虛擬實驗室:學(xué)生技能訓(xùn)練的有效平臺

孫 琍

（南京市莫愁中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 南京 210017）

200 6 年我校的一項教科研課題《職業(yè)學(xué)校優(yōu)質(zhì)教育資源的開發(fā)與共享的案例研究》被中央電教館立項，圍繞該項課題的研究，以計算機為基礎(chǔ)的虛擬實驗室被引入我校藥劑專業(yè)學(xué)科課程的教學(xué)中。

虛擬實驗室是一種基于Web技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建的開放式網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)，是現(xiàn)有各種教學(xué)實驗室的數(shù)字化和虛擬化，教師可以克服在現(xiàn)有教學(xué)環(huán)境、教學(xué)條件、教學(xué)設(shè)施和方法、師資等諸多因素的局限，利用虛擬實驗室來開展實踐教學(xué)，使學(xué)生產(chǎn)生“沉浸”于等同真實環(huán)境的感受和體驗，從而促進實踐能力的提升。

1.目前中職藥劑專業(yè)實踐教學(xué)存在的問題及誤區(qū)

1.1 實訓(xùn)基地建設(shè)經(jīng)費投入不足

藥劑專業(yè)是一個高成本投入的專業(yè)，實驗儀器設(shè)備要求種類多、精密度較高，而實訓(xùn)基地經(jīng)費投入不足，實驗實訓(xùn)場地設(shè)備短缺、單一和落后的現(xiàn)狀，不利于學(xué)生技能的培養(yǎng)。學(xué)校學(xué)生實驗實訓(xùn)設(shè)備的不足，導(dǎo)致實驗開出率較低，直接影響了學(xué)生職業(yè)技能水平的提高，制約了學(xué)生實踐生產(chǎn)、技能的培養(yǎng)，在一定程度上也影響了畢業(yè)生的就業(yè)。就業(yè)困難的增加，又進一步強化了學(xué)生的升學(xué)取向和隨之而來的招生困難，使藥劑專業(yè)的發(fā)展受到制約。

1.2 師資力量薄弱，教學(xué)質(zhì)量不高

通過中職學(xué)校近年來教師的聘用來看，從事教學(xué)工作的教師絕大多數(shù)是直接畢業(yè)的大學(xué)生，實踐操作技能缺乏，很多藥學(xué)專業(yè)的教師都沒有生產(chǎn)一線的工作經(jīng)驗，存在著專業(yè)教師實踐能力不強，在教學(xué)過程中就理論而講理論、照本宣科、閉門造車等現(xiàn)象。他們不能夠把握市場的需要，了解企業(yè)的用人需要，也不掌握最新的生產(chǎn)操作技能，在教學(xué)過程中存在著理論教學(xué)和實踐教學(xué)的嚴(yán)重脫節(jié)現(xiàn)象。

隨著藥劑專業(yè)辦學(xué)學(xué)校的增加，招生規(guī)模的擴大，導(dǎo)致學(xué)校師資數(shù)量不足。專業(yè)師生比例嚴(yán)重失調(diào)，雙師型教師比例偏小，技能培訓(xùn)質(zhì)量受到較大影響。一堂實驗課往往四五十個學(xué)生擠在一間實驗室里，一名帶教老師應(yīng)接不暇，教學(xué)效果可想而知。

1.3 實驗開出率低，實踐教學(xué)缺乏

在藥劑專業(yè)實踐訓(xùn)練中，會涉及毒性、腐蝕性、易燃易爆等特殊藥品，為避免教學(xué)中的安全隱患，在教師實踐經(jīng)驗不足的情況下，取消了一些實驗實訓(xùn)內(nèi)容

另外，有的藥品價格昂貴，為節(jié)約成本，也導(dǎo)致部分學(xué)校取消了部分實驗實訓(xùn)項目，再加上實驗實訓(xùn)設(shè)備的不足、師資水平的制約等多種因素的影響，導(dǎo)致實驗開出率低，實踐教學(xué)缺乏，教育質(zhì)量下降。

1.4 過分重視實踐教學(xué)

縱觀眾多藥劑專業(yè)的課程設(shè)置和學(xué)生素質(zhì)情況，不難發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)學(xué)校在課程設(shè)置上偏重實踐教學(xué)，理論與實踐各占課堂教學(xué)的一半，忽視了學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，加上技能大賽的推波助瀾，導(dǎo)致師生對實踐教學(xué)的過分重視，輕視理論學(xué)習(xí)和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。少部分有政策、資金支持的中職學(xué)校在“重視實踐教學(xué)”的理念的影響下，盲目擴大實訓(xùn)基地規(guī)模，導(dǎo)致實驗實訓(xùn)設(shè)備閑置，利用率低。

②對小波系數(shù)進行幅度拉伸預(yù)處理。根據(jù)小波變換分解后高頻系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差,判斷是否需要對小波系數(shù)進行幅度拉伸預(yù)處理,預(yù)處理后的小波系數(shù)Dj,k。

2.虛擬實驗室在目前實踐教學(xué)現(xiàn)狀下的特點和優(yōu)勢

2.1 虛擬實驗室的特點

2.1.1 生動、逼真，無時間、空間的限制

虛擬實驗室不受空間、時間的限制，為學(xué)生提供生動、逼真、形象的實驗學(xué)習(xí)環(huán)境，不受場地、藥品、安全性等主客觀條件的限制，學(xué)生可以反復(fù)操作練習(xí)，達(dá)到熟練的目的，從而突破實驗教學(xué)的重點、難點，了解到藥學(xué)發(fā)展中較前沿的一些儀器（如質(zhì)譜儀等）的結(jié)構(gòu)、原理、操作步驟、實際應(yīng)用中的注意事項，以及進行操作后出現(xiàn)的各種結(jié)果，為以后的學(xué)習(xí)及工作打下堅實的基礎(chǔ)。

2.1.2 內(nèi)容豐富，并可根據(jù)需要隨時更新

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立起來的虛擬實驗室，其“設(shè)備”與“部件”多是虛擬的，系統(tǒng)中內(nèi)容豐富，對實驗室常見儀器設(shè)備，常用藥品及實驗動物圖文并茂地介紹，起到輔助教師教學(xué)的效果，并可以根據(jù)需要隨時生成新的設(shè)備。教學(xué)內(nèi)容可以不斷更新，使實踐訓(xùn)練及時跟上技術(shù)的發(fā)展。

2.1.3 操作仿真，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提升

2.1.4 無材料損耗，無安全隱患

虛擬實驗室利用計算機還原真實事件，無危險性，也無實際器材的耗損及消耗，學(xué)生可以做一些帶有危險性的試驗，以及一些高消耗試驗。學(xué)生可以不厭其煩地反復(fù)練習(xí)，通過虛擬過程詳細(xì)了解其原理、操作條件、操作過程，在無危險、無消耗的情況下直至掌握操作技能為止。

2.2 虛擬實驗室的優(yōu)勢

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立起來的藥學(xué)虛擬實驗室，與傳統(tǒng)實驗室相比，有難以比擬的優(yōu)勢。

2.2.1 節(jié)省成本

在藥劑專業(yè)的實踐教學(xué)過程中，由于設(shè)備、場地、經(jīng)費等硬件的限制，許多實驗都無法進行。而利用虛擬實驗室，學(xué)生足不出戶便可以做各種實驗，獲得與真實實驗一樣的體會。在保證教學(xué)效果的前提下，極大的節(jié)省了成本。

2.2.2 規(guī)避風(fēng)險

在藥劑專業(yè)實踐訓(xùn)練中，毒性、腐蝕性、易燃易爆等特殊藥品在真實實驗或操作中往往會帶來各種危險，利用虛擬實驗室進行虛擬實驗，學(xué)生在虛擬的實驗環(huán)境中，可以放心地去做各種危險的實驗。例如:氫氣燃燒、電泳實驗等，學(xué)生可以反復(fù)操作，達(dá)到熟練掌握的目的。

2.2.3 打破空間、時間的限制

利用虛擬實驗室，可以徹底打破時間與空間的限制。大到宇宙天體，小至藥物分子結(jié)構(gòu)，學(xué)生都可以進入物體的內(nèi)部進行觀察。一些需要幾十年甚至上百年才能觀察的變化過程，通過虛擬實驗室，可以在很短的時間內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生觀察。例如，孟德爾遺傳定律，用果蠅做實驗往往要幾個月的時間，而虛擬技術(shù)在一堂課內(nèi)就可以實現(xiàn)。

3.虛擬實驗室在藥劑專業(yè)實踐教學(xué)中的地位

鑒于以上事實，筆者認(rèn)為藥學(xué)虛擬實驗室的建設(shè)將在一定程度上解決目前存在的問題，有助于培養(yǎng)和鞏固學(xué)生掌握技能，提升水平。其依據(jù)在于:藥學(xué)虛擬實驗室在計算機多媒體的基礎(chǔ)上，充分利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將藥學(xué)實驗過程中各種動靜因素，如聲、文、圖等有機結(jié)合，通過計算機虛擬手段形象生動地展現(xiàn)出來，使學(xué)生全方位地獲取豐富的信息，增加對實驗過程和實驗現(xiàn)象觀察的清晰度，達(dá)到身臨其境的效果，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，促進教學(xué)效果的提升。

虛擬實驗室有傳統(tǒng)實驗室不具備的一些優(yōu)勢，但筆者認(rèn)為，虛擬實驗室不能完全替代傳統(tǒng)實驗室，能力的提升來自于實踐經(jīng)驗的累積。實踐教學(xué)強調(diào)現(xiàn)實性，傳統(tǒng)實驗室的真實性、與生產(chǎn)崗位的一致性有助于學(xué)生親身體驗的獲得。在技能訓(xùn)練中可利用虛擬實驗室來輔助進行實踐教學(xué)，將有助于技能訓(xùn)練質(zhì)量的提高。虛擬實驗室是促進學(xué)生技能訓(xùn)練的有效平臺。

3.1 藥劑專業(yè)課如藥物分析應(yīng)用性很強，對技能水平要求很高，學(xué)生剛接觸化學(xué)一兩年（中職學(xué)生），對專業(yè)課的實驗實訓(xùn)教學(xué)非常不適應(yīng)，在實驗室里盲目性很強，不知要干嗎，怎么干；實驗實訓(xùn)中有的藥品、試劑非常貴，有的又不太容易買到，學(xué)生對實驗缺乏整體的了解，在實驗過程中，造成大量浪費。通過虛擬實驗室的模擬操作，使學(xué)生掌握實驗流程及現(xiàn)象，熟悉操作步驟，減少盲目性，避免藥品浪費。

3.2 從儀器和設(shè)備的角度來看的。專業(yè)課教學(xué)中所用的設(shè)備和儀器，基本上都和生產(chǎn)實際同步，有的甚至要更先進，這些設(shè)備和儀器一般價值都比較高，對維護和保養(yǎng)要求也比較高，同時也具有一定的危險性，如果直接給學(xué)生上手練習(xí)，儀器的損壞率比較高，安全隱患大，引入虛擬實驗室后，使學(xué)生先在網(wǎng)上虛擬實驗室進行操作，熟練后再直接進行儀器操作，從安全的角度以及設(shè)備的角度來說都比較好。筆者在《分析化學(xué)》課中引入虛擬實驗室教學(xué)，取得了比較好的效果，有助于提高技能訓(xùn)練的有效性。

3.3 虛擬實驗室只能作為技能訓(xùn)練的輔助手段，而不能替代實作訓(xùn)練，作為學(xué)校應(yīng)重視實訓(xùn)基地的建設(shè)的合理性，實施項目化教學(xué)。中職教學(xué)重視技能培養(yǎng)，我們的學(xué)生出去以后主要是做一線操作工人，對他們的基本要求就是能根據(jù)操作規(guī)范獨立進行操作，因此提供正確的示范和反復(fù)的實際操作仍然是提高技能水平的主要方法和手段。

[1]李秀峰.關(guān)于高職院校實訓(xùn)室建設(shè)與管理的探討[J].科教導(dǎo)刊，2011，(19):78-79，81.

[2]羅孟.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)實驗室中的應(yīng)用[J].電腦知識與技術(shù)，2010，06(26):7314-7315.

[3]符北蓮.操作系統(tǒng)虛擬支撐實驗平臺的研究與實現(xiàn)[D].中南大學(xué)，2011.

[4]鄧來勝.基于三網(wǎng)融合建設(shè)高校開放性實驗室的探討[J].電腦與電信，2011，(5):47-49.