虛擬實驗軟件在分析化學實驗教學中的優勢

何 丹，李勤耕，范 琦，趙 華

(重慶醫科大學藥學院，重慶 400016)

分析化學實驗是藥學及相關專業本科生的必修基礎課程之一，是一門實踐性很強的學科。通過實驗教學，不僅能使學生加深對理論知識的理解，而且能培養學生的科學思維、實驗設計、實驗操作和觀察、搜集、處理實驗數據以及撰寫實驗報告的能力，為今后在相應的工作崗位進行獨立操作打下堅實的基礎[1]。虛擬實驗室是根據現實實驗環境利用編程技術編寫的仿真性軟件，它在計算機中營造一個接近或優于真實環境的虛擬場景，實驗者借助其軟件系統可完成各種預定的實驗項目[2]。隨著社會的進步和計算機、信息技術的發展，社會對高素質人才的要求發生了很大變化，對大學生素質的要求比以往更全面、更突出[3]。因此，分析化學實驗教學必須與時代發展相適應，需要突破傳統的教學方法，運用虛擬軟件進行實驗教學，改善教學效果，提高教學質量。

1 分析化學實驗課教學的現狀

1.1 教學內容安排不合理

我校分析化學實驗課程為72學時，其中化學分析實驗44學時，儀器分析實驗28學時，后者的學時數遠遠少于前者。目前開展的實驗大多是滴定分析，由于有些儀器的缺乏和實際操作的原因，很難開展儀器分析實驗。而儀器分析的實驗主要是紫外可見分光光度法，沒有熒光和紅外實驗項目，氣相色譜和液相色譜由于儀器數量極少而學生又較多，只能開展示教實驗，學生無法動手操作。這種實驗內容的安排不利于學生學習和掌握儀器分析的知識和實驗技能。

1.2 教學方式程式化

在教學方式上，由于現有條件的限制基本以教師講授為主，從實驗原理到實驗的每個步驟，都進行詳盡的講解。這是一種典型的“填鴨式”教學，使得學生有很強的依賴性，不預習，不自主學習，不思考問題。單向程式化的教學方式壓抑了學生的想象力和積極主動學習的意識，同時學生也覺得授課方式很枯燥、很瑣碎，課堂氣氛沉悶。

1.3 實際操作刻板

傳統的實驗教學偏重于對所學知識的驗證，要求學生在規定時間內，根據實驗指導規定的步驟和方法，對理論教學知識進行驗證，然后按照規定的格式寫出實驗報告。學生往往是“按方抓藥”，只求結果，不去思考實驗中遇到的問題。這樣的實驗教學方法培養出來的學生往往以完成任務為主，不主動學習，創新意識弱，分析解決問題的能力很難提高。

1.4 教學手段單一

老師教學多采用實物講解、示范的形式，但由于條件限制，不能充分運用多媒體技術輔助教學。由于學生人數多，有些學生看不清老師的示范，操作起來很容易出錯。尤其是儀器分析的知識比較枯燥、抽象，學生難以理解掌握，而有的儀器精密貴重，試驗耗材費用高、數量少，使得學生往往只能觀摩或接觸儀器1～2次，遠遠滿足不了企業、科研單位對人才的需求。藥檢所、環保局、防疫站、研究所、生產企業等各種機構對高效液相色譜儀、氣相色譜儀、分光光度計、質譜儀等設備的依賴幾乎到了不可或缺的地步，但這些精密儀器的操作人員目前有很大的缺口[4]。

2 虛擬實驗軟件教學的優勢

2.1 虛擬實驗的開放性

傳統實驗室由于時間和教師因素，學生只能在規定的時間進行實驗操作，有很大的局限性。而網絡技術的特點就是開放性，將虛擬實驗軟件應用于實驗，學生在任何時間和地點都可以通過網絡終端鏈接到服務器進行實驗操作和復習。

2.2 虛擬實驗內容的可擴展性

傳統的實驗由于受學時數和實驗經費的限制，開設的實驗數量有限，而且有些實驗由于試劑昂貴或具有一定的毒性和環境污染而不具有可行性。這使得實驗數量和項目非常有限，造成學生實踐技能和經驗掌握不足。利用虛擬實驗軟件，將傳統實驗室虛擬化，可以突破時間及環境條件的限制，開設一些通常條件下無法開設的實驗，如破壞性、設計性實驗等，以充分培養和鍛煉學生各方面的技能。

2.3 虛擬實驗的交互性

學生在操作虛擬實驗時，可自行設計。實驗的試劑、樣品的制備與處理等都可按照自己的設計進行，學生可真正參與實驗的前期工作。學生設計出不同的實驗條件，軟件就會按照既定條件給出實驗結果，學生和軟件能很好地互動。這與以往照書本一步一步做實驗有很大的區別，學生會變被動學習為主動學習，思考實驗所涉及到的問題，大大提高學習的積極性和創新性。

2.4 虛擬實驗操作的生動性

虛擬實驗軟件在制作的過程中運用了一些動畫和音樂，畫面鮮艷活潑，音樂輕快愉悅。學生操作起來生動有趣，大大提高了學生學習的積極性和主動性。學生通過虛擬實驗的操作，可以更好地鞏固理論知識，達到實踐教學的目的。

3 實施成效

我院通過引入虛擬實驗軟件改革教學，學生對分析化學實驗課的興趣和重視程度大大提高，實驗積極性增強，能在課前主動預習；實驗時操作興趣高，積極思考，和同組同學的交流討論增多，提高了分析問題和解決問題的能力。通過設計研究性實驗，提高了學生獨立開展科研工作的能力和創新意識。虛擬實驗不受時間和空間的限制，學生根據自己的實際情況選擇學習，學習很有針對性，效率也高。同時，教學中的一些實驗內容和當前學科發展水平接近，學生還可了解學科發展的動向。

4 展望

虛擬實驗室教學作為一種新的教學手段，必然有不足之處。在看到虛擬技術帶來的便利的同時，也要注意其相應的副作用，如整個實驗過程中缺乏師生之間必要的情感交流等。但不可否認的是，隨著教學方式的改革，隨著信息技術的發展，它必將成為實驗教學不可或缺的重要方式，更能提高實驗的教學質量和效果。

[1]宋亞玲.執業藥師立法對藥學教學改革的導向作用[J].西北醫學教育，2006，14(5)：13－14.

[2]李衛東.虛擬實驗室發展現狀及有關思考[J].中國藥理通訊，2009， 26(4)：65－66.

[3]王新會，郝培鋒，張偉宏.大學信息課程教學中先進的教學思想研究[J].中國冶金教育，2002(3)：31－33.

[4]狄 斌，吳春勇，李 博.在儀器分析教學中引入仿真教學手段的思路[J].藥學教育，2005，21(5)：13－15.