常態(tài)化疫情防控下的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐的探討

林佳麗，王建，陳珠靈,＊，袁耀鋒

1福州大學(xué)化學(xué)學(xué)院，福州 350108

2福州大學(xué)化學(xué)化工國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，福州 350108

儀器分析實(shí)驗(yàn)是化學(xué)專業(yè)本科生的必修課程之一，與無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)等基礎(chǔ)操作實(shí)驗(yàn)課程相比，儀器分析實(shí)驗(yàn)因其主要對(duì)象是價(jià)格昂貴的精密儀器而有自身的教學(xué)難點(diǎn)，比如，儀器結(jié)構(gòu)與工作原理等知識(shí)比較抽象、難以理解；儀器臺(tái)套數(shù)有限，無(wú)法單人單套，學(xué)生容易“走馬觀花”，沒(méi)有真正掌握實(shí)驗(yàn)操作等[1,2]。虛擬仿真技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅猛發(fā)展的產(chǎn)物，運(yùn)用多媒體、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)的信息技術(shù)，營(yíng)造出與真實(shí)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景、操作環(huán)節(jié)一致的軟硬件環(huán)境[3]。虛擬仿真技術(shù)因其資源呈現(xiàn)形式的多樣性，不受空間、時(shí)間、實(shí)驗(yàn)條件的限制等優(yōu)點(diǎn)很大程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)某些方面的缺憾，豐富了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段[4–6]，為儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革提供了方向。2020年春季學(xué)期，為應(yīng)對(duì)疫情對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的影響，我們開(kāi)展了虛擬仿真技術(shù)在儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用探索。

1 儀器分析虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)線下實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充作用

在儀器分析實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，了解儀器的結(jié)構(gòu)和工作原理是十分重要的內(nèi)容之一。虛擬仿真軟件每個(gè)項(xiàng)目加載了儀器介紹模塊和實(shí)驗(yàn)原理模塊，以促進(jìn)學(xué)生對(duì)儀器結(jié)構(gòu)和儀器工作原理的理解。儀器介紹模塊通過(guò)三維動(dòng)畫模擬演示儀器的拆解和組裝過(guò)程，呈現(xiàn)儀器的組成部分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，鼠標(biāo)點(diǎn)擊各具體部件可顯示其工作原理。實(shí)驗(yàn)原理模塊鏈接了形象的圖片和Flash動(dòng)畫，展示抽象的理論知識(shí)(如各個(gè)儀器主要元件的工作過(guò)程等)。

儀器分析實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)還包括儀器和軟件操作。然而因儀器臺(tái)套數(shù)有限，學(xué)生線下實(shí)驗(yàn)難以真正掌握儀器和軟件操作。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的操作根據(jù)真實(shí)儀器以及真實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為支撐而編程設(shè)計(jì)，儀器操作步驟、軟件操作界面、軟件測(cè)試方法的編輯以及方法運(yùn)行后觸發(fā)的掃描信號(hào)變化等過(guò)程都與真實(shí)情況非常接近，非常適合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的線上練習(xí)。

除了虛擬仿真外，線上教學(xué)的其他資源，比如教學(xué)視頻、教學(xué)PPT等，也可以通過(guò)拍攝教師現(xiàn)場(chǎng)拆解儀器的主要部件，同步講解各部件的功能，使學(xué)生深入了解儀器的內(nèi)部構(gòu)造和工作原理，并通過(guò)教師規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作演示，幫助學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)操作。與上述資源相比，虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于其直觀性和趣味性。學(xué)生進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，需要通過(guò)操作完成一個(gè)與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景相似的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。如使用鼠標(biāo)配制溶液，觀察、連接、調(diào)節(jié)儀器，并使用儀器設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)生通過(guò)這樣的仿真操作，能檢驗(yàn)自身的學(xué)習(xí)效果，了解操作過(guò)程中存在的問(wèn)題，教師也可通過(guò)后臺(tái)系統(tǒng)直觀地了解學(xué)生實(shí)驗(yàn)的自學(xué)情況，從而調(diào)整教學(xué)重難點(diǎn)，改進(jìn)和充實(shí)教學(xué)內(nèi)容。

虛擬仿真技術(shù)，與其他傳統(tǒng)的線上教學(xué)資源相互結(jié)合使用，共同對(duì)線下實(shí)驗(yàn)起到有效的補(bǔ)充，輔助學(xué)生課前熟悉實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景、自學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，課后反復(fù)練習(xí)、掌握儀器操作。

2 疫情沖擊下的儀器分析實(shí)驗(yàn)的開(kāi)課探索

2020年，一場(chǎng)突如其來(lái)、態(tài)勢(shì)兇猛的新型冠狀病毒肺炎疫情爆發(fā)了。為了阻斷疫情向校園蔓延，全國(guó)高校紛紛推遲2020年春季開(kāi)學(xué)，教育部發(fā)起“停課不停學(xué)”的號(hào)召，鼓勵(lì)高校結(jié)合實(shí)際開(kāi)展線上教學(xué)[7]。有不少虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)組成聯(lián)盟，共同在疫情期間向全國(guó)高校免費(fèi)提供實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、軟硬件資源、云資源等，保障高校在疫情防控期間的在線教學(xué)[8,9]。

福州大學(xué)化學(xué)化工國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心在微瑞公司、歐貝爾公司的大力支持下，從商品化的虛擬仿真平臺(tái)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，優(yōu)先挑選了儀器型號(hào)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與我校課程內(nèi)容一致的項(xiàng)目作為教學(xué)資源。在2020年春季學(xué)期的開(kāi)學(xué)初，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開(kāi)放給學(xué)生自主學(xué)習(xí)。進(jìn)入期末，由于疫情防控的要求，我校本科生仍無(wú)返校計(jì)劃。在前期充分討論協(xié)商的基礎(chǔ)上，儀器分析課程組決定本學(xué)期進(jìn)行線上授課，采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)代替實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)。

2020年春季學(xué)期儀器分析實(shí)驗(yàn)線上課程授課安排如表1所示，我校開(kāi)設(shè)的儀器分析實(shí)驗(yàn)包括高效液相色譜儀、氣相色譜儀、紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)、熒光分光光度計(jì)、傅里葉變換紅外光譜儀、電化學(xué)工作站、原子吸收分光光度計(jì)、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀、熱重分析儀、X射線粉末衍射儀、場(chǎng)發(fā)射透射電鏡等12種儀器對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。前三周，每周安排4天，上午9:00–11:00進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的線上直播授課，后三周，學(xué)生可自行安排時(shí)間完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告。最后安排8月17日進(jìn)行本門課程的線上考試。

表1 儀器分析實(shí)驗(yàn)線上課程授課安排表

為保證課程的順利進(jìn)行，我們擬定了一系列實(shí)施細(xì)節(jié)：

第一，建立儀器分析實(shí)驗(yàn)的QQ教學(xué)群，便于師生交流、互動(dòng)；指導(dǎo)教師耐心細(xì)致地回答每一位同學(xué)的疑問(wèn)和困惑。

第二，為每個(gè)學(xué)生和指導(dǎo)教師注冊(cè)獨(dú)立虛擬實(shí)驗(yàn)賬號(hào)，教師賬號(hào)可查看學(xué)生登錄虛擬仿真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的情況。

第三，充分調(diào)動(dòng)指導(dǎo)教師的積極性，開(kāi)課實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、儀器型號(hào)、實(shí)驗(yàn)要求不受原來(lái)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)講義約束，解放思想，大膽探索；要求指導(dǎo)教師熟悉虛擬實(shí)驗(yàn)操作；鼓勵(lì)并協(xié)助教師拍攝實(shí)驗(yàn)教學(xué)視頻；按計(jì)劃通過(guò)騰訊課堂直播實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)講座。

第四，對(duì)實(shí)驗(yàn)實(shí)施細(xì)節(jié)給出具體要求，在探索過(guò)程中，不斷補(bǔ)充完善，儀器分析實(shí)驗(yàn)共72學(xué)時(shí)，開(kāi)設(shè)12個(gè)項(xiàng)目，直播講解時(shí)間2學(xué)時(shí)，包括實(shí)驗(yàn)原理、虛擬或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操演示講解。考慮到有不少同學(xué)參加各高校的暑期夏令營(yíng)，各指導(dǎo)教師設(shè)置騰訊課堂具備回放功能，方便學(xué)生自學(xué)。

第五，充分理解學(xué)生的困難，如：留出較寬裕時(shí)間，允許學(xué)生自己安排時(shí)間完成虛擬實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)報(bào)告采用電子版形式；實(shí)驗(yàn)報(bào)告用的數(shù)據(jù)可以用仿真實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，也可用指導(dǎo)教師提供的數(shù)據(jù)。

第六，儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的考核，線上筆試采用“考試星”與“騰訊會(huì)議”兩款軟件配合進(jìn)行?！翱荚囆恰庇糜诮⒃囶}并發(fā)布給學(xué)生登錄答題，可支持多種題型共同組卷，進(jìn)行“題目亂序”“選項(xiàng)亂序”“頁(yè)面切換自動(dòng)交卷”等防考場(chǎng)違規(guī)設(shè)置，學(xué)生提交試卷后，教師在系統(tǒng)后臺(tái)即可獲得學(xué)生卷面、學(xué)生成績(jī)、答題情況分析?！膀v訊會(huì)議”用于監(jiān)考，通過(guò)其視頻功能，全程保證考生面部雙手及桌面均處于監(jiān)控范圍。

第七，為保證成績(jī)的合理性，采用結(jié)構(gòu)成績(jī)，包括騰訊課堂上線學(xué)時(shí)數(shù)、虛擬實(shí)驗(yàn)評(píng)判得分、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)、師生互動(dòng)積極性、線上筆試成績(jī)等，綜合評(píng)判期末成績(jī)。確?？傮w成績(jī)分布基本和往年相當(dāng)，有合理的區(qū)分度。

儀器分析實(shí)驗(yàn)線上教學(xué)流程如圖1所示。

圖1 儀器分析實(shí)驗(yàn)線上教學(xué)流程圖

3 線上教學(xué)實(shí)施效果與展望

3.1 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的自學(xué)效果

我們通過(guò)線上問(wèn)卷調(diào)查以及互動(dòng)交流的形式對(duì)學(xué)生前期自學(xué)情況進(jìn)行了總結(jié)。線上問(wèn)卷的回答情況如圖2所示，雖然大多數(shù)(83.67%)學(xué)生對(duì)虛擬仿真這一新穎的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式感興趣，但在沒(méi)有強(qiáng)制要求的情況下，僅有大約一半(45.94%)的學(xué)生進(jìn)行虛擬了仿真實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)，說(shuō)明虛擬仿真實(shí)驗(yàn)還不足以調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性不高，需要教師的監(jiān)督和幫助。從進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)學(xué)生的評(píng)價(jià)來(lái)看(25.23%較滿意，11.71%有幫助，9.01%不滿意)，大部分學(xué)生能夠從虛擬仿真這一教學(xué)形式中獲得較大的收獲，小部分學(xué)生則認(rèn)為體驗(yàn)沒(méi)有想象的好，更希望在真實(shí)情境下完成實(shí)驗(yàn)。

圖2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)自學(xué)的問(wèn)卷調(diào)查情況分析

3.2 利用虛擬仿真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)線上教學(xué)的實(shí)施情況

我們要求指導(dǎo)教師通過(guò)騰訊課堂加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)的直播講解，使虛擬仿真資源得到充分利用。從直播課結(jié)束第二日對(duì)學(xué)生進(jìn)行的儀器分析實(shí)驗(yàn)線上課程學(xué)習(xí)情況調(diào)查結(jié)果來(lái)看(圖3)，大部分(82.54%)學(xué)生表示除遇特殊情況外，都會(huì)根據(jù)課程安排按時(shí)聽(tīng)課，少部分(17.46%)時(shí)間不能保證的學(xué)生也會(huì)通過(guò)看回放的方式補(bǔ)課，94.74%的學(xué)生對(duì)疫情期間不得已采取的線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)表示理解和接受。通過(guò)直播講解，91.80%的學(xué)生都能對(duì)虛擬仿真軟件的操作流程和注意事項(xiàng)基本了解，雖然課程安排了寬裕的時(shí)間留給學(xué)生完成虛擬實(shí)驗(yàn)，但接近一半的學(xué)生(49.18%)跟隨教師的講解同步開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。說(shuō)明通過(guò)前一階段線上理論課程的學(xué)習(xí)[10,11]，學(xué)生對(duì)線上教學(xué)比較適應(yīng)，大部分學(xué)生對(duì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)比較重視，能夠保持積極的學(xué)習(xí)態(tài)度，合理安排時(shí)間及時(shí)完成課程學(xué)習(xí)任務(wù)。

圖3 儀器分析線上課程開(kāi)展情況調(diào)查表

圖4是2016級(jí)學(xué)生(2019年春季/線下實(shí)驗(yàn))和2017級(jí)學(xué)生(2020年春季/線上課程)儀器分析實(shí)驗(yàn)的成績(jī)對(duì)比?？己朔绞缴?，2019年春季線下課堂的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)組成為平時(shí)成績(jī)(課堂表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告)、期末考試(筆試成績(jī)和操作考試成績(jī))，2020年春季線上課程的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)組成為平時(shí)成績(jī)(直播課堂學(xué)習(xí)情況、虛擬仿真操作得分、實(shí)驗(yàn)報(bào)告)、期末考試(僅筆試成績(jī))。筆試內(nèi)容覆蓋開(kāi)設(shè)的全部實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，主要考查基本理論、基本概念和基本技能。雖無(wú)法比較學(xué)生對(duì)儀器實(shí)際操作的掌握情況，但從總體成績(jī)、平時(shí)成績(jī)、筆試成績(jī)的分布來(lái)看，今年與去年差別不大，絕大多數(shù)學(xué)生的平時(shí)成績(jī)以及考試成績(jī)都在80分以上，說(shuō)明絕大多數(shù)學(xué)生能夠較好地完成本門課程的學(xué)習(xí)任務(wù)。

圖4 線上線下實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)成績(jī)對(duì)比

圖5是學(xué)生對(duì)虛擬仿真軟件輔助儀器分析實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的反饋表，從數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在增加課堂趣味性以及助力掌握專業(yè)課程理論知識(shí)、儀器和軟件操作步驟以及了解儀器組成與內(nèi)部構(gòu)造方面，均有超過(guò)85%的學(xué)生認(rèn)為有所幫助，認(rèn)可度較高。從選項(xiàng)上分析，選擇有一點(diǎn)幫助的學(xué)生的占比最大，分布在大約40%–60%區(qū)間，大于必不可少和較大幫助之和?？梢?jiàn)大部分學(xué)生都認(rèn)同虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)有一定的輔助作用，但認(rèn)為這種輔助作用比較有限。我們分析其原因可能有以下幾點(diǎn)：首先，本學(xué)期儀器分析實(shí)驗(yàn)是完全的線上教學(xué)，學(xué)生在接受問(wèn)卷調(diào)查時(shí)，尚未返校進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室接觸和使用儀器，未能準(zhǔn)確體會(huì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)熟悉真實(shí)實(shí)驗(yàn)儀器的輔助作用；其次，在進(jìn)行虛擬仿真軟件實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生往往更重視實(shí)驗(yàn)操作的正確完成，以獲得較高的分?jǐn)?shù)。是否去點(diǎn)擊和學(xué)習(xí)儀器介紹模塊和實(shí)驗(yàn)原理模塊，并不影響學(xué)生虛擬仿真實(shí)驗(yàn)成績(jī)，如果沒(méi)有認(rèn)真使用這些模塊的功能，可能影響相應(yīng)功能的評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果同時(shí)表明，在引導(dǎo)和有效督促學(xué)生利用虛擬仿真各個(gè)模塊的資源和功能進(jìn)行學(xué)習(xí)方面，教師還需在今后的教學(xué)實(shí)踐中采取更多的措施。此外，對(duì)提高分析和解決問(wèn)題的能力以及對(duì)將來(lái)就業(yè)的幫助方面，較大比例的學(xué)生認(rèn)為幫助不大。

圖5 虛擬仿真軟件對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)的輔助作用反饋情況

基于學(xué)生的評(píng)價(jià)反饋以及這段時(shí)間的教學(xué)實(shí)踐，我們也總結(jié)出線下課堂有著不可替代的優(yōu)勢(shì)。

首先，線下課堂對(duì)現(xiàn)場(chǎng)解決問(wèn)題能力以及實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力的培養(yǎng)無(wú)可取代。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)實(shí)際實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題，無(wú)助于解決問(wèn)題能力的提升。同時(shí)，線上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，主要是鼠標(biāo)操作，無(wú)法對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作技能進(jìn)行訓(xùn)練。

第二，線下課堂的真實(shí)性帶來(lái)的真實(shí)感無(wú)可取代。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)雖然在儀器操作、實(shí)驗(yàn)過(guò)程等方面對(duì)真實(shí)環(huán)境都有較逼真的模擬，但因?yàn)槌绦蝾A(yù)設(shè)的限制，實(shí)驗(yàn)過(guò)程過(guò)于理想化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果千篇一律，無(wú)法考查學(xué)生的個(gè)體差異。

第三，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)得不到真實(shí)數(shù)據(jù)，不能從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題?；诰€下課堂實(shí)驗(yàn)的真實(shí)數(shù)據(jù)展開(kāi)分析和討論，可以對(duì)分析方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，還可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果反思實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的問(wèn)題，是否存在不規(guī)范的操作引入實(shí)驗(yàn)誤差等，這是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生思考水平的重要環(huán)節(jié)，而這部分內(nèi)容是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

第四，虛擬仿真軟件發(fā)展至今，在操作不夠流暢、硬件需求過(guò)高、過(guò)程設(shè)計(jì)過(guò)于簡(jiǎn)單和理想化等方面仍有值得改進(jìn)之處。

圖6是學(xué)生對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較的情況，大部分(54.67%)學(xué)生認(rèn)為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)習(xí)的幫助不如線下傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，完全的線上教學(xué)讓學(xué)生們非常遺憾沒(méi)有機(jī)會(huì)熟悉現(xiàn)場(chǎng)儀器的使用。針對(duì)這一情況，秋季學(xué)期返校復(fù)課后，我們安排了實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行預(yù)約上機(jī)操作訓(xùn)練，做好虛擬實(shí)驗(yàn)和線下實(shí)操的銜接。

圖6 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較的情況調(diào)查

此外，我們可喜地看到，排除疫情防控的大背景，更多的學(xué)生(57.14%)對(duì)虛擬仿真和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相互補(bǔ)充相互結(jié)合的“線上-線下”混合式教學(xué)表現(xiàn)出了期待。

3.3 對(duì)“線上-線下”混合式教學(xué)的展望

在今后的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可充分利用本次虛擬仿真線上教學(xué)的探索經(jīng)驗(yàn)和資源，嘗試線上線下相結(jié)合，探索最大化發(fā)揮虛擬仿真軟件對(duì)線下實(shí)驗(yàn)輔助作用的方式，豐富儀器分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提升儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

第一，在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前，通過(guò)要求學(xué)生完成一個(gè)完整的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，了解安全注意事項(xiàng)，學(xué)習(xí)和掌握儀器的基本工作原理和使用方法。采取漸進(jìn)式的教學(xué)策略，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中安排傳統(tǒng)的經(jīng)典的儀器分析實(shí)驗(yàn)，線下課堂安排難度更高的實(shí)驗(yàn)，完成更豐富、更貼近生活的實(shí)際樣品的檢測(cè)。例如，在紫外-可見(jiàn)分光光度法測(cè)定微量鐵實(shí)驗(yàn)中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以設(shè)置現(xiàn)成的未知樣中鐵含量的測(cè)定，在完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，線下課堂實(shí)驗(yàn)設(shè)置實(shí)際樣品菠菜中鐵含量的測(cè)定實(shí)驗(yàn)；在原子吸收分光光度法測(cè)定鈣離子含量的實(shí)驗(yàn)中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以完成自來(lái)水中鈣離子含量的測(cè)定，線下課堂實(shí)驗(yàn)可以完成奶粉中鈣含量的測(cè)定；在電感耦合等離子體發(fā)射光譜法的實(shí)驗(yàn)中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以完成飲用水中金屬元素的測(cè)定，線下課堂實(shí)驗(yàn)可以完成土壤或農(nóng)產(chǎn)品中金屬元素的測(cè)定。線上線下遞進(jìn)式的學(xué)習(xí)內(nèi)容不會(huì)讓學(xué)生認(rèn)為是重復(fù)實(shí)驗(yàn)而覺(jué)得枯燥，反而帶著興趣和目的進(jìn)行虛擬仿真的學(xué)習(xí)，提高虛擬仿真學(xué)習(xí)的效果，同時(shí)，線下實(shí)驗(yàn)通過(guò)選取種類豐富的實(shí)際樣品，增加了儀器的實(shí)用性、實(shí)驗(yàn)的趣味性和項(xiàng)目的完整性。

第二，通過(guò)虛擬仿真對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行拓展和補(bǔ)充，開(kāi)展因設(shè)備昂貴或測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)等原因限制實(shí)際教學(xué)開(kāi)展的項(xiàng)目，讓學(xué)生接受更全面的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)本科教學(xué)與科研對(duì)接。例如增加核磁共振波譜儀、掃描電鏡等高成本、尚不能開(kāi)設(shè)本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)的大型貴重儀器的虛擬仿真線上實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生熟悉現(xiàn)代化儀器表征手段；增加耗時(shí)較長(zhǎng)的復(fù)雜樣品的前處理、儀器條件摸索和日常維護(hù)等內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生利用大型儀器解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力和高級(jí)思維。

在受疫情影響的特殊時(shí)期，學(xué)生無(wú)法真正走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的情況下，開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，不僅是緩解因延期開(kāi)學(xué)帶來(lái)的教學(xué)壓力的權(quán)宜之舉，同時(shí)也是對(duì)疫情過(guò)后進(jìn)一步開(kāi)展線上-線下融合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的積極探索。

4 結(jié)語(yǔ)

虛擬仿真技術(shù)在儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)鞏固基本理論、掌握儀器操作、熟悉實(shí)際應(yīng)用等方面可以起到積極的輔助作用。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，不能僅依靠學(xué)生的自覺(jué)完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，教師的監(jiān)督和要求可以提高學(xué)生的完成效果，使虛擬仿真資源得到充分利用。同時(shí)，目前的化學(xué)類虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)仍存在真實(shí)感不強(qiáng)、缺乏對(duì)實(shí)際實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題的模擬、不能有效培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作能力和分析解決問(wèn)題的能力等問(wèn)題，可以作為一種教學(xué)輔助手段和必要的補(bǔ)充，而不能取代應(yīng)有的線下教學(xué)步驟。常態(tài)化疫情防控背景下，我們將繼續(xù)通過(guò)日常教學(xué)實(shí)踐的不斷探索，摸索出更加行之有效的線上虛擬仿真與線下課堂實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)模式，最大化地提升儀器分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。我們也相信隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)將不斷推陳出新，在仿真度、智能化和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上不斷進(jìn)步，有望讓學(xué)生體會(huì)如真實(shí)實(shí)驗(yàn)般的實(shí)驗(yàn)結(jié)果隨環(huán)境、條件組合變化，可探索、發(fā)現(xiàn)、研究的實(shí)驗(yàn)樂(lè)趣。