是在能源、环境等交叉领域取得了重要成果,解决了美国面临的很多科学难题。多年来,美国国家实验室不断优化结构,形成跨学科、多部门的综合性大型实验室,许多科研项目都是在不同部门共同支持下开展完成的[11]。如劳伦斯国家实验室一直坚持多学科交叉合作,1931年1月第一台回旋加速器的诞生标志着物理学和工程学合作的成功,这也是劳伦斯实验室多学科交叉合作的开始,为实验室以后开展学科交叉研究奠定了良好的基础。 2.2优化组织机构,促进学科交叉创新 不同科研组织机构的特点、形式各不相同。国家实验室作为大型科研机构,为有效提高科研工作效率,产生更多成果,一般选择跨学科、矩阵式组织结构。在美国,大型综合性的国家实验室一般采用矩阵式组织结构,既有利于实现学科之间、项目之间的交叉融合,也易于在科学家、工程技术人员、管理人员之间建立起密切的合作关系,促进科学交流。为促进协同创新,美国利用虚拟国家实验室形成了多主体、跨学科的科研需求响应机制,促进信息共享、激发创新思想、提高创新能力[12]。在20世纪90年代末,桑迪亚国家实验室(SNL)、劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)和劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)共同组建了虚拟国家实验室,通过多学科交叉融合研究和协同创新合作,经过多年努力突破了极紫外光刻技术,在集成电路领域取得了重要成果[13]。 2.3与紧密大学合作,培养交叉学科队伍 在美国,从曼哈顿计划开始,大学就一直是实验室的重要合作伙伴。美国国家实验室基础研究的活力在很大程度上依赖于与大学的合作,如加州大学伯克利分校与劳伦斯实验室、麻省理工学院与林肯实验室等。加州大学化学系教授和物理学教授可以共同在劳伦斯实验室开展科学研究,并欢迎其他学科的教授随时加入研究项目,为实验室形成多学科交叉合作研究平台创造了机会[14]。综合性大学多学科优势明显,优秀科研人才集聚,便于国家实验室组建学科交叉研究队伍。在管理方面,如美国国家高磁场实验室考虑到有些项目学科交叉特性较强,允许研究人员可以承担不同组的多个研究任务,例如,一位科研人员既可以是直流磁场设施的负责人,也可以担任凝聚态研究组的负责人,从而增加了学科交叉的可能性。 2.4依托大科学装置开展前沿综合交叉研究 大科学装置具有突破技术发展瓶颈的强大支撑能力,为跨学科研究提供了最为有效的平台。美国国家实验室依托最先进的大科学装置(如直线加速器相干光源(LCLS)、散裂中子源(SNS)、相对论重离子对撞机(RHIC)等)在交叉领域开展研究,促进了多学科交叉融合,取得许多突破性成果[15]。大科学装置集群为不同学科交叉融合和科研人员之间协同工作提供了良好的平台,有利于开展大跨度的多学科交叉研究。大科学装置的资源稀缺性和公共属性决定了其开放性,通过大科学装置的开放共享可以促进实验室与科研院所、高等学校、企业等的相互交流,有助于推动多种学术思想碰撞,发现更多的学科交叉点。 2.5加强实验室开放,注重交流合作 学科交叉融合需要不同思想的碰撞、不同文化的交流。学术研究需要有更多探索新领域、新理论和新方法的勇气,在科学共同体中形成一种有利于交叉科学发展的宽容环境,通过国家实验室开展交流合作,营造自由探索的环境,促进学科交叉。美国国家实验室通过开展学术座谈会、互访交流和交叉学科论坛等,促进不同学科之间的研究人员沟通与交流,为解决重大学科交叉问题提供思想源泉[16-17]。自由的学术氛围、多学科的交叉合作和卓越的领导者是劳伦斯伯克利国家实验室成功的关键。美国国防部从2015年开始,每两年举办一次实验室开放日,即“美国军方科学大会”。通过举办实验室开放日活动,向社会各界介绍国家实验室的研究项目及技术转移的成功实例,对外集中展示创新性成果,寻求技术研究合作伙伴等[18]。 3基于学科交叉的国家实验室建设建议 3.1我国国家实验室基本情况 我国国家实验室建设经历了多个发展阶段,取得了一系列的成果。在强化国家战略科技力量的背景下,国家实验室建设正在进一步推进,同时也被赋予了“战略科技力量”的使命,将在支撑我国科技自立自强方面起到重要作用[19]。目前已成功组建的部分国家实验室包括怀柔实验室、中关村实验室、昌平实验室、张江实验室、合肥实验室、鹏城实验室等,几家实验室的基本情况如表1所示。 3.2国家实验室开展学科交叉的建议 学科交叉促进了新兴研究领域的发展,推动了基础研究的创新与实践,并赋予传统研究领域新的内涵,两者相互统一、相辅相成。从美国国家实验室发展历史来看,学科间的交叉融合促进了新兴研究领域的兴起,带动了一批以学科交叉为特色的实验室发展,如劳伦斯伯克利实验室、林肯实验室等均是促进多学科交叉融合的典范。结合我国国家实验室发展实际情况,提出以下建议。 (1)加大学科交叉支持力度,引领原始创新。国家实验室通过承接国家重大科研任务,聚焦学科交叉前沿,进行跨学科、大协作、高强度的协同攻关,实现更多颠覆性技术的突破。首先,国家实验室在基础前沿性的交叉科学研究方向上展开布局,围绕国家重点领域的核心技术和关键问题凝练出国家实验室重要任务,并在科研条件、人才配备、资金投入等方面予以支持。其次,在国家实验室内部组建跨学科、综合交叉的科研团队,形成不同知识背景或研究方向的专业人员组合,加强协同合作,共同推进交叉科学发展。如怀柔国家实验室所在的北京怀柔综合性国家科学中心规划建设5个大科学装置和10余个交叉研究平台(表2)。国家实验室在聚焦主攻领域及重点子领域的基础上,可充分利用现有交叉研究平台,打破学科壁垒,推动多学科深度交叉融合,形成新的学科增长点。 (2)灵活搭建组织架构,促进跨学科项目合作。国家实验室承担的任务往往是大型复杂的多学科交叉项目,需要建立多主体、跨学科的科研需求响应机制。为适应国家实验室完成复杂性任务的需求,可以构建“核心+基地+网络”的体制机制,提高实验室运行效率。“核心+基地+网络”是指以国家实验室为核心开展重大科学问题、核心关键技术的研究;以研究基地、中试基地和成果转化基地等分担某些研究子项目,放大和熟化一些科研成果;按需整合相关领域科研院所、高校、优势企业等资源形成网络,通过协作攻关、优势互补,实现实验室跨部门、跨机构、跨领域协调、集中力量干大事的初衷。国家实验室从项目类型或学科交叉的角度组建研究小组(或团队),形成多学科交叉合作的方式,有助于发挥群体优势开展联合攻关。为完成紧急大型学科交叉科研项目,国家实验室可从其他实验室或大学抽调科研人员,临时组建研发团队,根据任务明确分工,共同推进项目完成。 (3)加强与大学的合作,培养交叉复合型人才。高校具有人才集中、学科门类相对综合的特点,是交叉人才培养的重要基地。国家实验室可以从学科融合的角度,积极引进学科交叉人才、培养复合型人才,共同推动多学科交叉研究的发展。通过对美国国家实验室的成功经验分析可以看出,实验室发展与大学密不可分。我国正在建设的几个国家实验室周边区域内拥有大量的创新型大学和研究所,为开展学科交叉研究提供了资源(表3)。国家实验室在主要的学科领域或新兴的交叉学科领域布局优势明显,通过与大学各学科间人员的相互交流和合作,支持具有学科交叉性质的研究队伍,扩大研究广度,增加研究深度,提高跨学科合作成功的可能性。发挥国家实验室培养学科交叉团队的重要作用,将研究和教育结合起来,通过高质量完成学科交叉项目培养复合型人才、“T型”研究人才等。 (4)增加学术交流,促进多学科领域交叉创新。在重大科研项目协同攻关过程中,国家实验室不同部门研究人员及不同实验室人员之间的相互交流与合作,可以达到取长补短的效果。不同领域的研究人员之间通过交换意见,能够激发创新思维,把其他学科的研究方法运用到本学科,有利于产生新的边缘学科,创造出新的理论知识。表4列出北京怀柔、上海张江、安徽合肥等地的国家实验室已经建成或正在建设的部分大科学装置。充分发挥大科学装置优势,结合国家实验室战略目标和任务设定,聚焦重点交叉研究领域开展科研活动,推动国家实验室、大科学装置与前沿交叉研究平台深度融合,形成能够支撑跨领域、交叉性、综合性的前沿技术研发能力。 4结语 美国国家实验室成功的重要原因之一是重视多学科的交叉与融合,提前在科学前沿和交叉学科领域进行布局,其成功经验为我国依托国家实验室推进学科交叉融合、提升科技创新能力提供了借鉴。目前,我国正在推进国家实验室建设,要充分发挥国家实验室对学科交叉的促进作用,培养、集聚一批复合型交叉人才,加快高水平科研成果产出,助力实现科技高水平自立自强。 参考文献 [1]刘国瑜,赵珩.基于学科交叉的国家重点实验室建设研究[J].实验技术与管理,2008,25(6):165–167,180. 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