虛擬實(shí)驗(yàn)在藥物分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：將虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于藥物分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)，推動(dòng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與發(fā)展。闡述了藥物分析虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用，為其他學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)；藥物分析；教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2013）06（b）-0000-00

藥物分析是藥學(xué)專業(yè)的主要專業(yè)課程之一，是研究與發(fā)展藥品全面質(zhì)量分析與控制的科學(xué)。通過藥物分析課程的理論與實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生具備全面質(zhì)量控制的觀念。實(shí)驗(yàn)課在藥物分析課程教學(xué)中占有重要的地位，然而隨著高校的擴(kuò)招以及新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段由于場(chǎng)地、儀器設(shè)備等條件的制約已經(jīng)不能完全滿足日益擴(kuò)大的教學(xué)需求。虛擬實(shí)驗(yàn)打破時(shí)空限制，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，還可以促進(jìn)教學(xué)觀念與形式的變革。本文闡述了虛擬實(shí)驗(yàn)在藥物分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的主要應(yīng)用，以期促進(jìn)藥物分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與發(fā)展并為其他學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)。

1 虛擬實(shí)驗(yàn)及其在教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

虛擬實(shí)驗(yàn)起源于20世紀(jì)90年代，是采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）產(chǎn)生和發(fā)展起來的一種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。虛擬實(shí)驗(yàn)將軟件和硬件結(jié)合，借助計(jì)算機(jī)或者計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)模擬傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備等進(jìn)行各種仿真操作。一般多指借助于仿真、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等在計(jì)算機(jī)上營造可以輔助或者部分替代甚至完全替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)的軟硬件操作環(huán)境，實(shí)驗(yàn)者可以像在真實(shí)的環(huán)境中一樣完成各種預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，所取得的訓(xùn)練效果等價(jià)于甚至優(yōu)于在真實(shí)環(huán)境中所取得的效果[1]。

虛擬實(shí)驗(yàn)建立在虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境之上，是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式的革新，與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)相比具有以下優(yōu)勢(shì)：首先有利于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)逼真、交互性強(qiáng)，可通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊自由地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，充分體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)者實(shí)驗(yàn)操作的自主性。虛擬實(shí)驗(yàn)方式類似玩游戲，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。良好的實(shí)驗(yàn)氛圍與人機(jī)交互界面明顯地增強(qiáng)了學(xué)生的求知欲，學(xué)生能主動(dòng)地預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果明顯提高。其次，有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和解決問題的能力。虛擬實(shí)驗(yàn)一方面擺脫了實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間和空間的限制。結(jié)合開放實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以利用課余時(shí)間進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)操作。另一方面虛擬實(shí)驗(yàn)拓展了實(shí)驗(yàn)的范圍，一些在真實(shí)實(shí)驗(yàn)條件下難以或無法開展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)來完成。在虛擬實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可大膽地進(jìn)行嘗試，不必?fù)?dān)心儀器損壞、試劑消耗。學(xué)生的心理顧慮消除，更主動(dòng)、大膽地進(jìn)入實(shí)驗(yàn)中，從而能更好地拓展了創(chuàng)新能力和解決問題的能力。

2 虛擬實(shí)驗(yàn)在藥物分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 真實(shí)實(shí)驗(yàn)課前預(yù)習(xí)

在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式中，學(xué)生預(yù)習(xí)很難取得滿意的效果，主要是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)抽象枯燥，影響了學(xué)生預(yù)習(xí)的興趣。例如藥物分析實(shí)驗(yàn)中一些儀器設(shè)備的使用，學(xué)生在之前的化學(xué)實(shí)驗(yàn)中雖然接觸過但是仍然認(rèn)識(shí)抽象。虛擬實(shí)驗(yàn)則可以解決學(xué)生預(yù)習(xí)時(shí)遇到的這些問題，從而可以用于開展真正實(shí)驗(yàn)前的指導(dǎo)。通過虛擬實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)有助于學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容，充分弄懂實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)過程、熟悉實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的使用。同時(shí)學(xué)生還可根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況，反復(fù)模擬操作，鞏固對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，提高實(shí)驗(yàn)水平。在虛擬實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)階段，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程有了初步的了解。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)際操作，學(xué)生能夠有備而來，實(shí)驗(yàn)?zāi)康母用鞔_，對(duì)一些關(guān)鍵步驟和容易出現(xiàn)的問題也是心中有數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，還可對(duì)兩種實(shí)驗(yàn)方式及結(jié)果加以比較，分析在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的各種因素，了解實(shí)驗(yàn)偏差產(chǎn)生的原因，減少傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中盲目操作、損壞設(shè)備等現(xiàn)象，提高真實(shí)實(shí)驗(yàn)的效率及實(shí)際實(shí)驗(yàn)的技能。

2.2 虛實(shí)結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)

采取虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)方式。將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)或經(jīng)典實(shí)驗(yàn)操作通過錄像或仿真模擬的方式，讓學(xué)生互動(dòng)學(xué)習(xí)，掌握基本的實(shí)驗(yàn)技能。在進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生能充分搞清實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過程和儀器設(shè)備的使用，提高真實(shí)實(shí)驗(yàn)的效率和水平。藥物分析虛擬實(shí)驗(yàn)通過對(duì)實(shí)際儀器操作環(huán)境和操作過程的模擬，并通過人機(jī)交互方式輸入?yún)?shù)同時(shí)給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生可以借此掌握藥物分析實(shí)驗(yàn)基本操作和方法，增強(qiáng)實(shí)踐能力，彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足。由于大型的現(xiàn)代分析儀器價(jià)格比較昂貴，很多高校數(shù)量有限。使得在實(shí)際的教學(xué)中無法做到人手一臺(tái)， 怎樣讓學(xué)生充分掌握這些大型儀器的基本操作和技能便成為一個(gè)難題。特別是在進(jìn)行一些探索性實(shí)驗(yàn)時(shí)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)儀器的操作流程以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)只能是教師演示，學(xué)生的實(shí)際操作機(jī)會(huì)較少。虛擬實(shí)驗(yàn)將細(xì)致復(fù)雜的儀器操作流程及內(nèi)部結(jié)構(gòu)用動(dòng)畫的形式展現(xiàn)出來，模擬真實(shí)的場(chǎng)景，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，大大提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。例如在實(shí)驗(yàn)液相色譜法測(cè)定藥物含量中，運(yùn)用ActionScript程序建立了場(chǎng)景化實(shí)時(shí)交互液相色譜虛擬儀器和虛擬實(shí)驗(yàn)[2]。通過實(shí)時(shí)改變操作參數(shù)，考察不同色譜條件下乙酰水楊酸和水楊酸動(dòng)態(tài)色譜流出曲線，并定量分析虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.3 用于開放實(shí)驗(yàn)和成績?cè)u(píng)價(jià)

開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是將實(shí)驗(yàn)室全天開放，對(duì)一些實(shí)驗(yàn)課內(nèi)沒有開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可在課外開放實(shí)驗(yàn)室中通過虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，使學(xué)生能夠全面深刻掌握課本的知識(shí)。學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇時(shí)間進(jìn)行自己感興趣的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的創(chuàng)造精神和綜合素質(zhì)得到更好地培養(yǎng)。學(xué)生填寫開放實(shí)驗(yàn)申請(qǐng)表后，在規(guī)定的時(shí)間進(jìn)人實(shí)驗(yàn)室按照自主選擇的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的積極性得到提高，虛擬實(shí)驗(yàn)的開放有效地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力[3]。

科學(xué)完善的實(shí)驗(yàn)考核評(píng)估體系不僅是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的基礎(chǔ)，也是提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的根本保障。隨著實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)操作考試在實(shí)驗(yàn)教學(xué)成績考核項(xiàng)目中的比例逐漸增加。藥分實(shí)驗(yàn)操作考試包括容量分析正確規(guī)范的操作和分析儀器的使用等。對(duì)于一些大型價(jià)格昂貴的儀器進(jìn)行操作考試，學(xué)生由于操作不熟練特別是考試時(shí)緊張常常會(huì)操作失誤甚至損壞儀器。因此這些操作考試很難有效開展。為此我們制訂了虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的考核評(píng)定方案，兼顧考核學(xué)生虛擬實(shí)驗(yàn)情況，及真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作的動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)定。

3 結(jié)語

虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用和發(fā)展，改變了傳統(tǒng)教育觀念，深化了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，更新了實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與綜合能力。虛擬實(shí)驗(yàn)在實(shí)踐教學(xué)中發(fā)揮的作用雖然十分明顯，但虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境沒有實(shí)物，實(shí)驗(yàn)過程完全理想化，對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)中的一些異?，F(xiàn)象或微小變化缺乏模擬，這又不利于學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。因此虛擬實(shí)驗(yàn)不能完全地代替真實(shí)實(shí)驗(yàn)。只有將二者有機(jī)結(jié)合，依托真實(shí)實(shí)驗(yàn)，輔以虛擬實(shí)驗(yàn)，才能更好地為教學(xué)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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