創(chuàng)建大型分析儀器虛擬仿真實驗室的思考與建議—以亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院藥學(xué)院為例

權(quán)春梅，周光姣，丁瑞蘋，曹 帥

(1.亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 亳州 236800；2.亳州學(xué)院，安徽 亳州 236800)

亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院藥學(xué)院目前有中藥、藥學(xué)、藥品質(zhì)量安全、藥品生產(chǎn)技術(shù)等藥學(xué)類專業(yè)，在這些藥學(xué)類專業(yè)的教學(xué)過程中，《儀器分析》和《藥品質(zhì)量檢測技術(shù)》這兩門課程是學(xué)生必須學(xué)習(xí)的專業(yè)核心課程，對培養(yǎng)學(xué)生的藥品質(zhì)量檢測技能將起到關(guān)鍵的作用。

《儀器分析》是藥學(xué)類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過該課程的學(xué)習(xí)主要讓學(xué)生掌握在藥品質(zhì)量分析檢驗中常用的一些儀器的結(jié)構(gòu)、原理、使用及分析方法和技術(shù)，該課程在培養(yǎng)學(xué)生動手能力、實驗技術(shù)及科學(xué)素養(yǎng)方面起著非常重要的作用；而《藥品質(zhì)量檢測技術(shù)》主要學(xué)習(xí)與藥物及其制劑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的基本內(nèi)容、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的特點及質(zhì)量控制方法以及最新分析測試技術(shù)。通過這兩門專業(yè)核心課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握藥品質(zhì)量檢測的基本知識和操作技能。在這兩門課的教學(xué)尤其是實驗教學(xué)中，筆者總結(jié)了如下的問題：

1 教學(xué)中存在的問題

《儀器分析》課程是一門綜合學(xué)科，內(nèi)容涉及物理、化學(xué)及計算機技術(shù)等，內(nèi)容較為復(fù)雜、抽象、枯燥，然而我校學(xué)生的物理、化學(xué)基礎(chǔ)知識較為薄弱，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍感覺較難理解和掌握，因此學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不是特別理想。目前，該課程的教學(xué)采用的是理論教學(xué)和實驗教學(xué)相結(jié)合的方式進(jìn)行。實驗教學(xué)是《儀器分析》課程教學(xué)活動中重要的一環(huán)，而《儀器分析》課程又是《藥品質(zhì)量檢測技術(shù)》的基礎(chǔ)，這兩門課在實驗過程中存在的問題突出表現(xiàn)在：

1.1 實驗教學(xué)中儀器臺數(shù)與學(xué)生人數(shù)之間的矛盾

近年來，學(xué)生人數(shù)的增多使得實驗場地?fù)頂D，人均儀器臺套數(shù)下降，以亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院藥學(xué)院為例，根據(jù)筆者每學(xué)期帶儀器分析實驗的情況來分析，紫外-可見分光光度計大約是平均每4人一臺，高效液相色譜儀大約是每6人一臺，而原子吸收分光光度計及氣相色譜儀大約每10人一臺，因此，儀器臺數(shù)與學(xué)生人數(shù)之間的矛盾非常突出，可能很難達(dá)到預(yù)期的實驗教學(xué)效果。另外，大多數(shù)儀器價格比較昂貴，實驗耗材的消耗量也比較大，雖然學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)非常支持學(xué)生實驗的開展和實驗經(jīng)費的投入，但是要真正滿足實驗設(shè)備的不斷更新和實驗內(nèi)容的全部開設(shè)仍然還有一定的難度，因此，造成一些實驗內(nèi)容只能教師講授大部分學(xué)生觀摩的現(xiàn)象出現(xiàn)，不利于提高學(xué)生的實驗積極性。

1.2 儀器的封閉與實驗中的安全問題

在現(xiàn)實實驗中用到的儀器基本都是封閉的，儀器的很多部件無法拆開給學(xué)生看，因此，學(xué)生無法真正理解和掌握儀器的原理、構(gòu)造及過程，這仍然不利于學(xué)生加深對抽象的理論知識的理解和學(xué)習(xí)。除此之外，實驗中的安全問題也是造成很多實驗無法開展的原因。

1.3 實驗耗時太長

這兩門課程中的大多實驗都需要對藥品進(jìn)行預(yù)處理，并且有的儀器由于實驗操作要求較高、操作步驟繁瑣(比如高效液相色譜儀)，所以對于大多數(shù)實驗，兩個課時的時長學(xué)生根本無法完成，這不僅不利于教學(xué)效果的實現(xiàn)，有時也會給班級其他課程的安排帶來不便。

2 開展虛擬仿真教學(xué)的必要性和重要性

所謂虛擬仿真教學(xué)就是利用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、仿真技術(shù)和信息技術(shù)，在計算機上建立起一套反應(yīng)性與真實分析儀器完全相同的虛擬分析系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)[1-2]。學(xué)生直接在計算機上通過仿真軟件了解相關(guān)儀器的結(jié)構(gòu)、原理，還可以進(jìn)行具體的實驗?zāi)M操作，從而掌握了不同儀器的使用方法以及藥物分析檢測的過程。

2.1 有利于調(diào)動學(xué)生的積極性和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

分析儀器虛擬仿真教學(xué)結(jié)合現(xiàn)實實驗室，可以在很大程度解決實驗儀器設(shè)備臺套數(shù)少的問題，并且學(xué)生不必?fù)?dān)心損壞儀器和存在安全隱患[3]，從而可以大膽進(jìn)行實驗練習(xí)，這樣有利于充分調(diào)動學(xué)生的實驗積極性。另外，虛擬仿真軟件通常還帶有形象且?guī)в袆赢嫾耙繇懶Ч虼?，采用虛擬的實驗教學(xué)也有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.2 有利于加深對儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、原理的認(rèn)識

在虛擬仿真軟件的開發(fā)與選擇上，應(yīng)在每個教學(xué)模塊都實驗儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、原理及使用流程的介紹和練習(xí)，因此，學(xué)生通過學(xué)習(xí)和練習(xí)可以加深對儀器的結(jié)構(gòu)、原理的認(rèn)識，有助于加深對理論知識的認(rèn)識，對抽象的理論知識的學(xué)習(xí)進(jìn)行了一次加深和彌補；同時，可以緩解實驗教學(xué)與理論教學(xué)的不同步性，對傳統(tǒng)實驗教學(xué)進(jìn)行有效的補充，可強化實驗操作技能，使相關(guān)課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平得到穩(wěn)步提高。

2.3 有利于創(chuàng)建綠色、環(huán)保、節(jié)能的教學(xué)環(huán)境

虛擬仿真教學(xué)只需要建成一個虛擬仿真實驗室，安裝電腦及相關(guān)軟件即可進(jìn)行教學(xué)，這就節(jié)省了購買價格昂貴的實驗設(shè)備和實驗耗材這部分經(jīng)費，而且可以滿足學(xué)生的反復(fù)教學(xué)和練習(xí)，同時綠色化的虛擬實驗室可以開設(shè)一些因污染或者安全問題而不易實施的實驗，是創(chuàng)建綠色、環(huán)保、節(jié)能實驗室的一種有效方式，也是實際實驗教學(xué)的有力補充。

2.4 滿足學(xué)生競賽需求，通過以賽促學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量

目前，高職分析檢驗類的比賽每年都舉行，儀器分析仿真軟件的操作是比賽的其中一部分內(nèi)容，因此，仿真實驗的開展，有利于學(xué)生參加各種儀器分析或者分析檢驗的各種比賽，提高學(xué)生的競爭力，達(dá)到以賽促學(xué)的目的。

因此，融入分析儀器虛擬仿的實驗教學(xué)，對提高這兩門課程的教學(xué)質(zhì)量勢必產(chǎn)生重要影響。

3 創(chuàng)建大型分析儀器虛擬仿真實驗室的建議

3.1 既重儀器，又重使用

在開發(fā)仿真虛擬軟件時，既要有介紹儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、原理及流程的內(nèi)容，也要有體現(xiàn)儀器操作使用、分析案例的內(nèi)容，這樣既可以加深學(xué)生對課堂理論知識的理解，又可以增強學(xué)生對于實際案例的分析及儀器操作技能的掌握。

3.2 既有中藥，又有化藥

鑒于藥學(xué)院目前的專業(yè)設(shè)置中既有中藥學(xué)專業(yè)也有藥學(xué)專業(yè)，因此，為了提高該虛擬仿真實驗室的利用率，更大的發(fā)揮其作用，更廣泛的為學(xué)生服務(wù)，在虛擬仿真軟件內(nèi)容的設(shè)置上，特別是在分析案例的選取上應(yīng)既有中藥方面的內(nèi)容，也要有化藥(西藥)方面的內(nèi)容。

3.3 借鑒先進(jìn)技術(shù)，促進(jìn)信息化建設(shè)

在創(chuàng)建大型分析儀器虛擬仿真實驗室時，應(yīng)考慮設(shè)計在移動客戶端進(jìn)行操作的虛擬實驗軟件，如平板電腦、手機等[4]，這樣學(xué)生就可以實現(xiàn)交互式的移動實驗。 目前，有些大學(xué)將實驗設(shè)計成娛樂游戲，學(xué)生通過游戲來完成一系列的實驗內(nèi)容，學(xué)生在進(jìn)行游戲的同時能夠儀器的原理與操作方法。 另外，高校在創(chuàng)建該實驗室時，應(yīng)充分了解學(xué)生的需求與想法，適當(dāng)?shù)淖寣W(xué)生參與其中，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也使該仿真實驗室能更好的為學(xué)生服務(wù)[5]。

3.4 建立管理制度和獎勵機制

虛擬仿真實驗室的管理與普通實驗室的管理在方法、內(nèi)容和手段等方面會存在差異，因此，為了保證該實驗室建成后能正常、高效的為學(xué)生服務(wù)，就必須建立起相應(yīng)的規(guī)章制度及管理措施，同時，教師在實驗室的創(chuàng)建、軟件的開發(fā)與學(xué)習(xí)、實驗室的管理等方面都投入了一定的時間和精力，因此，學(xué)校要建立與之相匹配的獎勵機制，激發(fā)教師的工作熱情。

綜上所述，在有藥學(xué)類專業(yè)的高校中創(chuàng)建大型分析儀器虛擬仿真實驗室是非常有必要的，該實驗室在教學(xué)及培養(yǎng)學(xué)生分析檢驗技能方面有著重要作用，在高校中有廣闊的發(fā)展前景。