創(chuàng)建大型分析儀器虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的思考與建議—以亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院藥學(xué)院為例

權(quán)春梅，周光姣，丁瑞蘋，曹 帥

(1.亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 亳州 236800；2.亳州學(xué)院，安徽 亳州 236800)

亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院藥學(xué)院目前有中藥、藥學(xué)、藥品質(zhì)量安全、藥品生產(chǎn)技術(shù)等藥學(xué)類專業(yè)，在這些藥學(xué)類專業(yè)的教學(xué)過程中，《儀器分析》和《藥品質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)》這兩門課程是學(xué)生必須學(xué)習(xí)的專業(yè)核心課程，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的藥品質(zhì)量檢測(cè)技能將起到關(guān)鍵的作用。

《儀器分析》是藥學(xué)類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過該課程的學(xué)習(xí)主要讓學(xué)生掌握在藥品質(zhì)量分析檢驗(yàn)中常用的一些儀器的結(jié)構(gòu)、原理、使用及分析方法和技術(shù)，該課程在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、實(shí)驗(yàn)技術(shù)及科學(xué)素養(yǎng)方面起著非常重要的作用；而《藥品質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)》主要學(xué)習(xí)與藥物及其制劑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的基本內(nèi)容、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)及質(zhì)量控制方法以及最新分析測(cè)試技術(shù)。通過這兩門專業(yè)核心課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握藥品質(zhì)量檢測(cè)的基本知識(shí)和操作技能。在這兩門課的教學(xué)尤其是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，筆者總結(jié)了如下的問題：

1 教學(xué)中存在的問題

《儀器分析》課程是一門綜合學(xué)科，內(nèi)容涉及物理、化學(xué)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等，內(nèi)容較為復(fù)雜、抽象、枯燥，然而我校學(xué)生的物理、化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)較為薄弱，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍感覺較難理解和掌握，因此學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不是特別理想。目前，該課程的教學(xué)采用的是理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的方式進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是《儀器分析》課程教學(xué)活動(dòng)中重要的一環(huán)，而《儀器分析》課程又是《藥品質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)》的基礎(chǔ)，這兩門課在實(shí)驗(yàn)過程中存在的問題突出表現(xiàn)在：

1.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中儀器臺(tái)數(shù)與學(xué)生人數(shù)之間的矛盾

近年來，學(xué)生人數(shù)的增多使得實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地?fù)頂D，人均儀器臺(tái)套數(shù)下降，以亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院藥學(xué)院為例，根據(jù)筆者每學(xué)期帶儀器分析實(shí)驗(yàn)的情況來分析，紫外-可見分光光度計(jì)大約是平均每4人一臺(tái)，高效液相色譜儀大約是每6人一臺(tái)，而原子吸收分光光度計(jì)及氣相色譜儀大約每10人一臺(tái)，因此，儀器臺(tái)數(shù)與學(xué)生人數(shù)之間的矛盾非常突出，可能很難達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。另外，大多數(shù)儀器價(jià)格比較昂貴，實(shí)驗(yàn)耗材的消耗量也比較大，雖然學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)非常支持學(xué)生實(shí)驗(yàn)的開展和實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的投入，但是要真正滿足實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不斷更新和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的全部開設(shè)仍然還有一定的難度，因此，造成一些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容只能教師講授大部分學(xué)生觀摩的現(xiàn)象出現(xiàn)，不利于提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性。

1.2 儀器的封閉與實(shí)驗(yàn)中的安全問題

在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)中用到的儀器基本都是封閉的，儀器的很多部件無法拆開給學(xué)生看，因此，學(xué)生無法真正理解和掌握儀器的原理、構(gòu)造及過程，這仍然不利于學(xué)生加深對(duì)抽象的理論知識(shí)的理解和學(xué)習(xí)。除此之外，實(shí)驗(yàn)中的安全問題也是造成很多實(shí)驗(yàn)無法開展的原因。

1.3 實(shí)驗(yàn)耗時(shí)太長(zhǎng)

這兩門課程中的大多實(shí)驗(yàn)都需要對(duì)藥品進(jìn)行預(yù)處理，并且有的儀器由于實(shí)驗(yàn)操作要求較高、操作步驟繁瑣(比如高效液相色譜儀)，所以對(duì)于大多數(shù)實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)課時(shí)的時(shí)長(zhǎng)學(xué)生根本無法完成，這不僅不利于教學(xué)效果的實(shí)現(xiàn)，有時(shí)也會(huì)給班級(jí)其他課程的安排帶來不便。

2 開展虛擬仿真教學(xué)的必要性和重要性

所謂虛擬仿真教學(xué)就是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、仿真技術(shù)和信息技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上建立起一套反應(yīng)性與真實(shí)分析儀器完全相同的虛擬分析系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)[1-2]。學(xué)生直接在計(jì)算機(jī)上通過仿真軟件了解相關(guān)儀器的結(jié)構(gòu)、原理，還可以進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)?zāi)M操作，從而掌握了不同儀器的使用方法以及藥物分析檢測(cè)的過程。

2.1 有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

分析儀器虛擬仿真教學(xué)結(jié)合現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室，可以在很大程度解決實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備臺(tái)套數(shù)少的問題，并且學(xué)生不必?fù)?dān)心損壞儀器和存在安全隱患[3]，從而可以大膽進(jìn)行實(shí)驗(yàn)練習(xí)，這樣有利于充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性。另外，虛擬仿真軟件通常還帶有形象且?guī)в袆?dòng)畫及音響效果，因此，采用虛擬的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.2 有利于加深對(duì)儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、原理的認(rèn)識(shí)

在虛擬仿真軟件的開發(fā)與選擇上，應(yīng)在每個(gè)教學(xué)模塊都實(shí)驗(yàn)儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、原理及使用流程的介紹和練習(xí)，因此，學(xué)生通過學(xué)習(xí)和練習(xí)可以加深對(duì)儀器的結(jié)構(gòu)、原理的認(rèn)識(shí)，有助于加深對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)，對(duì)抽象的理論知識(shí)的學(xué)習(xí)進(jìn)行了一次加深和彌補(bǔ)；同時(shí)，可以緩解實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)的不同步性，對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行有效的補(bǔ)充，可強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)操作技能，使相關(guān)課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平得到穩(wěn)步提高。

2.3 有利于創(chuàng)建綠色、環(huán)保、節(jié)能的教學(xué)環(huán)境

虛擬仿真教學(xué)只需要建成一個(gè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，安裝電腦及相關(guān)軟件即可進(jìn)行教學(xué)，這就節(jié)省了購(gòu)買價(jià)格昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)耗材這部分經(jīng)費(fèi)，而且可以滿足學(xué)生的反復(fù)教學(xué)和練習(xí)，同時(shí)綠色化的虛擬實(shí)驗(yàn)室可以開設(shè)一些因污染或者安全問題而不易實(shí)施的實(shí)驗(yàn)，是創(chuàng)建綠色、環(huán)保、節(jié)能實(shí)驗(yàn)室的一種有效方式，也是實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有力補(bǔ)充。

2.4 滿足學(xué)生競(jìng)賽需求，通過以賽促學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量

目前，高職分析檢驗(yàn)類的比賽每年都舉行，儀器分析仿真軟件的操作是比賽的其中一部分內(nèi)容，因此，仿真實(shí)驗(yàn)的開展，有利于學(xué)生參加各種儀器分析或者分析檢驗(yàn)的各種比賽，提高學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)力，達(dá)到以賽促學(xué)的目的。

因此，融入分析儀器虛擬仿的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)提高這兩門課程的教學(xué)質(zhì)量勢(shì)必產(chǎn)生重要影響。

3 創(chuàng)建大型分析儀器虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建議

3.1 既重儀器，又重使用

在開發(fā)仿真虛擬軟件時(shí)，既要有介紹儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、原理及流程的內(nèi)容，也要有體現(xiàn)儀器操作使用、分析案例的內(nèi)容，這樣既可以加深學(xué)生對(duì)課堂理論知識(shí)的理解，又可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于實(shí)際案例的分析及儀器操作技能的掌握。

3.2 既有中藥，又有化藥

鑒于藥學(xué)院目前的專業(yè)設(shè)置中既有中藥學(xué)專業(yè)也有藥學(xué)專業(yè)，因此，為了提高該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的利用率，更大的發(fā)揮其作用，更廣泛的為學(xué)生服務(wù)，在虛擬仿真軟件內(nèi)容的設(shè)置上，特別是在分析案例的選取上應(yīng)既有中藥方面的內(nèi)容，也要有化藥(西藥)方面的內(nèi)容。

3.3 借鑒先進(jìn)技術(shù)，促進(jìn)信息化建設(shè)

在創(chuàng)建大型分析儀器虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)計(jì)在移動(dòng)客戶端進(jìn)行操作的虛擬實(shí)驗(yàn)軟件，如平板電腦、手機(jī)等[4]，這樣學(xué)生就可以實(shí)現(xiàn)交互式的移動(dòng)實(shí)驗(yàn)。 目前，有些大學(xué)將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成娛樂游戲，學(xué)生通過游戲來完成一系列的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生在進(jìn)行游戲的同時(shí)能夠儀器的原理與操作方法。 另外，高校在創(chuàng)建該實(shí)驗(yàn)室時(shí)，應(yīng)充分了解學(xué)生的需求與想法，適當(dāng)?shù)淖寣W(xué)生參與其中，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也使該仿真實(shí)驗(yàn)室能更好的為學(xué)生服務(wù)[5]。

3.4 建立管理制度和獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的管理與普通實(shí)驗(yàn)室的管理在方法、內(nèi)容和手段等方面會(huì)存在差異，因此，為了保證該實(shí)驗(yàn)室建成后能正常、高效的為學(xué)生服務(wù)，就必須建立起相應(yīng)的規(guī)章制度及管理措施，同時(shí)，教師在實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)建、軟件的開發(fā)與學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)室的管理等方面都投入了一定的時(shí)間和精力，因此，學(xué)校要建立與之相匹配的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，激發(fā)教師的工作熱情。

綜上所述，在有藥學(xué)類專業(yè)的高校中創(chuàng)建大型分析儀器虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室是非常有必要的，該實(shí)驗(yàn)室在教學(xué)及培養(yǎng)學(xué)生分析檢驗(yàn)技能方面有著重要作用，在高校中有廣闊的發(fā)展前景。