虛擬實驗在藥物分析實驗教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：將虛擬實驗應(yīng)用于藥物分析實驗教學(xué)，推動了實驗教學(xué)的改革與發(fā)展。闡述了藥物分析虛擬實驗的教學(xué)優(yōu)勢與應(yīng)用，為其他學(xué)科實驗教學(xué)中虛擬實驗技術(shù)的應(yīng)用提供經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：虛擬實驗；藥物分析；教學(xué)方法

中圖分類號：G64 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）06（b）-0000-00

藥物分析是藥學(xué)專業(yè)的主要專業(yè)課程之一，是研究與發(fā)展藥品全面質(zhì)量分析與控制的科學(xué)。通過藥物分析課程的理論與實踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生具備全面質(zhì)量控制的觀念。實驗課在藥物分析課程教學(xué)中占有重要的地位，然而隨著高校的擴招以及新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)手段由于場地、儀器設(shè)備等條件的制約已經(jīng)不能完全滿足日益擴大的教學(xué)需求。虛擬實驗打破時空限制，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高實驗教學(xué)效果，還可以促進教學(xué)觀念與形式的變革。本文闡述了虛擬實驗在藥物分析實驗教學(xué)中的主要應(yīng)用，以期促進藥物分析實驗教學(xué)的改革與發(fā)展并為其他學(xué)科實驗教學(xué)中虛擬實驗技術(shù)的應(yīng)用提供經(jīng)驗。

1 虛擬實驗及其在教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢

虛擬實驗起源于20世紀(jì)90年代，是采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，VR）產(chǎn)生和發(fā)展起來的一種實驗?zāi)Ｊ健Ｌ摂M實驗將軟件和硬件結(jié)合，借助計算機或者計算機網(wǎng)絡(luò)模擬傳統(tǒng)的實驗儀器設(shè)備等進行各種仿真操作。一般多指借助于仿真、多媒體和虛擬現(xiàn)實技術(shù)等在計算機上營造可以輔助或者部分替代甚至完全替代傳統(tǒng)實驗操作環(huán)節(jié)的軟硬件操作環(huán)境，實驗者可以像在真實的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實驗項目，所取得的訓(xùn)練效果等價于甚至優(yōu)于在真實環(huán)境中所取得的效果[1]。

虛擬實驗建立在虛擬的實驗環(huán)境之上，是對傳統(tǒng)實驗方式的革新，與傳統(tǒng)的實驗相比具有以下優(yōu)勢：首先有利于提高實驗教學(xué)效果。虛擬實驗平臺逼真、交互性強，可通過鼠標(biāo)點擊自由地進行實驗操作，充分體現(xiàn)了實驗者實驗操作的自主性。虛擬實驗方式類似玩游戲，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。良好的實驗氛圍與人機交互界面明顯地增強了學(xué)生的求知欲，學(xué)生能主動地預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)實驗，因此實驗教學(xué)效果明顯提高。其次，有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和解決問題的能力。虛擬實驗一方面擺脫了實驗教學(xué)時間和空間的限制。結(jié)合開放實驗室，學(xué)生可以利用課余時間進行虛擬實驗操作。另一方面虛擬實驗拓展了實驗的范圍，一些在真實實驗條件下難以或無法開展的實驗項目可以利用虛擬實驗來完成。在虛擬實驗中，學(xué)生可大膽地進行嘗試，不必?fù)?dān)心儀器損壞、試劑消耗。學(xué)生的心理顧慮消除，更主動、大膽地進入實驗中，從而能更好地拓展了創(chuàng)新能力和解決問題的能力。

2 虛擬實驗在藥物分析實驗教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 真實實驗課前預(yù)習(xí)

在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方式中，學(xué)生預(yù)習(xí)很難取得滿意的效果，主要是因為實驗抽象枯燥，影響了學(xué)生預(yù)習(xí)的興趣。例如藥物分析實驗中一些儀器設(shè)備的使用，學(xué)生在之前的化學(xué)實驗中雖然接觸過但是仍然認(rèn)識抽象。虛擬實驗則可以解決學(xué)生預(yù)習(xí)時遇到的這些問題，從而可以用于開展真正實驗前的指導(dǎo)。通過虛擬實驗預(yù)習(xí)有助于學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容，充分弄懂實驗原理和實驗過程、熟悉實驗儀器設(shè)備的使用。同時學(xué)生還可根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況，反復(fù)模擬操作，鞏固對實驗的理解，提高實驗水平。在虛擬實驗預(yù)習(xí)階段，學(xué)生對實驗過程有了初步的了解。在此基礎(chǔ)上進行實際操作，學(xué)生能夠有備而來，實驗?zāi)康母用鞔_，對一些關(guān)鍵步驟和容易出現(xiàn)的問題也是心中有數(shù)。實驗結(jié)束后，還可對兩種實驗方式及結(jié)果加以比較，分析在實際實驗中影響實驗結(jié)果的各種因素，了解實驗偏差產(chǎn)生的原因，減少傳統(tǒng)實驗中盲目操作、損壞設(shè)備等現(xiàn)象，提高真實實驗的效率及實際實驗的技能。

2.2 虛實結(jié)合，優(yōu)勢互補

采取虛擬實驗和真實實驗相結(jié)合的教學(xué)方式。將驗證性實驗或經(jīng)典實驗操作通過錄像或仿真模擬的方式，讓學(xué)生互動學(xué)習(xí)，掌握基本的實驗技能。在進行真實實驗時，學(xué)生能充分搞清實驗原理、實驗過程和儀器設(shè)備的使用，提高真實實驗的效率和水平。藥物分析虛擬實驗通過對實際儀器操作環(huán)境和操作過程的模擬，并通過人機交互方式輸入?yún)?shù)同時給出實驗結(jié)果，學(xué)生可以借此掌握藥物分析實驗基本操作和方法，增強實踐能力，彌補傳統(tǒng)實驗教學(xué)的不足。由于大型的現(xiàn)代分析儀器價格比較昂貴，很多高校數(shù)量有限。使得在實際的教學(xué)中無法做到人手一臺， 怎樣讓學(xué)生充分掌握這些大型儀器的基本操作和技能便成為一個難題。特別是在進行一些探索性實驗時，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)對儀器的操作流程以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)只能是教師演示，學(xué)生的實際操作機會較少。虛擬實驗將細(xì)致復(fù)雜的儀器操作流程及內(nèi)部結(jié)構(gòu)用動畫的形式展現(xiàn)出來，模擬真實的場景，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，大大提升實驗教學(xué)效果。例如在實驗液相色譜法測定藥物含量中，運用ActionScript程序建立了場景化實時交互液相色譜虛擬儀器和虛擬實驗[2]。通過實時改變操作參數(shù)，考察不同色譜條件下乙酰水楊酸和水楊酸動態(tài)色譜流出曲線，并定量分析虛擬實驗結(jié)果。

2.3 用于開放實驗和成績評價

開放性實驗教學(xué)就是將實驗室全天開放，對一些實驗課內(nèi)沒有開設(shè)的實驗項目可在課外開放實驗室中通過虛擬實驗進行，使學(xué)生能夠全面深刻掌握課本的知識。學(xué)生根據(jù)自己的實際情況選擇時間進行自己感興趣的實驗，學(xué)生的創(chuàng)造精神和綜合素質(zhì)得到更好地培養(yǎng)。學(xué)生填寫開放實驗申請表后，在規(guī)定的時間進人實驗室按照自主選擇的實驗項目進行虛擬實驗。實驗過程中學(xué)生進行實驗的積極性得到提高，虛擬實驗的開放有效地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力[3]。

科學(xué)完善的實驗考核評估體系不僅是實驗教學(xué)改革的基礎(chǔ)，也是提高實驗教學(xué)質(zhì)量的根本保障。隨著實驗教學(xué)改革的發(fā)展，實驗操作考試在實驗教學(xué)成績考核項目中的比例逐漸增加。藥分實驗操作考試包括容量分析正確規(guī)范的操作和分析儀器的使用等。對于一些大型價格昂貴的儀器進行操作考試，學(xué)生由于操作不熟練特別是考試時緊張常常會操作失誤甚至損壞儀器。因此這些操作考試很難有效開展。為此我們制訂了虛擬實驗和真實實驗相結(jié)合的考核評定方案，兼顧考核學(xué)生虛擬實驗情況，及真實實驗操作的動手能力和實驗結(jié)果進行綜合評定。

3 結(jié)語

虛擬實驗的應(yīng)用和發(fā)展，改變了傳統(tǒng)教育觀念，深化了實驗教學(xué)改革，更新了實驗教學(xué)模式，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與綜合能力。虛擬實驗在實踐教學(xué)中發(fā)揮的作用雖然十分明顯，但虛擬的實驗環(huán)境沒有實物，實驗過程完全理想化，對真實實驗中的一些異?，F(xiàn)象或微小變化缺乏模擬，這又不利于學(xué)生及時發(fā)現(xiàn)問題。因此虛擬實驗不能完全地代替真實實驗。只有將二者有機結(jié)合，依托真實實驗，輔以虛擬實驗，才能更好地為教學(xué)服務(wù)。

參考文獻

[1] 汪詩林， 吳泉源. 開展虛擬實驗系統(tǒng)的研究和應(yīng)用. [J]. 計算機工程與科學(xué)， 2000， 22（2）： 33-35.

[2] 劉志廣， 王雅彬， 張永策. 液相色譜網(wǎng)絡(luò)虛擬儀器與虛擬實驗室的構(gòu)建. [J]. 實驗室研究與探索，2006， 25（6）： 617-620.

[3] 董曉青， 李娜， 李林. 虛擬實驗室在機能學(xué)開放性實驗教學(xué)中的應(yīng)用. [J]. 醫(yī)學(xué)教育探索， 2007， 6（3）： 230.