虛擬仿真技術應用于儀器分析實驗教學模式改革的探討

陳 靜，戴梓茹，李桂英，牛改改

(北部灣大學 食品工程學院 廣西北部灣特色海產品資源開發與高值化利用高校重點實驗室，廣西 欽州 535011)

近年來隨著社會發展和科技進步，儀器分析作為現代的分析檢測手段，在很多領域發揮著重要的作用。儀器分析實驗也是高等學校很多專業的重要課程。儀器分析實驗具有更強的理論性和實用性，是培養應用型技術創新型人才的重要實踐課程[1]。

儀器分析實驗是食品科學工程和質量安全專業必修的一門專業課程，該課程使儀器分析的理論知識及時在實驗課的實踐中得到系統的反饋和檢驗，使同學能能將抽象的理論知識與實踐很好結合[2]。實驗課程是基于理論教學內容，驗證實踐能力的重要途徑，也是培養學生的創造力，增強學生就業競爭力的重要因素。因此，改革教學內容，探索實驗教學模式創新，完善過程評價體系具有重要現實意義[3]。

1 儀器分析實驗教學存在的問題

(1)實驗內容過于陳舊。實驗內容與社會需求和現代分析檢測脫節，實驗內容也很少涉及實驗條件的優化，學生只能被動地按照實驗教材和指導老師設定的實驗條件與步驟機械地完成實驗，不利于學生創造性和個性的發展[4-5]。

(2)實驗設備不足。目前高校本科實踐教學課堂人手一臺儀器進行操作的可能性不大，基本上都是老師或者少數幾個學生演示，絕大多數學生走馬觀花，特別是一些能力相對較弱的學生根本是無法實現參與課堂，這種教學方式基本無法實現，真正提高學生實踐操作能力的教學目標，極大地制約了學生創新意識、創新能力的培養。

(3)儀器分析實驗課程使用的大都是價格昂貴的大型精密儀器設備，使用和維護成本較高，對使用者操作技術的要求很高，對配套設施、運行環境要求嚴格，需要細心操作，定期檢測、調試、清潔、保養。如果廣泛開放使用，難以保證大型精密儀器的安全使用，并可能對儀器的靈敏度、精密度、穩定性等產生影響[6]。

(4)實驗教學的考核方式不能反映學生的實際動手能力和知識的掌握程度，注重預習報告和實驗報告的書寫和實驗結果的準確性，而對學生的操作過程中的規范性考察較少[7]。綜上所述針對這些儀器分析實驗教學中存在現狀，對本課程教學模式改革進行探討。

2 儀器分析實驗教學改革

2.1 實驗內容改革

針對實驗內容過于陳舊，可以自己根據學院條件和本地企業需求和科研結合，自己編輯適合的教材。將企業的實際應用和實踐教學改革成果融入教學內容，使實驗教學內容更加豐富，涵蓋更廣泛。增加設計綜合性實驗，以期提高學生實驗技能讓學生在了解實驗原理、儀器構造等基礎上，更好的掌握儀器的分析方法，培養學生動手及科研創新的能力。通過改革教材和講義，產生顯著的教學改革效果。

2.2 教學方法模式的改革

2.2.1 虛擬仿真教學與翻轉課堂結合教學模式

針對儀器設備不足，人員多、設備貴等問題。可以應用現代虛擬仿真技術為實驗教學提供實踐的平臺。虛擬仿真實驗教學是利用計算機創設各種虛擬環境來模擬真實環境，并根據真實環境中的理論和實際操作情況在虛擬仿真的環境中進行操作、驗證、設計、運行的教學方式[8]。虛擬仿真實驗教學，實現了學生人人都是主角的實景操作，而且即使操作錯誤也會不會造成損失，極大的提高了學生的學習興趣和主動性，特別對于邊緣化的學生也能讓他們真正參與到教學活動中，通過實景模擬仿真實驗操作，學生對于儀器的熟悉度和操作能力會有很大的提高。

實驗教學同時采用線上線下、翻轉課堂實驗教學方法。學生通過網絡使用虛擬仿真系統，不受時間空間限制。課前通過線下查閱文獻，進行小組討論實驗方案，最終在網上進行虛擬實驗操作。學生完成后利用線上、線下混合式的教學平臺，教師輔導答疑，實現了虛擬仿真實驗教學“翻轉課堂”的全新教學模式。通過現有基礎教學實驗相結合。能起到虛實結合、理實結合、相互補充，相互促進的教學效果。

2.2.2 搭建企業實訓平臺教學模式

采用虛擬仿真教學同時依托學科優勢，將企業應用引入以實驗教學構建特色鮮明的教學體系。校企合作是應用型地方本科院校提高學生應用能力水平的一個重要途徑，儀器分析實驗依托各種實踐教育基地，搭建校外實訓平臺，校企雙方開展就業合作。以學生為中心，推行自主式、合作式、研究式學習，培養學生創新創造能力。充分調動學生的參與意識，變被動學習為主動學習，為學生今后就業打下基礎。

圖1是以上兩種教育模式實驗教學改革框圖。

圖1 實踐教學改革框圖

3 儀器分析實驗教學的考核評價方式的改進

傳統的實驗考核只注重結果評價，結合虛擬實驗的儀器分析實驗，更注重過程評價考核。采用虛擬仿真實驗操作，成績分為線上和線下成績。 線上預考和實訓操作成績相結合模式進行學生評價，從預習到實驗操作到實驗報告建立一套完整的評價系具體成績分為4大塊采用考核成績累加方式，總成績設定為 100分。(1)課前查閱資料討論方案占 5%，(2)虛擬仿真模擬實驗操作占30%，(3)實驗實踐操過程占 50%，(4)“實驗報告”成績占 15%。采用新的考核方式，評估整個實驗的過程，防止學生渾水摸魚，調動學生自主學習的主動性，同時能夠使教師及時了解實驗每一個環節的教學效果，清晰掌握學生的學習情況。

4 結語

面對日益發展的檢測技術，儀器分析實驗在高校教學中占有重要地位。文章針對儀器分析實驗中存在的問題，對教學內容、教學模式、考核方式等進行了改革，教學內容更貼近實際應用，教學方法改革引入虛擬仿真技術與線上線下翻轉課堂結合的教學，實訓與教學結合的模式；考核方式更注重過程評價。通過教學改革，激發學生的學習興趣、自主學習意識、科研意識、社會意識，從而達到提高實驗教學的質量目的。