虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)在食藥監(jiān)管專業(yè)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

夏河山,程 萍

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 451460)

分析化學(xué)是高職食藥監(jiān)管專業(yè)課程體系的重要組成部分，起到了承上啟下(前有基礎(chǔ)化學(xué)、后有食品藥品理化檢驗(yàn)等課程)的作用。本課程理論知識(shí)學(xué)習(xí)及專業(yè)儀器設(shè)備操作訓(xùn)練能夠培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和創(chuàng)新思維，以及運(yùn)用分析化學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。實(shí)驗(yàn)作為分析化學(xué)課程的重要組成，是將理論與實(shí)踐相融合的具體應(yīng)用[1-3]。如何更好實(shí)施分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，關(guān)系到創(chuàng)新人才培養(yǎng)，值得每一位分析化學(xué)教師在日常教學(xué)活動(dòng)中思考與改進(jìn)。

一、食藥監(jiān)管專業(yè)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問題

(一)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)少

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)涵蓋化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)和儀器分析實(shí)驗(yàn)，是藥學(xué)、中藥、食藥監(jiān)管等專業(yè)的必修實(shí)驗(yàn)課，在相關(guān)專業(yè)課程體系中占有重要地位。目前我校食藥監(jiān)管專業(yè)分析化學(xué)教學(xué)總學(xué)時(shí)為64學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)38學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)26學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)共有14個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其中13個(gè)化學(xué)分析項(xiàng)目、1個(gè)儀器分析項(xiàng)目。在教學(xué)實(shí)施過程中，通常只能完成化學(xué)分析部分的內(nèi)容，儀器分析部分根本無法進(jìn)行，最多只能讓學(xué)生觀摩老師的操作，甚至連觀摩操作也難以做到。

(二)實(shí)驗(yàn)設(shè)備不完善

總體來看，本實(shí)驗(yàn)課程安排的應(yīng)用型和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)相對偏多，操作過程步驟復(fù)雜，數(shù)據(jù)整理計(jì)算煩瑣，所需儀器設(shè)備種類繁多，由于受到實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和場地限制，氣相色譜、高效液相色譜等儀器分析部分所需的儀器設(shè)備數(shù)量有限，根本無法滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)對于儀器的數(shù)量需求。

(三)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容缺乏創(chuàng)新

目前進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)大多為經(jīng)典的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，通常是教師先做簡短講解，然后學(xué)生各自回實(shí)驗(yàn)臺(tái)自行實(shí)驗(yàn)，因此操作受到場地、設(shè)備等因素制約，無法開展綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。對于部分學(xué)生來講，進(jìn)行這種單純理論知識(shí)驗(yàn)證只是被動(dòng)重復(fù)，實(shí)驗(yàn)過程照本宣科，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也沒有深究，學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課興趣不是很高[4]。

(四)實(shí)驗(yàn)考核不夠全面

實(shí)驗(yàn)考核的目的是檢驗(yàn)學(xué)生對知識(shí)的掌握情況和動(dòng)手操作能力，目前普遍采用的考核評價(jià)手段是將實(shí)驗(yàn)納入期末筆試考試，學(xué)生平時(shí)的實(shí)驗(yàn)操作過程與實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫僅作為考核輔助部分。很顯然，這種評價(jià)手段不能全面、科學(xué)評價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)情況[4]。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)在食藥監(jiān)管專業(yè)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)際運(yùn)用

(一)建立虛擬實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行平臺(tái)

鑒于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的諸多問題和近年新冠肺炎疫情影響，一些高校相繼開展了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室、移動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等智能化教學(xué)資源建設(shè)，目的是利用平臺(tái)的開放性、交互性和可擴(kuò)展性等特點(diǎn)，充分發(fā)揮在線教學(xué)的科技優(yōu)勢。學(xué)生在手機(jī)端即可輕松實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，創(chuàng)新了實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程。目前已有國內(nèi)高校研發(fā)出了基礎(chǔ)化學(xué)、分析化學(xué)等實(shí)驗(yàn)課程的虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)[5]，學(xué)生可在平臺(tái)上自主完成理論知識(shí)學(xué)習(xí)、模擬分析實(shí)驗(yàn)操作、問題交互等任務(wù)。教師通過平臺(tái)全方位跟蹤教學(xué)動(dòng)態(tài)，學(xué)生及時(shí)反饋教學(xué)評價(jià)，師生之間形成立體交互互動(dòng)模式產(chǎn)生高效思維碰撞，實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生、軟件與硬件的多維度互動(dòng)。這種新型智慧化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式為學(xué)生創(chuàng)造了一個(gè)可以完全自主學(xué)習(xí)的環(huán)境，有效調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)化學(xué)理論知識(shí)掌握與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ρ由臁?/p>

(二)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M軟件的研制

通過與校外有實(shí)力的軟件開發(fā)公司或校內(nèi)教師合作，開發(fā)出符合學(xué)校實(shí)際及專業(yè)課程需求的虛擬實(shí)驗(yàn)軟件，特別是針對日常教學(xué)中無法或完成較為困難的儀器分析實(shí)驗(yàn)，以及具有有毒有害、易燃易爆實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，制作成交互式教學(xué)軟件，上傳至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)供學(xué)生開放使用，可有效克服常規(guī)實(shí)驗(yàn)條件不足的困難，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

(三)采用線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，將分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的部分環(huán)節(jié)引入網(wǎng)絡(luò)，形成線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式。采用線上學(xué)習(xí)模式進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，教師可將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分解成若干部分，將各部分錄成視頻，上傳至線上教學(xué)平臺(tái)，供學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課前自行觀看，學(xué)生對該實(shí)驗(yàn)的原理、儀器設(shè)備、操作步驟等提前熟悉，可以讓學(xué)生帶著問題和猜想進(jìn)入實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。

在實(shí)驗(yàn)課堂上，通過分組實(shí)驗(yàn)讓每一位成員參與到實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，培養(yǎng)學(xué)生細(xì)致入微的觀察能力，團(tuán)隊(duì)成員通過討論實(shí)際操作過程中遇到的問題相互糾錯(cuò)，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和步驟，達(dá)到共同進(jìn)步的目的。

例如，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中的氣相色譜儀、高效液相色譜儀實(shí)驗(yàn)在過去常規(guī)教學(xué)中，都是由教師講解原理、操作步驟并演示給學(xué)生看，學(xué)生基本上沒有操作的機(jī)會(huì)。利用虛擬實(shí)驗(yàn)軟件進(jìn)行模擬時(shí)，可以將儀器的各個(gè)部件(如進(jìn)樣器、色譜柱、檢測器等)單獨(dú)拆分開來，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)、組裝、應(yīng)用，并且可以無限次重復(fù)進(jìn)行，畫面生動(dòng)逼真，學(xué)生能清楚觀察到實(shí)驗(yàn)過程和現(xiàn)象，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望。

對于在課堂上由于時(shí)間有限無法完成的任務(wù)，可將任務(wù)上傳到線上平臺(tái)，學(xué)生可以在教師的指導(dǎo)下利用課余時(shí)間繼續(xù)完成。

在實(shí)驗(yàn)任務(wù)完成后，教師批改學(xué)生線上提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，整理匯總存在問題，并及時(shí)反饋與學(xué)生交流討論，這樣可以客觀、全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，方便老師根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行下一階段實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

在期末測試階段，可以利用教學(xué)平臺(tái)讓學(xué)生在沒有任何提示的情況下獨(dú)立完成某一實(shí)驗(yàn)的所有操作，教師根據(jù)操作情況和所用時(shí)間給出分?jǐn)?shù)，可以有效彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)部分難以開展考核的不足。

三、結(jié)語

在食藥監(jiān)管專業(yè)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與虛擬仿真技術(shù)相結(jié)合，把現(xiàn)代多媒體技術(shù)運(yùn)用于實(shí)踐教學(xué)中，建立虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，并根據(jù)專業(yè)教學(xué)要求特點(diǎn)對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行整合優(yōu)化，對教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)提高，不僅節(jié)約了學(xué)校教學(xué)資源、豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而且使學(xué)生對理論知識(shí)的理解更加透徹，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造能動(dòng)性，提高了分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)質(zhì)量。

需要注意的是，虛擬實(shí)驗(yàn)雖然能夠起到輔助教學(xué)的作用，但無法完全取代動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，更不能使學(xué)生獲得基本的實(shí)驗(yàn)操作技能，只有將虛擬與現(xiàn)實(shí)、現(xiàn)代與傳統(tǒng)教學(xué)方法有機(jī)結(jié)合，才能最大程度發(fā)揮作用，最終達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。