輔助教學(xué)手段在儀器分析實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中的運(yùn)用

柳 意

(錦州師范高等?？茖W(xué)校，遼寧 錦州 121000)

輔助教學(xué)手段在儀器分析實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中的運(yùn)用

柳 意

(錦州師范高等?？茖W(xué)校，遼寧 錦州 121000)

分析儀器分析實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，探討輔助教學(xué)手段在儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用，提出將仿真技術(shù)引入教學(xué)、合理運(yùn)用微課、建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)等對(duì)策。

儀器分析實(shí)驗(yàn)；輔助教學(xué)手段；課程教學(xué)

儀器分析實(shí)驗(yàn)課程是化學(xué)類及相關(guān)專業(yè)開(kāi)設(shè)的主要基礎(chǔ)課程之一，課程內(nèi)容主要包括電化學(xué)分析法、紫外可見(jiàn)吸收光譜法、紅外吸收光譜法、色譜法、原子吸收光譜法、熒光光譜法等模塊。通過(guò)這門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以加深對(duì)有關(guān)儀器分析方法基本原理的理解，掌握儀器的基本結(jié)構(gòu)及使用方法，合理選擇實(shí)驗(yàn)條件，正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及未來(lái)職業(yè)崗位的勝任奠定一定基礎(chǔ)。

1 儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的主要問(wèn)題

1.1 硬件資源不足，學(xué)生缺乏實(shí)操訓(xùn)練

儀器分析實(shí)驗(yàn)所用大型儀器每臺(tái)價(jià)格少則幾千元，多則幾萬(wàn)元，甚至幾十萬(wàn)元。許多院校受到資金和場(chǎng)地的限制，無(wú)法配置課程所需的全部設(shè)備，或者僅有1～2臺(tái)面向全體師生。因此，硬件資源的不足，導(dǎo)致儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能像基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)菢?，采用?dú)立操作的方式，讓每位學(xué)生都參與實(shí)驗(yàn)，只能靠教師演示或讓學(xué)生做些輔助性的操作來(lái)完成教學(xué)任務(wù)。例如：在紅外光譜實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以進(jìn)行的操作大多是固體樣品的壓片；在液相色譜實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生的主要任務(wù)是配置溶液、用超聲除去氣體、用微孔濾膜過(guò)濾等。而儀器參數(shù)的設(shè)置、進(jìn)樣等涉及儀器操作的部分大多由教師演示，學(xué)生則少有動(dòng)手操作儀器的機(jī)會(huì)。

1.2 精密儀器的特殊性使學(xué)生使用受到限制

精密儀器的操作技術(shù)要求高，使用人員只有在熟悉儀器性能和熟練掌握操作規(guī)程的前提下，才能進(jìn)行實(shí)際操作。一旦使用不當(dāng)，不僅會(huì)造成儀器損壞，而且相對(duì)高昂的維護(hù)費(fèi)用和相對(duì)較長(zhǎng)的維護(hù)時(shí)間會(huì)給日常教學(xué)帶來(lái)嚴(yán)重影響。因此，在儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通常采用大循環(huán)方式組織教學(xué)。大多數(shù)任課教師為了保證設(shè)備處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，避免或減少故障的發(fā)生，在課上只是親自演示，不允許學(xué)生隨意開(kāi)啟、關(guān)閉儀器，隨意旋轉(zhuǎn)儀器按鈕，隨意改變儀器工作參數(shù)。在這種情況下，學(xué)生只能走馬觀花地看演示，達(dá)不到理想的學(xué)習(xí)效果。

1.3 注重培養(yǎng)操作能力，忽視介紹內(nèi)部結(jié)構(gòu)

儀器分析實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)為掌握實(shí)驗(yàn)原理，了解儀器構(gòu)造、各部分功能，以及儀器的使用、維護(hù)和保養(yǎng)。多數(shù)學(xué)校在現(xiàn)有條件下，收獲較為理想的教學(xué)效果也只是學(xué)生能在課程結(jié)束后掌握機(jī)械操作儀器的方法，而學(xué)生對(duì)儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理卻了解甚少，也不懂常規(guī)維護(hù)和保養(yǎng)，能力自然不能得到充分鍛煉。這對(duì)日后工作幫助顯然不夠，難以滿足職業(yè)教育技能型人才培養(yǎng)的實(shí)際需求。

1.4 輔助教學(xué)手段針對(duì)性不強(qiáng)

隨著信息化時(shí)代的來(lái)臨，在硬件資源不足的情況下，教師可以借助互聯(lián)網(wǎng)上的教學(xué)視頻來(lái)進(jìn)行輔助教學(xué)，對(duì)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)原理、儀器構(gòu)造也能起到一定效果。但由于儀器設(shè)備型號(hào)不同，軟件、硬件操作規(guī)程差別較大，學(xué)生觀看互聯(lián)網(wǎng)上的視頻后，面對(duì)本校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備可能還是無(wú)從下手。例如：利用百度搜索到的紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的教學(xué)視頻多為721、722、752、UV756MC型號(hào)；氣相色譜儀教學(xué)視頻主要是GC120M、AGILENT6890N型；而液相色譜儀、原子吸收分光光度計(jì)、原子熒光光度計(jì)、氣質(zhì)聯(lián)用儀等儀器的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源十分有限。

針對(duì)以上問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際條件，選擇、開(kāi)發(fā)適合本校的輔助教學(xué)手段，用來(lái)彌補(bǔ)教學(xué)資源的不足，不失為一條可行之路。

2 輔助教學(xué)手段在儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用

2.1 將仿真技術(shù)引入教學(xué)

分析儀器仿真技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、仿真技術(shù)和信息技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上建立一套與真實(shí)分析儀器完全相同的虛擬分析系統(tǒng)[1]。它能夠借助圖像、動(dòng)畫(huà)來(lái)描述設(shè)備的特性，顯示實(shí)體的真實(shí)動(dòng)作，模仿真實(shí)操作過(guò)程。國(guó)內(nèi)大型分析儀器仿真技術(shù)現(xiàn)已成熟，以由北京東方仿真軟件技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)的大型分析儀器仿真操作系統(tǒng)系列軟件為例，它涵蓋紫外分光計(jì)、紅外分光計(jì)、氣相色譜裝置、原子吸收光譜、高效液相色譜、色質(zhì)聯(lián)用分析儀仿真等內(nèi)容。該系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。軟件具備機(jī)理模型，虛擬場(chǎng)景逼真度高，且以真實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)作為支撐，能夠自動(dòng)模擬相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得到與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相似的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。操作方式靈活真實(shí)，仿真操作過(guò)程與真實(shí)儀器操作過(guò)程極其相似。學(xué)生可以通過(guò)仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)上建立的虛擬實(shí)驗(yàn)操作平臺(tái)，完成對(duì)昂貴分析儀器設(shè)備的模擬操作，就如同在真實(shí)的分析儀器上操作。它不僅能夠滿足日常訓(xùn)練、常規(guī)考核以及技能大賽等需求，也為剖析儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、原理提供極大方便。

仿真實(shí)訓(xùn)室的建立可利用校內(nèi)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)機(jī)房進(jìn)行擴(kuò)充，購(gòu)買相應(yīng)操作軟件。這與添置設(shè)備相比，仿真技術(shù)投入少、消耗低、使用周期長(zhǎng)、維護(hù)方便。大型分析儀器仿真軟件的引入，與傳統(tǒng)的教學(xué)方式相比，不僅能滿足設(shè)備數(shù)量與學(xué)生數(shù)量之間巨大差距的矛盾，彌補(bǔ)辦學(xué)硬件資源的不足，還可對(duì)設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)原理等相關(guān)知識(shí)進(jìn)行形象剖析和立體化講解。仿真儀器的反復(fù)操作不僅不會(huì)增加實(shí)驗(yàn)成本，遇到操作不當(dāng)、參數(shù)設(shè)置不正確時(shí)，也不會(huì)損壞儀器、出現(xiàn)安全問(wèn)題，能夠幫助學(xué)生盡快、全面掌握儀器設(shè)備的操作技能。

2.2 合理運(yùn)用微課

針對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)硬件資源不足的問(wèn)題，如何把有限的實(shí)訓(xùn)資源整合到傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境里來(lái)，使其最大限度地發(fā)揮作用，需要教師認(rèn)真對(duì)待。從技術(shù)角度來(lái)看，微課這種靈活、主題突出的新型教學(xué)模式就是一個(gè)有效的方法。

微課是以教學(xué)視頻為主要載體，反映教師在教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中針對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)開(kāi)展教與學(xué)的各種教學(xué)資源有機(jī)組合。開(kāi)發(fā)儀器分析實(shí)驗(yàn)相關(guān)微課，借助網(wǎng)絡(luò)與視頻技術(shù)，通過(guò)視頻、圖片、PPT等形式，可形象直觀地將實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目操作技能視覺(jué)化，供學(xué)生反復(fù)觀看，更有利于學(xué)生理解與掌握專業(yè)技能[2]。它還能將課堂教學(xué)延伸到課外，學(xué)生能夠在課前、課后利用電子設(shè)備瀏覽實(shí)訓(xùn)課教學(xué)內(nèi)容，有針對(duì)性地學(xué)習(xí)。教學(xué)視頻是微課的核心組成部分，時(shí)長(zhǎng)一般在5～8分鐘，主題突出，經(jīng)過(guò)后期制作的視頻及配套輔助資源的總?cè)萘恳话銥閹资鬃止?jié)，視頻格式須是支持網(wǎng)絡(luò)在線播放的流媒體格式(如rm,wmv,flv)等[3]。

儀器分析實(shí)驗(yàn)的微課制作可采用“錄像法”，把儀器部件、旋鈕、操作方法、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容完整地展現(xiàn)出來(lái)。如對(duì)紅外光譜實(shí)驗(yàn)中固體樣品的壓片過(guò)程、分光光度計(jì)的使用，均可全程錄制。而對(duì)于大型設(shè)備，如氣相色譜、高效液相色譜、原子吸收分光光度計(jì)等，一次完整的實(shí)驗(yàn)耗時(shí)較長(zhǎng)，微課的制作可按動(dòng)作節(jié)點(diǎn)把操作步驟碎片化成不同單元，針對(duì)碎片化后的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行錄制。步驟要連貫，不能輕易跳過(guò)。視頻的后期制作中，加入關(guān)鍵詞，以字幕的形式補(bǔ)充其不宜講清楚的部分。以G5氣相色譜儀的操作為例，可碎片化成以下幾部分錄制：一是儀器構(gòu)造，主要介紹氣路控制系統(tǒng)、儀器控制面板、進(jìn)樣器、色譜柱箱、檢測(cè)器(包括控制電路)等；二是開(kāi)機(jī)方法，介紹開(kāi)機(jī)操作順序及載氣流量的調(diào)節(jié)；三是樣品測(cè)定，主要介紹主菜單功能，設(shè)置溫度、橋電流的方法，由于升溫時(shí)間較長(zhǎng)，過(guò)程省略；四是取樣進(jìn)樣的操作；五是關(guān)機(jī)方法，介紹怎樣返回至主菜單，設(shè)置橋電流，怎樣關(guān)恒流源降溫，最后關(guān)主機(jī)；六是軟件操作部分，可使用“Camtasia”錄屏軟件，將軟件操作過(guò)程完整錄制下來(lái)。儀器操作的錄制過(guò)程，既要有設(shè)備的整體畫(huà)面，又要注重細(xì)節(jié)，讓學(xué)生能夠在整套設(shè)備中準(zhǔn)確找到相關(guān)按鍵或旋鈕，同時(shí)又能看清操作方法。

2.3 建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》中提出，要“加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源體系建設(shè)，開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)課程，創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式”。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)方法創(chuàng)新，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源普及共享的重要途徑和基礎(chǔ)保障[4]。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)支持平臺(tái)是指建立在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)之上，為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)提供全面支持服務(wù)的軟件系統(tǒng)的總稱，包括支持網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的硬件設(shè)施和支持網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的軟件系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)主要有點(diǎn)播式教學(xué)平臺(tái)和互動(dòng)式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。點(diǎn)播式教學(xué)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)資源的快速傳遞，學(xué)生可以隨時(shí)點(diǎn)播音頻、視頻課件，查閱電子教案等教學(xué)內(nèi)容。而互動(dòng)式教學(xué)平臺(tái)可使師生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交流，教師也可利用教學(xué)平臺(tái)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行跟蹤，并根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況有選擇性地發(fā)布課程內(nèi)容。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)包括硬件建設(shè)和軟件建設(shè)。硬件設(shè)施主要有全方位的校園寬帶網(wǎng)、功能完善的網(wǎng)絡(luò)多媒體教室、服務(wù)器、多媒體教學(xué)材料和軟件的存儲(chǔ)設(shè)備。軟件方面主要是教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)。教師可將儀器分析課程的課件、教案、專業(yè)資料、儀器使用的微課程上傳至平臺(tái)，供學(xué)生自主學(xué)習(xí)。學(xué)生可先通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)觀看儀器操作的微課程，熟悉儀器結(jié)構(gòu)和操作要領(lǐng)，然后上機(jī)操作，這使得教學(xué)更具有針對(duì)性。目前國(guó)內(nèi)許多院?；蚬狙兄坪烷_(kāi)發(fā)了適合自身需要的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)產(chǎn)品，如北京師范大學(xué)研制的Vcalss、上海交通大學(xué)的Answer教學(xué)系統(tǒng)平臺(tái)，都可以引進(jìn)使用。

2.4 其他輔助手段的使用

根據(jù)儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，教師也可選擇簡(jiǎn)單易行的輔助手段，如：制作大型儀器操作流程圖，并將其打印、壓膜塑封后放在儀器旁邊，學(xué)生在使用之前需仔細(xì)閱讀，按照說(shuō)明進(jìn)行操作；針對(duì)現(xiàn)在高校大學(xué)生幾乎都有智能手機(jī)的現(xiàn)狀，在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的情況下，教師也可將微課、視頻通過(guò)微信發(fā)送給學(xué)生；也可通過(guò)易企秀軟件，生成二維碼，學(xué)生通過(guò)掃描二維碼的方式在課后觀看相關(guān)教學(xué)視頻進(jìn)行自學(xué)等。

3 結(jié)束語(yǔ)

儀器分析實(shí)驗(yàn)課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，對(duì)分析儀器的需求較高。在教學(xué)資源有限的情況下，我們應(yīng)當(dāng)積極探索輔助教學(xué)手段的運(yùn)用，幫助學(xué)生深入、直觀地理解和掌握所學(xué)知識(shí)，提高動(dòng)手能力和獨(dú)立操作能力，為學(xué)生獨(dú)立調(diào)試、使用儀器打下良好基礎(chǔ)，從而達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

[1] 田文德，丁輝，姚飛.分析儀器的計(jì)算機(jī)仿真 [J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2001(3)：41-49.

[2] 胡海星，張春霞，張春燕.微課在高職實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用研究 [J].長(zhǎng)沙大學(xué)學(xué)報(bào)，2015(3)：125-126.

[3] 柳意.微課在環(huán)境工程技術(shù)專業(yè)實(shí)訓(xùn)中的應(yīng)用 [J].哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2016(2)：42-44.

[4] 徐旭松.ActRes互動(dòng)式網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 [J].江蘇理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2015(4)：82-86.

A Study on the Application of Assisted Teaching Means in the Teaching of the Course of Instrumental Analysis Experiment

LIU Yi

(Department of Chemical and Environmental Science of Jinzhou Teachers Training College， Jinzhou Liaoning 121000，P.R.China)

Based on the analysis of the problems in the teaching of the course of instrumental analysis experiment，this paper probes into the application of assisted teaching means in it as well as presenting relevant solutions like introducing emulation techniques into its teaching，appropriately utilizing micro-courses and establishing a web-based teaching platform．

instrumental analysis experiment；assisted teaching means；teaching of the course

2016-09-19

2016年度遼寧省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題(JG16EB078)。

柳 意(1975-)，副教授，研究方向?yàn)閮x器分析教學(xué)。

G642

A

1008- 8032(2017)01- 0012- 03