虛擬實驗技術在儀器分析課程的實踐范文

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摘要:傳統的儀器分析實踐課程教學中存在不能充分發揮學生的主觀能動性、現行實驗教學條件不能滿足培養企業需要的高技能型人才等一系列的問題。而儀器分析實踐課程教學中引入虛擬實驗技術，有助于提高學生的學習興趣、優化課程結構，增加實驗教學的靈活性，開拓學生的知識視野。該文中結合虛擬實驗技術和實境實驗實施了儀分析實踐課程的具體教學工作，從實際效果看，充分發揮了虛擬實驗技術在儀器分析實踐課程中的教學輔助作用。

關鍵詞:虛擬實驗技術;儀器分析實踐課程;實踐教學;輔助作用

儀器分析實踐課程是我院工業分析、應用化學、食品分析、制藥、和環境等專業的專業基礎課程，是儀器分析理論課程的重要教學實踐環節，具有很強的應用性和實踐性，是一門獨立的課程。它是繼無機化學實踐課、有機化學實踐課和分析化學實踐課后在學生進入后續課程學習前的又一門重要的實踐課程。通過對本課程的學習學生應掌握儀器的基本原理，了解儀器的結構及其操作方法，熟悉常用儀器的分析方法，同時能夠根據分析對象的不同，結合各類儀器的應用范圍，選擇適當的分析方法進行定性、定量分析和結構解析，從而為今后的學習、工作和科學研究打下堅實的基礎，因此儀器分析實踐課的重要性是不言而喻的。建立一個儀器設備相對完善、可以較好地適應崗位職業教育需求的儀器分析實訓室是非常必要的。然而，大型分析儀器十分精密，且價格昂貴，更新換代又快，后期的維護和運行都需要大量的人力物力的投入。隨著高職院校招生規模的逐年擴大，設備的數量、技術含量與高素質技能型人才培養目標的矛盾日益突出，尋求一種高效的儀器分析實驗教學手段己迫在眉睫。利用虛擬實驗技術建立起來的虛擬實踐教學系統，作為一種新型的教學手段，改變了傳統的教育模式，作為現代化教學的一種輔助性技術，不僅極大地豐富了教育內容，并且改善，甚至改革了各個領域實驗教學的思想和理念，特別是在這個技術飛速發展，信息高速更新的網絡時代，虛擬實驗技術的應用將推動儀器分析課程教學的改革，促進學生自由實驗及創新能力的提高［1－4］。

1傳統儀器分析實踐教學中存在的問題

1.1傳統的教學模式不能充分發揮學生的主觀能動性

長久以來，職業院校儀器分析實踐課程的教學模式基本上是以“教師按實驗講義講解－學生按實驗講義操作”為主，這種教學模式有悖于以學生為中心的職業教育理念，不能充分調動學生的學習興趣、不利于發揮出學生的主觀能動性。高職院校學生基數較大，以我院工分專業和食品專業學生為例，每個教學班人數大概都在50左右，而儀器分析實踐課程的每一個實驗項目多則能開十幾組，少則只能開幾組，這樣一來每一個實驗小組的人數較多，大部分情況下，學生只能通過教師的講解和演示實驗來觀察儀器的構造，了解分析操作的流程和方法，對儀器分析實驗操作過程中存在的問題以及需要注意的關鍵點，無法進行深入的理解和掌握，因此，學生對儀器分析實驗依舊停留在抽象和模糊概念的基礎上，從而導致學生的專業技能和綜合素質得不到有效的培養和鍛煉，不利于培養學生發現問題和解決問題的能力。

1.2現行實驗教學條件不能滿足培養企業需要的高技能型人才

現有儀器分析實驗室存在設備臺套數少、儀器更新換代慢、能進行的實驗項目有限等缺點。而儀器分析實踐課程作為我院工分和食品專業的主干課程，由于受現有實驗室條件的限制，不能保證每個學生都能進行各類分析儀器的操作，即使上完儀器分析實踐課后學生只知道這種儀器可以做某個具體物質的分析測定，而不懂得舉一反三，不懂得這種儀器能夠用來進行哪些其他物質的分析測定，換一種物質就不知道采用何種儀器進行分析，這就造成嚴重的理論脫離實踐的現象。這使我們培養的學生畢業后走入工作崗位，不能把學校所學的知識應用到實際工作中，我們學生所掌握的技能達不到企業的崗位需求［5］。

2虛擬實驗技術對儀器分析實踐教學的重要作用

2.1利用虛擬實驗技術開展體驗式教學，提供生動、逼真的學習環境，有助于提高學生的學習興趣

虛擬實驗技術以計算機作為基本的技術平臺，開發設計與課程內容相適應的實驗軟件，采用Flash、Premiere、Photoshop等設計工具，將視頻、聲效、動畫、圖片以及富有新意的界面融合在一起，制作出高品質的動態效果，克服了原本介紹性講解的機械性和模式化的缺點，增添了儀器分析實驗的趣味性和啟發性，大大提高了學生參與實驗的積極性［6］。學生可以通過網絡不受空間和時間的局限性，隨意訪問，學生在虛擬的環境下進行相關內容的實驗，并獲得如身臨其境的實驗體驗，有利于提高學生的學習興趣和學習效率，若采用集成的虛擬測量系統，還可以實現自動測量、自動記錄和數據處理。學生可及時進行數據處理、觀察和分析實驗結果。通過虛擬實驗室實驗，學生在有限的實驗學時內有更多的時間動腦、動手，領會和掌握到更多的知識，大大提高了實驗的效率。

2.2利用虛擬實驗技術開展實驗教學，有助于提高實驗教學效率，增加實驗教學的靈活性

虛擬實驗技術將現代信息化技術的集成性和交互性融為一體，以其為核心技術的虛擬實驗室在實際應用中以更為靈活、便捷等特點，有效彌補了實境實驗室在空間和時間上的局限性。虛擬實驗技術作為教學輔助手段被引進儀器分析實踐課程中，利用網絡虛擬實驗室提供了靈活多變的仿真實訓場景和開放式實訓教學環境，大大提高了實驗教學效率及實驗教學的靈活性，并且在實現資源共享等方面發揮著重要作用［7］。將虛擬實驗技術引入儀器分析實踐課程，可以使學生在進入實境實驗室之前在虛擬實驗室對相關內容反復訓練，熟悉精密儀器的結構、工作原理及使用方法，既能滿足大型儀器臺套數而少影響學生學習實踐的教學需要，也不必考慮誤操作對儀器設備的損耗，節約了儀器設備維護和使用費用，可以最大限度地保護和延長大型儀器設備的使用壽命，這不僅滿足了教學需要，又可為學生以后親自使用儀器打下良好的基礎［8］。

2.3利用虛擬實驗技術便于開展綜合性、設計性和創新性實驗教學，有助于優化課程結構，開拓學生的知識視野

虛擬實驗技術是一種基于計算機虛擬原型系統的全新的科學研究與工程設計方法，是除理論與實物實驗之外的第三種研究設計手段和形式。在虛擬實驗室中，可以讓學生自主設計綜合性實驗和創新性實驗，通過虛擬實驗技術的科學指導和敏捷的反饋，學生更容易獲得相關的知識，有利于培養他們的設計能力和創新意識。我們將學生、儀器和虛擬實驗技術有機地結合在一起，以學生為主體，充分發揮虛擬實驗技術在儀器分析實驗中作為一種虛擬的、直觀的、靈活的輔助技術和手段的獨特優勢，有助于為學生之后的實際儀器操作奠定良好的基礎，優化課程結構，開拓學生的知識視野［9］。

3結合虛擬實驗技術與實境實驗項目實施具體教學過程

以我院工分專業和食品專業學生儀器分析實踐課程的具體教學過程為例，我們要求學生在學完儀器分析的理論知識后通過網絡自主在虛擬實驗室中進行相關實驗項目的提前練習。在各班實訓周時我們首先安排在虛擬仿真實驗室初步了解各類大型儀器設備的內部結構，工作原理，測試條件等。通過虛擬仿真軟件上的形象生動的解析畫面輔助教師的講解完成大型儀器設備的認識了解，可以使學生更加直觀生動地接受原有書本上枯燥的知識，加深記憶，提高學習效率。其次在虛擬仿真實驗室要求學生完成所有大綱要求的實驗實訓項目。最后根據學生完成實驗項目的情況教師酌情增加綜合性實驗，拓展學生的知識面。在這過程中學生可以反復多次地進行實驗，為下一步進入實境實驗室進行實驗實訓項目做好充分的準備。學生在虛擬實驗室完成各項實驗項目后，教師根據學生在虛擬實驗室的學習時間及效果，決定是否進入實境實驗室進行實驗實訓項目。教師認為在虛擬實驗室練習充分的學生可以進入實境實驗室進行實驗。否則可以要求學生繼續在虛擬實驗室進行各項實驗項目的練習。在實境實驗室進行實驗的過程中要求每一位學生獨立完成儀器構造的現場認識、掌握儀器的工作原理、熟練各類儀器的分析條件的選擇、對部分實驗適當增加樣品前處理方法、并且在實驗結束后會進行數據處理等。教師在現場對學生不清楚、不熟練的部分加以指導，讓學生結合虛擬實驗和實境實驗的過程，全面掌握各類儀器的實驗原理及方法和儀器操作步驟，使學生從理論到實踐全面透徹地掌握相關知識和能力，促使儀器分析實踐課程的教學效果達到一個新的高度［10］。

4結語

儀器分析實踐課程中引用虛擬實驗技術不僅僅改變了傳統的教學模式還促進了教學內容上能夠與時俱進。在飛速發展的信息時代大型儀器設備的更新換代速度變快，而學校儀器設備的更新速度遠遠跟不上時代的發展，這使我們學生無法在實境實驗室接觸到最新的儀器設備。虛擬實驗技術的引進可以輕松解決這一問題，所以這必將是今后職業教育發展的主流與趨勢，是實驗教學改革的主導方向。在虛擬實驗室中學生可以有針對性地熟悉和操作各類大型儀器設備，不但能夠彌補實驗條件有限帶來的弊端，也能夠充分培養學生自主實驗的興趣，能夠更好地解決課程教學理論與實踐脫節的問題，能夠促進學生的實踐動手能力和綜合職業素養的提高。但在這里要必須明確的是虛擬實驗技術只能作為一種輔助手段，結合實際運用要恰當，不能完全依賴虛擬實驗技術而忽略實境實驗，要分配好時間比例，充分發揮虛擬實驗技術和實境實驗各自的優勢。

參考文獻

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作者：王曉莉 李興海 楊曉宇 李純義 王玉蘭 徐紅穎 單位：內蒙古化工職業學院實習實訓中心