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虚拟实验技术在仪器分析课程的实践

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摘要:传统的仪器分析实践课程教学中存在不能充分发挥学生的主观能动性、现行实验教学条件不能满足培养企业需要的高技能型人才等一系列的问题。而仪器分析实践课程教学中引入虚拟实验技术,有助于提高学生的学习兴趣、优化课程结构,增加实验教学的灵活性,开拓学生的知识视野。该文中结合虚拟实验技术和实境实验实施了仪分析实践课程的具体教学工作,从实际效果看,充分发挥了虚拟实验技术在仪器分析实践课程中的教学辅助作用。

关键词:虚拟实验技术;仪器分析实践课程;实践教学;辅助作用

仪器分析实践课程是我院工业分析、应用化学、食品分析、制药、和环境等专业的专业基础课程,是仪器分析理论课程的重要教学实践环节,具有很强的应用性和实践性,是一门独立的课程。它是继无机化学实践课、有机化学实践课和分析化学实践课后在学生进入后续课程学习前的又一门重要的实践课程。通过对本课程的学习学生应掌握仪器的基本原理,了解仪器的结构及其操作方法,熟悉常用仪器的分析方法,同时能够根据分析对象的不同,结合各类仪器的应用范围,选择适当的分析方法进行定性、定量分析和结构解析,从而为今后的学习、工作和科学研究打下坚实的基础,因此仪器分析实践课的重要性是不言而喻的。建立一个仪器设备相对完善、可以较好地适应岗位职业教育需求的仪器分析实训室是非常必要的。然而,大型分析仪器十分精密,且价格昂贵,更新换代又快,后期的维护和运行都需要大量的人力物力的投入。随着高职院校招生规模的逐年扩大,设备的数量、技术含量与高素质技能型人才培养目标的矛盾日益突出,寻求一种高效的仪器分析实验教学手段己迫在眉睫。利用虚拟实验技术建立起来的虚拟实践教学系统,作为一种新型的教学手段,改变了传统的教育模式,作为现代化教学的一种辅助性技术,不仅极大地丰富了教育内容,并且改善,甚至改革了各个领域实验教学的思想和理念,特别是在这个技术飞速发展,信息高速更新的网络时代,虚拟实验技术的应用将推动仪器分析课程教学的改革,促进学生自由实验及创新能力的提高[1-4]。

1传统仪器分析实践教学中存在的问题

1.1传统的教学模式不能充分发挥学生的主观能动性

长久以来,职业院校仪器分析实践课程的教学模式基本上是以“教师按实验讲义讲解-学生按实验讲义操作”为主,这种教学模式有悖于以学生为中心的职业教育理念,不能充分调动学生的学习兴趣、不利于发挥出学生的主观能动性。高职院校学生基数较大,以我院工分专业和食品专业学生为例,每个教学班人数大概都在50左右,而仪器分析实践课程的每一个实验项目多则能开十几组,少则只能开几组,这样一来每一个实验小组的人数较多,大部分情况下,学生只能通过教师的讲解和演示实验来观察仪器的构造,了解分析操作的流程和方法,对仪器分析实验操作过程中存在的问题以及需要注意的关键点,无法进行深入的理解和掌握,因此,学生对仪器分析实验依旧停留在抽象和模糊概念的基础上,从而导致学生的专业技能和综合素质得不到有效的培养和锻炼,不利于培养学生发现问题和解决问题的能力。

1.2现行实验教学条件不能满足培养企业需要的高技能型人才

现有仪器分析实验室存在设备台套数少、仪器更新换代慢、能进行的实验项目有限等缺点。而仪器分析实践课程作为我院工分和食品专业的主干课程,由于受现有实验室条件的限制,不能保证每个学生都能进行各类分析仪器的操作,即使上完仪器分析实践课后学生只知道这种仪器可以做某个具体物质的分析测定,而不懂得举一反三,不懂得这种仪器能够用来进行哪些其他物质的分析测定,换一种物质就不知道采用何种仪器进行分析,这就造成严重的理论脱离实践的现象。这使我们培养的学生毕业后走入工作岗位,不能把学校所学的知识应用到实际工作中,我们学生所掌握的技能达不到企业的岗位需求[5]。

2虚拟实验技术对仪器分析实践教学的重要作用

2.1利用虚拟实验技术开展体验式教学,提供生动、逼真的学习环境,有助于提高学生的学习兴趣

虚拟实验技术以计算机作为基本的技术平台,开发设计与课程内容相适应的实验软件,采用Flash、Premiere、Photoshop等设计工具,将视频、声效、动画、图片以及富有新意的界面融合在一起,制作出高品质的动态效果,克服了原本介绍性讲解的机械性和模式化的缺点,增添了仪器分析实验的趣味性和启发性,大大提高了学生参与实验的积极性[6]。学生可以通过网络不受空间和时间的局限性,随意访问,学生在虚拟的环境下进行相关内容的实验,并获得如身临其境的实验体验,有利于提高学生的学习兴趣和学习效率,若采用集成的虚拟测量系统,还可以实现自动测量、自动记录和数据处理。学生可及时进行数据处理、观察和分析实验结果。通过虚拟实验室实验,学生在有限的实验学时内有更多的时间动脑、动手,领会和掌握到更多的知识,大大提高了实验的效率。

2.2利用虚拟实验技术开展实验教学,有助于提高实验教学效率,增加实验教学的灵活性

虚拟实验技术将现代信息化技术的集成性和交互性融为一体,以其为核心技术的虚拟实验室在实际应用中以更为灵活、便捷等特点,有效弥补了实境实验室在空间和时间上的局限性。虚拟实验技术作为教学辅助手段被引进仪器分析实践课程中,利用网络虚拟实验室提供了灵活多变的仿真实训场景和开放式实训教学环境,大大提高了实验教学效率及实验教学的灵活性,并且在实现资源共享等方面发挥着重要作用[7]。将虚拟实验技术引入仪器分析实践课程,可以使学生在进入实境实验室之前在虚拟实验室对相关内容反复训练,熟悉精密仪器的结构、工作原理及使用方法,既能满足大型仪器台套数而少影响学生学习实践的教学需要,也不必考虑误操作对仪器设备的损耗,节约了仪器设备维护和使用费用,可以最大限度地保护和延长大型仪器设备的使用寿命,这不仅满足了教学需要,又可为学生以后亲自使用仪器打下良好的基础[8]。

2.3利用虚拟实验技术便于开展综合性、设计性和创新性实验教学,有助于优化课程结构,开拓学生的知识视野

虚拟实验技术是一种基于计算机虚拟原型系统的全新的科学研究与工程设计方法,是除理论与实物实验之外的第三种研究设计手段和形式。在虚拟实验室中,可以让学生自主设计综合性实验和创新性实验,通过虚拟实验技术的科学指导和敏捷的反馈,学生更容易获得相关的知识,有利于培养他们的设计能力和创新意识。我们将学生、仪器和虚拟实验技术有机地结合在一起,以学生为主体,充分发挥虚拟实验技术在仪器分析实验中作为一种虚拟的、直观的、灵活的辅助技术和手段的独特优势,有助于为学生之后的实际仪器操作奠定良好的基础,优化课程结构,开拓学生的知识视野[9]。

3结合虚拟实验技术与实境实验项目实施具体教学过程

以我院工分专业和食品专业学生仪器分析实践课程的具体教学过程为例,我们要求学生在学完仪器分析的理论知识后通过网络自主在虚拟实验室中进行相关实验项目的提前练习。在各班实训周时我们首先安排在虚拟仿真实验室初步了解各类大型仪器设备的内部结构,工作原理,测试条件等。通过虚拟仿真软件上的形象生动的解析画面辅助教师的讲解完成大型仪器设备的认识了解,可以使学生更加直观生动地接受原有书本上枯燥的知识,加深记忆,提高学习效率。其次在虚拟仿真实验室要求学生完成所有大纲要求的实验实训项目。最后根据学生完成实验项目的情况教师酌情增加综合性实验,拓展学生的知识面。在这过程中学生可以反复多次地进行实验,为下一步进入实境实验室进行实验实训项目做好充分的准备。学生在虚拟实验室完成各项实验项目后,教师根据学生在虚拟实验室的学习时间及效果,决定是否进入实境实验室进行实验实训项目。教师认为在虚拟实验室练习充分的学生可以进入实境实验室进行实验。否则可以要求学生继续在虚拟实验室进行各项实验项目的练习。在实境实验室进行实验的过程中要求每一位学生独立完成仪器构造的现场认识、掌握仪器的工作原理、熟练各类仪器的分析条件的选择、对部分实验适当增加样品前处理方法、并且在实验结束后会进行数据处理等。教师在现场对学生不清楚、不熟练的部分加以指导,让学生结合虚拟实验和实境实验的过程,全面掌握各类仪器的实验原理及方法和仪器操作步骤,使学生从理论到实践全面透彻地掌握相关知识和能力,促使仪器分析实践课程的教学效果达到一个新的高度[10]。

4结语

仪器分析实践课程中引用虚拟实验技术不仅仅改变了传统的教学模式还促进了教学内容上能够与时俱进。在飞速发展的信息时代大型仪器设备的更新换代速度变快,而学校仪器设备的更新速度远远跟不上时代的发展,这使我们学生无法在实境实验室接触到最新的仪器设备。虚拟实验技术的引进可以轻松解决这一问题,所以这必将是今后职业教育发展的主流与趋势,是实验教学改革的主导方向。在虚拟实验室中学生可以有针对性地熟悉和操作各类大型仪器设备,不但能够弥补实验条件有限带来的弊端,也能够充分培养学生自主实验的兴趣,能够更好地解决课程教学理论与实践脱节的问题,能够促进学生的实践动手能力和综合职业素养的提高。但在这里要必须明确的是虚拟实验技术只能作为一种辅助手段,结合实际运用要恰当,不能完全依赖虚拟实验技术而忽略实境实验,要分配好时间比例,充分发挥虚拟实验技术和实境实验各自的优势。

参考文献

[1]曹颖.虚拟实验室在仪器分析教学中的应用探讨[J].实验科学与技术,2015,3(2):36-37.

[2]白雁,张娟,潘瑾,等.“虚拟实验室”在高校仪器分析教学中的应用[J].实验技术与管理,2011,28(12):169-171.

[3]许映杰,胡六江.虚拟实验在仪器分析实验教学中的应用研究[J].绍兴文理学院学报,2014,34(7):89-91.

[4]李庆生,谯康全.高校化学类仪器分析实验的信息技术教学模式研究[J].化学工程与装备,2012(4):234-236.

[5]李玲,董昕,吕狄亚,等.虚拟实验室在仪器分析教学中的应用[J].BasicMedicalEducation,2016,18(7):584-586.

[6]张昊,陈书明,黄晓彬.高等院校虚拟实验室平台应用分析[J].甘肃联合大学学报(自然科学版),2012,26(6):111-114.

[7]周云,张四纯,李景虹.仪器分析开放实验室的教学与管理[J].实验室研究与探索,2007,26(2):129-131.

[8]刘泽良.发挥虚拟实验室建设对实验教学的促进作用[J].实验技术与管理,2011,28(7):193-197.

[9]马青竹.仿真技术在高职仪器分析实训中的应用探讨[J].实验技术与管理,2010,27(6):134-136.

[10]田婧,罗通,罗华锋,等.新建本科院校虚拟仿真实验室的建设及教学[J].实验科学与技术,2015,13(6):219-222.

作者:王晓莉 李兴海 杨晓宇 李纯义 王玉兰 徐红颖 单位:内蒙古化工职业学院实习实训中心

分析仪器杂志责任编辑:张雨    阅读:人次