虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于儀器分析實驗教學(xué)模式改革的探討

陳 靜，戴梓茹，李桂英，牛改改

(北部灣大學(xué) 食品工程學(xué)院 廣西北部灣特色海產(chǎn)品資源開發(fā)與高值化利用高校重點實驗室，廣西 欽州 535011)

近年來隨著社會發(fā)展和科技進(jìn)步，儀器分析作為現(xiàn)代的分析檢測手段，在很多領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。儀器分析實驗也是高等學(xué)校很多專業(yè)的重要課程。儀器分析實驗具有更強(qiáng)的理論性和實用性，是培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)創(chuàng)新型人才的重要實踐課程[1]。

儀器分析實驗是食品科學(xué)工程和質(zhì)量安全專業(yè)必修的一門專業(yè)課程，該課程使儀器分析的理論知識及時在實驗課的實踐中得到系統(tǒng)的反饋和檢驗，使同學(xué)能能將抽象的理論知識與實踐很好結(jié)合[2]。實驗課程是基于理論教學(xué)內(nèi)容，驗證實踐能力的重要途徑，也是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力，增強(qiáng)學(xué)生就業(yè)競爭力的重要因素。因此，改革教學(xué)內(nèi)容，探索實驗教學(xué)模式創(chuàng)新，完善過程評價體系具有重要現(xiàn)實意義[3]。

1 儀器分析實驗教學(xué)存在的問題

(1)實驗內(nèi)容過于陳舊。實驗內(nèi)容與社會需求和現(xiàn)代分析檢測脫節(jié)，實驗內(nèi)容也很少涉及實驗條件的優(yōu)化，學(xué)生只能被動地按照實驗教材和指導(dǎo)老師設(shè)定的實驗條件與步驟機(jī)械地完成實驗，不利于學(xué)生創(chuàng)造性和個性的發(fā)展[4-5]。

(2)實驗設(shè)備不足。目前高校本科實踐教學(xué)課堂人手一臺儀器進(jìn)行操作的可能性不大，基本上都是老師或者少數(shù)幾個學(xué)生演示，絕大多數(shù)學(xué)生走馬觀花，特別是一些能力相對較弱的學(xué)生根本是無法實現(xiàn)參與課堂，這種教學(xué)方式基本無法實現(xiàn)，真正提高學(xué)生實踐操作能力的教學(xué)目標(biāo)，極大地制約了學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

(3)儀器分析實驗課程使用的大都是價格昂貴的大型精密儀器設(shè)備，使用和維護(hù)成本較高，對使用者操作技術(shù)的要求很高，對配套設(shè)施、運(yùn)行環(huán)境要求嚴(yán)格，需要細(xì)心操作，定期檢測、調(diào)試、清潔、保養(yǎng)。如果廣泛開放使用，難以保證大型精密儀器的安全使用，并可能對儀器的靈敏度、精密度、穩(wěn)定性等產(chǎn)生影響[6]。

(4)實驗教學(xué)的考核方式不能反映學(xué)生的實際動手能力和知識的掌握程度，注重預(yù)習(xí)報告和實驗報告的書寫和實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，而對學(xué)生的操作過程中的規(guī)范性考察較少[7]。綜上所述針對這些儀器分析實驗教學(xué)中存在現(xiàn)狀，對本課程教學(xué)模式改革進(jìn)行探討。

2 儀器分析實驗教學(xué)改革

2.1 實驗內(nèi)容改革

針對實驗內(nèi)容過于陳舊，可以自己根據(jù)學(xué)院條件和本地企業(yè)需求和科研結(jié)合，自己編輯適合的教材。將企業(yè)的實際應(yīng)用和實踐教學(xué)改革成果融入教學(xué)內(nèi)容，使實驗教學(xué)內(nèi)容更加豐富，涵蓋更廣泛。增加設(shè)計綜合性實驗，以期提高學(xué)生實驗技能讓學(xué)生在了解實驗原理、儀器構(gòu)造等基礎(chǔ)上，更好的掌握儀器的分析方法，培養(yǎng)學(xué)生動手及科研創(chuàng)新的能力。通過改革教材和講義，產(chǎn)生顯著的教學(xué)改革效果。

2.2 教學(xué)方法模式的改革

2.2.1 虛擬仿真教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)合教學(xué)模式

針對儀器設(shè)備不足，人員多、設(shè)備貴等問題?？梢詰?yīng)用現(xiàn)代虛擬仿真技術(shù)為實驗教學(xué)提供實踐的平臺。虛擬仿真實驗教學(xué)是利用計算機(jī)創(chuàng)設(shè)各種虛擬環(huán)境來模擬真實環(huán)境，并根據(jù)真實環(huán)境中的理論和實際操作情況在虛擬仿真的環(huán)境中進(jìn)行操作、驗證、設(shè)計、運(yùn)行的教學(xué)方式[8]。虛擬仿真實驗教學(xué)，實現(xiàn)了學(xué)生人人都是主角的實景操作，而且即使操作錯誤也會不會造成損失，極大的提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，特別對于邊緣化的學(xué)生也能讓他們真正參與到教學(xué)活動中，通過實景模擬仿真實驗操作，學(xué)生對于儀器的熟悉度和操作能力會有很大的提高。

實驗教學(xué)同時采用線上線下、翻轉(zhuǎn)課堂實驗教學(xué)方法。學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)使用虛擬仿真系統(tǒng)，不受時間空間限制。課前通過線下查閱文獻(xiàn)，進(jìn)行小組討論實驗方案，最終在網(wǎng)上進(jìn)行虛擬實驗操作。學(xué)生完成后利用線上、線下混合式的教學(xué)平臺，教師輔導(dǎo)答疑，實現(xiàn)了虛擬仿真實驗教學(xué)“翻轉(zhuǎn)課堂”的全新教學(xué)模式。通過現(xiàn)有基礎(chǔ)教學(xué)實驗相結(jié)合。能起到虛實結(jié)合、理實結(jié)合、相互補(bǔ)充，相互促進(jìn)的教學(xué)效果。

2.2.2 搭建企業(yè)實訓(xùn)平臺教學(xué)模式

采用虛擬仿真教學(xué)同時依托學(xué)科優(yōu)勢，將企業(yè)應(yīng)用引入以實驗教學(xué)構(gòu)建特色鮮明的教學(xué)體系。校企合作是應(yīng)用型地方本科院校提高學(xué)生應(yīng)用能力水平的一個重要途徑，儀器分析實驗依托各種實踐教育基地，搭建校外實訓(xùn)平臺，校企雙方開展就業(yè)合作。以學(xué)生為中心，推行自主式、合作式、研究式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造能力。充分調(diào)動學(xué)生的參與意識，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，為學(xué)生今后就業(yè)打下基礎(chǔ)。

圖1是以上兩種教育模式實驗教學(xué)改革框圖。

圖1 實踐教學(xué)改革框圖

3 儀器分析實驗教學(xué)的考核評價方式的改進(jìn)

傳統(tǒng)的實驗考核只注重結(jié)果評價，結(jié)合虛擬實驗的儀器分析實驗，更注重過程評價考核。采用虛擬仿真實驗操作，成績分為線上和線下成績。 線上預(yù)考和實訓(xùn)操作成績相結(jié)合模式進(jìn)行學(xué)生評價，從預(yù)習(xí)到實驗操作到實驗報告建立一套完整的評價系具體成績分為4大塊采用考核成績累加方式，總成績設(shè)定為 100分。(1)課前查閱資料討論方案占 5%，(2)虛擬仿真模擬實驗操作占30%，(3)實驗實踐操過程占 50%，(4)“實驗報告”成績占 15%。采用新的考核方式，評估整個實驗的過程，防止學(xué)生渾水摸魚，調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動性，同時能夠使教師及時了解實驗每一個環(huán)節(jié)的教學(xué)效果，清晰掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

4 結(jié)語

面對日益發(fā)展的檢測技術(shù)，儀器分析實驗在高校教學(xué)中占有重要地位。文章針對儀器分析實驗中存在的問題，對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、考核方式等進(jìn)行了改革，教學(xué)內(nèi)容更貼近實際應(yīng)用，教學(xué)方法改革引入虛擬仿真技術(shù)與線上線下翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)合的教學(xué)，實訓(xùn)與教學(xué)結(jié)合的模式；考核方式更注重過程評價。通過教學(xué)改革，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、自主學(xué)習(xí)意識、科研意識、社會意識，從而達(dá)到提高實驗教學(xué)的質(zhì)量目的。