虛擬實(shí)驗(yàn)軟件在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

何 丹，李勤耕，范 琦，趙 華

(重慶醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，重慶 400016)

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是藥學(xué)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)本科生的必修基礎(chǔ)課程之一，是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅能使學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解，而且能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作和觀察、搜集、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力，為今后在相應(yīng)的工作崗位進(jìn)行獨(dú)立操作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1]。虛擬實(shí)驗(yàn)室是根據(jù)現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境利用編程技術(shù)編寫(xiě)的仿真性軟件，它在計(jì)算機(jī)中營(yíng)造一個(gè)接近或優(yōu)于真實(shí)環(huán)境的虛擬場(chǎng)景，實(shí)驗(yàn)者借助其軟件系統(tǒng)可完成各種預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[2]。隨著社會(huì)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)高素質(zhì)人才的要求發(fā)生了很大變化，對(duì)大學(xué)生素質(zhì)的要求比以往更全面、更突出[3]。因此，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須與時(shí)代發(fā)展相適應(yīng)，需要突破傳統(tǒng)的教學(xué)方法，運(yùn)用虛擬軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，改善教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量。

1 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的現(xiàn)狀

1.1 教學(xué)內(nèi)容安排不合理

我校分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程為72學(xué)時(shí)，其中化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)44學(xué)時(shí)，儀器分析實(shí)驗(yàn)28學(xué)時(shí)，后者的學(xué)時(shí)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于前者。目前開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)大多是滴定分析，由于有些儀器的缺乏和實(shí)際操作的原因，很難開(kāi)展儀器分析實(shí)驗(yàn)。而儀器分析的實(shí)驗(yàn)主要是紫外可見(jiàn)分光光度法，沒(méi)有熒光和紅外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，氣相色譜和液相色譜由于儀器數(shù)量極少而學(xué)生又較多，只能開(kāi)展示教實(shí)驗(yàn)，學(xué)生無(wú)法動(dòng)手操作。這種實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排不利于學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握儀器分析的知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能。

1.2 教學(xué)方式程式化

在教學(xué)方式上，由于現(xiàn)有條件的限制基本以教師講授為主，從實(shí)驗(yàn)原理到實(shí)驗(yàn)的每個(gè)步驟，都進(jìn)行詳盡的講解。這是一種典型的“填鴨式”教學(xué)，使得學(xué)生有很強(qiáng)的依賴(lài)性，不預(yù)習(xí)，不自主學(xué)習(xí)，不思考問(wèn)題。單向程式化的教學(xué)方式壓抑了學(xué)生的想象力和積極主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)，同時(shí)學(xué)生也覺(jué)得授課方式很枯燥、很瑣碎，課堂氣氛沉悶。

1.3 實(shí)際操作刻板

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)偏重于對(duì)所學(xué)知識(shí)的驗(yàn)證，要求學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)規(guī)定的步驟和方法，對(duì)理論教學(xué)知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證，然后按照規(guī)定的格式寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)生往往是“按方抓藥”，只求結(jié)果，不去思考實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生往往以完成任務(wù)為主，不主動(dòng)學(xué)習(xí)，創(chuàng)新意識(shí)弱，分析解決問(wèn)題的能力很難提高。

1.4 教學(xué)手段單一

老師教學(xué)多采用實(shí)物講解、示范的形式，但由于條件限制，不能充分運(yùn)用多媒體技術(shù)輔助教學(xué)。由于學(xué)生人數(shù)多，有些學(xué)生看不清老師的示范，操作起來(lái)很容易出錯(cuò)。尤其是儀器分析的知識(shí)比較枯燥、抽象，學(xué)生難以理解掌握，而有的儀器精密貴重，試驗(yàn)耗材費(fèi)用高、數(shù)量少，使得學(xué)生往往只能觀摩或接觸儀器1～2次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了企業(yè)、科研單位對(duì)人才的需求。藥檢所、環(huán)保局、防疫站、研究所、生產(chǎn)企業(yè)等各種機(jī)構(gòu)對(duì)高效液相色譜儀、氣相色譜儀、分光光度計(jì)、質(zhì)譜儀等設(shè)備的依賴(lài)幾乎到了不可或缺的地步，但這些精密儀器的操作人員目前有很大的缺口[4]。

2 虛擬實(shí)驗(yàn)軟件教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

2.1 虛擬實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放性

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室由于時(shí)間和教師因素，學(xué)生只能在規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，有很大的局限性。而網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點(diǎn)就是開(kāi)放性，將虛擬實(shí)驗(yàn)軟件應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在任何時(shí)間和地點(diǎn)都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)終端鏈接到服務(wù)器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和復(fù)習(xí)。

2.2 虛擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的可擴(kuò)展性

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)由于受學(xué)時(shí)數(shù)和實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的限制，開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)量有限，而且有些實(shí)驗(yàn)由于試劑昂貴或具有一定的毒性和環(huán)境污染而不具有可行性。這使得實(shí)驗(yàn)數(shù)量和項(xiàng)目非常有限，造成學(xué)生實(shí)踐技能和經(jīng)驗(yàn)掌握不足。利用虛擬實(shí)驗(yàn)軟件，將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室虛擬化，可以突破時(shí)間及環(huán)境條件的限制，開(kāi)設(shè)一些通常條件下無(wú)法開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)，如破壞性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)等，以充分培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生各方面的技能。

2.3 虛擬實(shí)驗(yàn)的交互性

學(xué)生在操作虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，可自行設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)的試劑、樣品的制備與處理等都可按照自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行，學(xué)生可真正參與實(shí)驗(yàn)的前期工作。學(xué)生設(shè)計(jì)出不同的實(shí)驗(yàn)條件，軟件就會(huì)按照既定條件給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生和軟件能很好地互動(dòng)。這與以往照書(shū)本一步一步做實(shí)驗(yàn)有很大的區(qū)別，學(xué)生會(huì)變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，思考實(shí)驗(yàn)所涉及到的問(wèn)題，大大提高學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)新性。

2.4 虛擬實(shí)驗(yàn)操作的生動(dòng)性

虛擬實(shí)驗(yàn)軟件在制作的過(guò)程中運(yùn)用了一些動(dòng)畫(huà)和音樂(lè)，畫(huà)面鮮艷活潑，音樂(lè)輕快愉悅。學(xué)生操作起來(lái)生動(dòng)有趣，大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。學(xué)生通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)的操作，可以更好地鞏固理論知識(shí)，達(dá)到實(shí)踐教學(xué)的目的。

3 實(shí)施成效

我院通過(guò)引入虛擬實(shí)驗(yàn)軟件改革教學(xué)，學(xué)生對(duì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的興趣和重視程度大大提高，實(shí)驗(yàn)積極性增強(qiáng)，能在課前主動(dòng)預(yù)習(xí)；實(shí)驗(yàn)時(shí)操作興趣高，積極思考，和同組同學(xué)的交流討論增多，提高了分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)設(shè)計(jì)研究性實(shí)驗(yàn)，提高了學(xué)生獨(dú)立開(kāi)展科研工作的能力和創(chuàng)新意識(shí)。虛擬實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間和空間的限制，學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)很有針對(duì)性，效率也高。同時(shí)，教學(xué)中的一些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和當(dāng)前學(xué)科發(fā)展水平接近，學(xué)生還可了解學(xué)科發(fā)展的動(dòng)向。

4 展望

虛擬實(shí)驗(yàn)室教學(xué)作為一種新的教學(xué)手段，必然有不足之處。在看到虛擬技術(shù)帶來(lái)的便利的同時(shí)，也要注意其相應(yīng)的副作用，如整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中缺乏師生之間必要的情感交流等。但不可否認(rèn)的是，隨著教學(xué)方式的改革，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，它必將成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)不可或缺的重要方式，更能提高實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量和效果。

[1]宋亞玲.執(zhí)業(yè)藥師立法對(duì)藥學(xué)教學(xué)改革的導(dǎo)向作用[J].西北醫(yī)學(xué)教育，2006，14(5)：13－14.

[2]李衛(wèi)東.虛擬實(shí)驗(yàn)室發(fā)展現(xiàn)狀及有關(guān)思考[J].中國(guó)藥理通訊，2009， 26(4)：65－66.

[3]王新會(huì)，郝培鋒，張偉宏.大學(xué)信息課程教學(xué)中先進(jìn)的教學(xué)思想研究[J].中國(guó)冶金教育，2002(3)：31－33.

[4]狄 斌，吳春勇，李 博.在儀器分析教學(xué)中引入仿真教學(xué)手段的思路[J].藥學(xué)教育，2005，21(5)：13－15.