在中醫藥院校構建無機化學模擬實驗室

吳品昌 史銳 方德宇 張曉麗

摘 要 無機化學是一門理論和實踐相結合的學科，很多理論是學生通過大量實驗操作來掌握的，實驗教學具有很重要的地位，可以解決課堂教學中出現的問題，突破傳統的教學理念，借助于網絡和平臺實現技術建立模擬實驗室系統。采用Flash技術構建無機化學虛擬實驗室，不僅可以提高教學質量，完成教學目標，而且可以推進實驗教學改革，建立以互聯網教學與個體實踐為主的新型教育方式。

關鍵詞 無機化學；模擬實驗室；Flash技術；中醫藥院；虛擬實驗

中圖分類號：G482 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）08-0054-03

Constructing Inorganic Chemistry Simulation Laboratory in Chinese Medicine Colleges//WU Pinchang， SHI Rui， FANG Deyu， ZHANG Xiaoli

Abstract Inorganic chemistry is a discipline that combining theory and practice， a lot of students to master the theory is through a lot of

experimental operation， experimental teaching plays a very impor-tant role， can solve the problems in classroom teaching， break the traditional teaching concept， with the aid of the network platform and

to achieve the establishment of simulation laboratory system. The

construction of Virtual Laboratory of inorganic chemistry by using

Flash technology， not only improve the quality of teaching and a-

chieve the teaching goal， but also to promote the reform of experi-mental teaching， establish a new mode of education in teaching and practice based individual internet.

Key words inorganic chemistry； simulation laboratory； Flash tech-nology； Chinese medicine colleges； virtual experiment

1 前言

在教育部本科教學評估中，實驗和實踐教學是一項重要的考查內容。無機化學是一門理論和實踐相結合的學科，很多理論是通過實驗操作來實現和驗證的，可以說實驗教學在無機化學教學過程中具有很重要的地位和作用，也是課堂教學的重要部分。在中醫藥院校中，中藥學、藥學、制藥等相關專業都需要學習無機化學，讓學生在無機化學實驗中通過足夠的性質實驗和綜合設計性實驗，充分掌握課堂教學中的內容，提高實驗操作技能，提升學生分析問題和處理問題的能力，并形成獨立的科研思維能力，對后續的課程學習和科研生活都有很大幫助。所以，在教學過程中要進行實驗教學改革，加強實驗室建設，突破傳統的教學方式，適應時代需求[1]。

建立無機化學模擬實驗教學實驗室，可以借助網絡，使學生在計算機或手機端實現實驗操作，擴展實驗課堂的時間和空間，提高授課效率；便于實驗室管理，減少實驗耗材消耗，降低實驗課的成本；可以開展一些污染大、成本高的實驗。因此，教學工作者要充分利用網絡資源，構建模擬實驗室，增強教學效果[2]。

2 構建模擬實驗室的必要性

模擬實驗室可以加強對學生的能力培養 目前，很多學校的實驗教學由于受場地和經費的影響，還局限于教師的講述和演示，完全限制學生的發散性思維和創新能力的培養，不符合專業人才培養目標。而模擬實驗室具有先天的優勢，可以將不同類型的實驗通過教學平臺，全部向學生和訪客開放，大大擴展實驗內容，包括在現實實驗中很難開展的維護成本非常高的儀器實驗，讓學生通過實驗教學平臺喜歡上實驗，提高實驗能力，拓展科研能力，實現思維的創新。

解決教學資源緊張 隨著國家對中藥產業的重視，學校對中藥等相關人才的培養格外重視。學校需要精英教學，而實驗儀器價格昂貴、更新速度快、維護費用高，現有的實驗教學設備就顯得緊張。另外，實驗的耗材也是很大的開支。這就造成實驗教學只能以教師講授、學生看和聽為主，極大地壓縮了學生的親自動手操作機會，限制了動手實踐能力的培養。模擬實驗室可以解決這些問題，相同的成本，網絡教學平臺可以開出更多組的實驗，不需要儀器維護，實驗儀器隨時跟新，讓更多的學生參與實驗，緩解學校教學資源緊張問題[3]。

突破傳統的教學方式，實現教學目標 傳統的實驗教學還是以教師講、學生看為主，把實驗的結果現象強加灌輸給學生，束縛了學生的發散思維，違背了自然科學實驗的本質。作為教育者，要突破傳統的教學方法和手段的束縛，將虛擬技術應用于傳統教學中，探索個體教學和現代教育技術相結合的新型教學方式，促進學校對學生培養目標的實現。

3 模擬實驗室的研發定位

實驗教學的終極目標是激發學生學習興趣，培養學生創新精神，提高學生操作實踐能力。根據實驗教學特點，將實驗內容分為性質實驗、探究實驗和綜合實驗。在長期的實驗教學中存在很多問題，會直接影響教學質量，包括：有的實驗步驟完成困難，有的實驗具有很大的危險性，有的實驗現象觀察困難。模擬實驗系統具有強大的交互功能，能夠實現即時操作，對微現象進行觀察，操作的反復進行，克服了傳統實驗操作中重復性差的問題。因此，模擬實驗室的構建能夠有效解決傳統實驗中存在的問題，提高教學質量，完成教學目標[4]。

4 模擬實驗室的功能設計描述

虛擬演示實驗 該模塊包括典型儀器介紹、綠色虛擬實驗、微型探究實驗。虛擬演示實驗通過實驗目的介紹、實驗儀器自選、操作演示、自行虛擬操作、實驗結果記錄來實現，將實驗操作步驟通過連續演示和分步驟演示，以動畫形式展現給學習者。虛擬操作：分為動畫展示和以工具軟件進行操作，通過鼠標對實驗儀器的拉拽來實現實驗的操作。實驗儀器展示：對于在實驗中涉及的儀器，采用圖片或三維動畫形式展示。實驗介紹：按照順序對實驗的目的、材料、步驟、意義、注意事項等以文字形式進行介紹。

模擬探究實驗 將虛擬探究實驗設計成五大模塊：介紹實驗儀器、設計實驗方案、尋找支撐軟件、教師實驗指導及分析典型實驗案例。實驗儀器展示：實驗主要儀器以可控的三維立體圖片展示。設計實驗方案：介紹實驗目的，分析實驗任務，討論設計實驗實施方案。支撐軟件：選擇合適的實現技術，確定以Flash為主要實現工具，建立實時交互的實驗操作環境。實驗指導：對學生在虛擬操作過程中出現的問題進行把關指導，并備有文字指導指示。案例分析：對于經典的實驗內容進行分析，對學生的其他實驗具有很大幫助。

實驗儀器介紹 將實驗儀器的介紹以二維和三維的圖片形式展示，再配上對儀器的介紹，包括儀器的構成、在實驗中的作用、使用過程中的注意事項以及經典使用案例。三維展示：采用參數化建模工具對實驗儀器進行建模；能夠實現各儀器之間以及部件之間的交互控制。二維展示：提供實驗儀器的矢量圖片。器材照片：提供實驗儀器的照片。主要用途：以文字形式介紹儀器的規格、用途。

模擬實驗室的運行環境 硬件設備最低要求：P4 2.0 G

處理器，1 G內存，80 G硬盤。操作系統要求Windows 2000或以上版本。播放器要求Flashplayer 8.0或以上版本。瀏覽器要求IE 7.0或以上版本。分辨率要求1024*768或更高。

5 模擬實驗室系統的實現技術

目前網絡上模擬實驗室的構建技術非常多，每個技術方法各有優缺點，選擇不同的方法，與要達到的終端目標效果分不開，只有技術含量更高的構建技術，才能實現更高的終端目標和效果。國內外目前使用的方法技術，包括Java、VRML、QuickTime VR、ActiveX、Flash等[6]。

VRML技術 VRML即虛擬現實建模語言，是描述交互環境與三維造型的語言，可以在瀏覽器上建立3D多媒體，也可以實現虛擬世界的共享。VRML能夠實現真正的三維效果，但是技術本身不具有網絡功能，需要借助于其他語言才能實現網絡功能。同時，VRML開發技術比較煩瑣，掌握和使用開發都比較困難[6]。

ActiveX技術 ActiveX最早是Microsoft提出的，是使用COM軟件運行交互的技術集，不需要編程語言。它是針對Internet開發應用的技術，被廣泛使用于Web服務器以及客戶端各方面。ActiveX是構建控件進行應用的，而ActiveX控件是OLE控制的更新版本，兼容不同組件的相互操作。ActiveX代碼具有復用性，這樣同一種實驗儀器就可以在多個實驗環境中重復使用[5-6]。

QuickTime VR技術 蘋果公司所研發的QuickTime VR是跨平臺多媒體套件，兼容各種格式的影片、流媒體、動畫、圖片、聲音以及具有互動效果的虛擬技術，是一種基于圖像的動態顯示技術。用QuickTime VR來實現虛擬實驗，不需要高端的硬件，瀏覽器需要安裝QuickTime插件，需要將全景圖片制作成.mov格式。另外，網絡傳遞速度也不是特別快[6]。

Flash技術 Flash是一種基于矢量圖形的交互式創作軟件，具有很高的功能性，能形成體積很小的動畫，也能夠在網絡上直接運行，而且一次制作的Flash影片能夠不受平臺限制，隨時進行版本的更新，基本可以實現大多數用戶的需求。ActionScript是Flash的腳本語言，在Hash應用程序的開發過程中起著關鍵性作用。其中的XMLSocket具有進行Socket通信的能力，只要支持Socket的語言就可以進行通信，實現實時仿真。ActionScript是面向對象的腳本語言，實時動作控制著對象，這種交互性適合實時虛擬。基于Flash的優點分析，發現非常適合作為虛擬實驗的實現技術，也符合化學實驗教學的特點，所以采用 Flash技術實現虛擬實驗室的構建[6]。

以上實現技術的分析對比見表1。

6 中醫藥院校建設模擬實驗室的意義

對于中醫藥院校來說，無機化學實驗是中藥和藥學等相關專業的專業基礎課，對后續課程的學習和實驗技能的培養有著很重要的作用。運用模擬實驗室不僅可以提高課堂效率，而且創造了一個智能而又開放的實驗操作環境，使學校能夠充分利用有限的資金實現簡單有效的模擬實驗技術，從而增加學生動手的機會，提高學生自主創新能力，使學生的學習不受時間、地點、條件的限制，為學生提供一個真實的、交互的、可控的實驗環境，進而更好地提高實驗教學的質量，很好地完成人才培養目標[7]。

參考文獻

[1]張剛，羅小華，賀利芳，等.構建網絡虛擬實驗室技術研究[J].實驗室研究與探索，2008，27（3）：55-58.

[2]石春和，蔡培中，等.支持計算機協同操作的虛擬實驗室的研究開發[J].計算機工程與應用，2003（30）：150-152.

[3]羅湘南，胡平亞.基于Flash的仿真實驗課件交互功能設計[J].中國科技信息，2006（13）：258-259.

[4]宋象軍.虛擬實驗室在高校實驗教學中的應用前景[J].實驗技術與管理，2005，22（1）：35-37.

[5]Ramat E， Preux P.Virtual laboratory environment

（VLE）： a software environment oriented agent and object

for modeling and simulation of complex systems[J].

Simulation Modeling Practice and Theory，2003，11（1）：

45-55.

[6]楊昱，徐雅琴，楊玉玲，等.無機化學仿真虛擬實驗室構建和實現方法研究[J].高等農業教育，2011，3（3）：50-52.

[7]魯云燦，胡珊，楊春，等.化學虛擬實驗中序列化技術的應用與研究[J].計算機與應用化學，2008，25（1）：111-114.