“中药三拗颗粒的制备及生产虚拟仿真实验”项目基于现代医药制造企业中药智能制造流程进行仿真开发，内容围绕现代中药生产企业“全产业链”生产制造环节，将各生产单元操作（如中药饮片质量控制与存储配送、投料、提取、精制、浓缩、干燥、粉碎、混合、制粒等）设计开发成虚拟仿真教学环节，搭建“虚实结合”的实践教学平台，促使学生掌握关键岗位的药品生产质量管理规范，利于培养学生实践操作能力，提升学生对制药过程的思维能力，提高学生在生产实践过程发现问题、分析问题、解决问题的能力，使学生具备一定的岗位胜任力，将学生培养成为符合制药产业转型升级的复合型医药人才，使学生具有全局视野和创新意识。

通过本仿真实验，可达到以下具体教学目标：

1.知识目标：

（1）掌握投料前中药饮片质控、前处理环节（提取、浓缩、精制、干燥等）的设备组成、原理及工艺参数选择、岗位标准操作规范以及实际操作流程等。

（2）掌握药品制造过程中如何落实药品生产质量管理规范的基础知识及相关规范。

（3）掌握药品制造过程中相关工程技术知识（如生产环境中温度、湿度、照度、洁净度要求及实现手段等）。

（4）掌握药品制造过程中相关单元操作（粉碎、混合、制粒等）的基本原理、工艺参数选择、岗位标准操作规范以及实际操作流程等。

（5）掌握药品制造过程中相关单元操作（粉碎、混合、制粒等）的基本装备、使用方法、维护保养等。

（6）掌握中药生产制备操作、过程质量监控与分析，能够自主完成中药生产全过程；

（7）掌握药品研发、生产环节的关键质量属性、关键工艺参数优化的方法与手段。

（8）理解药品制造智能生产和环节；

（9）了解药品生产相关GMP规范与要求

2．能力目标

 通过“基础认知、分析设计、应用探索”三个层级的类比、递进式学习，让学生理解药品在实验室规模与生产规模在工艺、设备、技术要求的异同点，从而使学生初步具备掌握中药制剂的配制理论、生产技术及质量控制方法，即具有运用综合理论知识，解决中药生产与应用中实际问题的基本能力，具有运用中医药思维，表达、传承中药学理论与技术的能力。通过仿真训练，掌握制粒工艺常用流化喷雾制粒设备的操作能力，具有发现工艺过程的问题、分析问题出现的原因、解决工艺过程遇到问题的能力，培养其创新思维。

3．思政目标

“三拗颗粒”处方源于《太平惠民和剂局方》中“三拗汤”，由我校科研团队历时二十载研发成功，并在济川药业集团顺利得到落地转化，是中医药“守正创新”的典范。本实验分“基础认知、分析设计、应用探索”三个层级，由现代中药智能工厂漫游为切入，全方位认知现代中药的生产制造环节及规范；通过颗粒的关键工艺——制粒工艺的处方工艺设计，系统熟悉药物研发环节的工艺设计环节；以三拗颗粒为实验对象，进行“三拗颗粒制粒工艺设计”，全视野掌握药品制造全环节。通过本虚拟仿真实验操作，可构筑一个完整的中药制造过程的知识体系，克服传统的实验教学模式由于时间、场地、设备等限制，导致学生无法系统、完整地操作全部实验过程，缺乏系统知识体系的培养。

为此，本虚拟仿真实验从涵盖三个层级，涉及11组实验模块，每组实验模块又包括若干实验单元，实验模块包括生产场景漫游、制粒工序认知、制粒设备认知、智能在线监测认知、功效物质性质分析、前处理工艺分析、物料性质表征、制粒方法选择、辅料选择、设备选择、工艺优化设计、三拗颗粒前处理、三拗颗粒制粒方法与辅料选择、三拗颗粒制粒工艺优化设计、三拗颗粒智能在线监测数据分析等18个单元实验过程，主要体现现代中药制造企业生产全过程。

1.实验教学过程

针对中药药剂学课程实验教学安排，秉着“以学生为本”的教学理念，开展“中药三拗颗粒的制备及生产虚拟仿真实验”教学，教学过程当前普遍采用的由现实世界中的“传统单向灌输地验证性实验”转变为虚拟世界中的“由学生自主设计地探究性实验”。采用以问题为导向的工程教学模式（CDIO模式），完成学生的独立自由操作，以检验自己对药品研发、智能生产的理解。这种通过虚拟仿真的网络教学模式能够突破学生学习时间和空间的限制，更具灵活性，符合新时代“互联网+”的教育理念，切合当代大学生学习特点。

根据教学实验的学习特点，本仿真项目包括“基础认知、分析设计、应用探索”三个层级，通过真实场景还原“三拗颗粒”生产制造过程，以现场生产执行模拟、虚实结合的生产操练、自主设计的柔性生产流程等方式再现药品生产的内容。实验通过信息化教学平台，采用沉浸式、交互式、自主式、情景式、协作式和闭环反馈式等教学方式，开展“虚实结合”的实验教学。

首先由实验带教老师讲解，还原中药智能生产框架布局

由实验带教老师讲解虚拟仿真实验教学平台的使用和操作方法。介绍项目的来源（物理工程）、还原真实生产场景、探讨仿真工厂的柔性制造生产原则与质量控制方法，阐述仿真实验的学习内容和教学要求，使学生明确仿真实验的目的。

其次采用情景式、沉浸式教学方式，实验学生通过模拟工厂漫游、交互问答，开展认知层面的实验教学，全视野了解现代中药智能制造生产企业组织生产药品的全流程、全环节。学生在认知过程中获取相关药品制造知识。

采用自主式等教学方式，学生进入虚拟仿真实验系统后，进行角色扮演，以药品研发人员、一线生产人员、质量控制人员、生产管理人员等不同角色，通过第一视角进行沉浸式仿真学习。逐一完成不同角色的学习训练。学生依据实验带教老师布置生产任务，完成不同角色、不同情景下的生产单元操作。通过人机交互，培养其药品制造的中医药思维、科研思维能力。

最后采用闭环反馈式等教学方式，自主设计完成“三拗颗粒”药品生产流程，并对每一关键环节进行过程考核，实现闭环反馈式教学。巩固学生制造药品的综合能力，确立其岗位胜任力。

在完成整个虚拟仿真实验后，学生将系统掌握药品制造的全流程，具备药品研发、生产等能力，可自主完成柔性药品生产流程的设计。

2）实验教学方法

本实验结合利用虚拟仿真教学平台，采用了角色沉浸、人机交互、数字孪生等实验教学手段和方法进行“虚实结合”的实验教学。

l  角色沉浸代入法

本仿真实验借助现代计算机软件和智能设备串联，将“三拗颗粒”生产过程真实还原成三维场景，辅助以不同生产角色代入，帮助学生直观了解药品研发、质量控制、生产管理、药品智能制造的各个环节，通过三维剖析和交互操作，培养学生的药品制造思维能力，最终提升学生的岗位胜任力。

l  人机交互代入法

利用仿真工厂展现药品制造装备性能、生产过程工艺参数、过程控制信号等数据，通过三维场景呈现药品生产过程，让学生自主互动解析不同数据的内涵，身临其境体验智慧工厂制造药品，实现药品研发、质量控制、生产管理全环节的训练。

l  数字孪生身临其境法

实验项目依托“三拗颗粒”制造物理工厂和MES数字化工厂提供的底层数据支撑，数字孪生为仿真工厂，由学生完成最后的实验操作。数字孪生技术能够真实还原实时生产数据，模拟生产过程问题，分析质量控制因素，让学生身临其境完成实验学习。

（1）   学生交互性操作步骤

学生交互性步骤按照实验预习、实践操作以及过程与总结性考核体现。

在实验预习阶段学生可了解中药制剂全流程生产工艺设计、车间布局以及车间生产功能并通过语音和三维设备工艺模拟视频了解制剂方式方法、流化床制粒影响因素、流化床设备工作原理等内容，帮助学生在实验开始前就熟悉仿真操作设备构造以及制粒过程，提高实践操作效果。

在实践操作阶段学生可通过三维还原制粒场景完成流化床制粒前设备安装确认、生产工艺参数性能确认、设备运行确认等内容。通过控制虚拟人物按照三拗方制粒工艺与方法，首先完成工艺方案的自我设计，系统根据搭建的工艺流程正确与否再判定学生是否允许进入实际制粒车间完成对应的制粒操作，并在最后按照内嵌工艺公式计算结果并将结果进行工艺的优化。

在总结性考核阶段学生可按照过程考核与最终考核两种操作形式完成对应的考核内容。学生在操作过程中每个模块有单独模块过程考核；实验操作完成后老师可根据学时安排总结组织集体考核。通过过程考核与总结考核夯实学生实验知识掌握程度，提高学生综合能力。

该虚拟仿真实验能够通过实验过程让学生了解现代中药智能生产流程、数据分析方式、基于实时生产数据调整生产操作。最终到达学生自主学习并设计生产工艺流程的效果。

1）能够了解中药智能制造全过程，并实际观察过程检测设置，能够在数字生产过程的同时掌握生产控制工艺。

2）能够了解药品质量全生命周期管理、生产制造设备结构及原理、运行参数、药品制造关键质量属性控制、关键工艺参数优化等。