中药鉴定学是中药学类专业的核心课程,传统的实验教学方法,如野外采药、药材的辨识、用显微镜观察组织特征等。而野外采药受季节性与地域性的限制,名贵中药难以收集齐全;药材在使用、贮存过程中,容易损坏;且形态的辨识,需要反复地训练。因此,虛拟仿真实验具有互补性。
本实验以全国第四次中药资源普查成果及教学实践中积累的植物形态、药材性状、显微特征等虚拟仿真数据资源为支撑,以真实实验场景为切入,实现互动。采用3D高精度仿真与最新超现实MR互动,激发学习兴趣,通过学生自主设计选择目标中药及实验方案,观察高清3D细微特征,给出鉴定结果,提升中药材的辨识能力及实际应用能力;本项目突破植物物候期及地理分布的瓶颈。克服药材贮存变色、变形、变质等样本缺失的影响,实现从认知学习到中药鉴定应用能力提升的目标;“中药鉴定3D-MR虚拟仿真实验“开放完成,3学时。
(1)突破时空瓶颈,虚实结合
将虚拟仿真技术应用于原植物野外采集和鉴定训练,克服了植物生长季节性及地理分布的限制,通过3D高精度仿真,还原植物的形态、生境,虚实结合,提高原植物的鉴别能力。
(2)虚为实延,以虚补实
在高度仿真中药材及混淆品、不同产地样本、野生及种植样本的基础上,以现代3D-MR技术实现稳定训练内容的教学,用自主设计的虚拟仿真实验与实验室真实训练形成互补,达到“虛为实延,以虛补实”的目的。
(3)示范性3D-MR虛拟仿真平台
VR是虚拟现实(观看虚拟场景),AR是增强现实(观察到虚拟与真实结合的场景) ; MR是混合现实,合并现实和虚拟物体,并能徒手操作,实现虚实之间的互动,是虚拟仿真升级的趋势。本项目引入国际领先MR技术,构建3D及MR示范教学平台,低成本规模化应用,推动虚拟仿真实验升级。
本实验为自主设计实验。设计环节含3个模块。11个部调成。
第一模块 中药原植物
(1)中药原植物地理分布
(2)中药原植物生境识别
(3) 3D中药原植物形态鉴别及药用部位
(4) 3D野外采集
第二模块 中药性状
(5) 3D-MR中药性状鉴别
(6) 3DMR不同产地、种植与野生药材鉴别
(7) 3DAMR 中药混淆品、伪品的辩识
(8) 3D-MR中药性状鉴别综合训练
第三模块 中药显微
(9)中药粉末制片操作虚拟实验
( 10 )中药粉末显微特征鉴定
(11)中药横切面显微特征鉴别
教学方法以网络学习为主,学习者可以通过手机APP或电脑使用该软件,自主选择学习内容、学习时间和学习地点,变被动学习为主动学习。而以往传统教学是通过带教老师的实地讲授,这种教学模式不同程度上受到时间、地点、人力、物力、危险性、植物地理分布和物候期差异性等因素的影响。切实实现“虚为实延,以虚补实”。根据学习者的层次和学习内容需要,自主选择学习模块。
1、教师带教的示范虚拟仿真实验:由教师开设虚拟仿真实验,实行实验室开放(实验中心率先完成开放实验室管理系统),形成教师示教、师生互动的带教虚拟仿真实验。
2、学生开放实验:分两种形式: (1) 是开放区域的无限开放,学生自带Type-C口电脑及MR/VR设备(自购或租借相应设备),只要在高流量Ap无线区域内就可以进行3D-MRVR的课程训练,其中VR用于采药训练、认药训练;而MR用于药材辨识药或虚拟显微虛拟仿真实验及互动考核实验: (2) 二是开放3D实验,是实验中心定时开放实验室,学生自由选择开放实验室的仪器点位,就可以完全自主地进行虚拟仿真实验。
3、互联网自主虚拟仿真实验:其中实验部分内容为网络化的2D电脑、手机、平板实验,可以在校园内网的区域内随时进行实验,或校外反代理方式进行训练。
4、实时身份认证的虚拟仿真实验考核:中心建设(脸部识别认证)身份认证的虚拟仿真实验考核系统,形成过程视频记录及实验过程计算机记录数据的考核系统,完善成为独立的虚拟仿真学习的选修课程。
5、实施效果:
(1)中药资源与鉴定虚拟仿真实验突破时空瓶颈,虚实结合,实现了江苏区域外的药材采集,丰富了中药植物实验内容,同时可以不受时间限制地观察药材的根、茎、叶、花、果的特征学习,尤其是花、果的特征辨识学习。
通过3D-MR还原及放大植物的形态特征,虚实结合,明显提高了植物形态的鉴别能力。
(2)通过大量药材样本及混淆品、不同产地样本及的3D-MR虚拟训练,尤其通过大量虚拟粉末显微及横切面显微特征样本的以虚补,补充有限的教学实训,“虚为实延,以虚补实“拓展了学生中药鉴定的知识面。
(3)由于3D-MR技术激发学习兴趣,带动与提高了理论课堂教学效果,且通过高清细微特征反复认知,包括影响混淆品或伪品、不同产地样品、种植与野生品种的辨识,使学生中药鉴定的应用能力普遍提高。
(1)是否记录每步实验结果: 是 否
(2)实验结果与结论要求: 实验报告 心得体会 其他在线考核
(3)其他描述:通过开设中药鉴定3D-MR虛拟仿真实验,能够较好地掌握中药原植物形态结构,尤其是具有重要分类学意义的花和果形态特征,能够较好地掌握重点科和重点中药原植物的鉴别特征,并应用分类学的原理和方法,突破实践教学的时空瓶颈,不受季节、地域的限制,在模拟环境中对全国范围内的中药原植物种类进行辨识和采集,以提高野外实践能力。进一步准确掌握并识别各药材的主要性状鉴别特征、横切面、粉末鉴别特征,提高中药的鉴别能力,提升中药鉴定的综合技能。