基于虚拟仿真实验室的仪器分析实验教学改革

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August2019（A）

基于虚拟仿真实验室的仪器分析实验教学改革

董丽娟

中图分类号：G642摘

要

田迪英毕丽君杨利军

310038）

DOI：10.16871/j.cnki.kjwha.2019.08.031

（浙江工商大学食品与生物工程学院

文献标识码：A

浙江·杭州

针对仪器分析实验存在的问题，引入虚拟仿真实求。自教育部下达《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》(高教司函[2013]94号)以来，国家和地方都在大力支持虚拟仿真实验中心的建设[5]。目前国内多所大学如清华大学利用虚拟实验仪器构建了汽车发动机检测系统，中国农业大学建立了虚拟土壤作物系统实验室，复旦大学、上海交通大学、大连理工大学等一批高校也开发了新的虚拟仪器系统用于教学和科研[6]。

在计算机和网络技术快速发展的背景下，虚拟仿真实验已成为实验教学发展的一个重要方向，它不但能克服传统实验对场地和时间等条件制约的缺点，还能提高设备利用率，有效地降低实验成本，提供更加丰富多彩的实验内容。利用虚拟仿真技术建立起来的虚拟实践教学系统，能及时更新实验内容，为学生提供既经济又安全的培训，极大地促进了远程教育的发展，它的应用无疑给实验教学带来一场新的革命[7]。

验平台，在虚实结合的教学模式中提高学生的实践创新能力，旨在提高仪器分析实验课堂的教学质量。关键词

仪器分析实验

虚拟仿真

教学改革

TeachingReformofInstrumentalAnalysisBasedonVir原tualLaboratory//DongLijuan,TianDiying,BiLijun,YangLi-jun

AbstractAccordingtotheproblemsofInstrumentalAnalysisExperiment,thevirtualexperimenttechnologywasintroducedtotherelativecourseteaching.Combinedwiththevirtualexperi-menttechnologyandactualoperationinthelaboratory,wecouldnotonlypromotethecultivationofstudents'innovativeandprac-ticalabilities,butalsoimprovetheteachingqualityoftheInstru-mentalAnalysisExperiment.

KeywordsInstrumentalAnalysisExperiment;virtualsimulation;teachingreform

2虚拟仿真实验在仪器分析实验教学中的应用

虚拟仿真实验室是借助图形图像、仿真软件、Flash动画和虚拟现实操作流程等技术，在计算机上营造可部分代替，甚至全部代替传统实验各个操作环节的平台[8]。在原有课程内容和教学经验基础上，搭建虚拟仿真实验平台，引入虚拟仿真实验的辅助教学模式，使学生在进入实验室之前对分析仪器的构造、原理和操作方法有初步的感性认识。在真实实验室，对学生进行传统实验教学，教师及时解答学生虚拟实验中遇到的困惑，结合教师有针对性的讲解和学生实际动手操作，使他们理解和掌握实验的原理、仪器操作与使用的方法，从而提高仪器分析实验课堂的教学质量，重点培养学生的设计、管理和创新能力。

2.1制作实验教学课件，为虚拟仿真实验室平台搭建提供支撑

在原有的实验基础上，根据课程特点，依据教学大纲，

仪器分析实验是一门实践性和实用性很强的学科[1]，是我院应用化学、食品安全、食品工程和生物工程专业的基础实验课。通过该课程的学习，使学生能熟练操作、使用及保养常见的分析仪器，为今后在科研、工作中解决实际问题打下坚实的基础[2]。目前，全国各类院校仪器分析实验课中普遍存在仪器设备短缺、仪器更新慢的共性问题[3]。在国家教育信息化发展战略的指导下，虚拟仿真实验已成为实验教学发展的一个重要方向。

1在仪器分析实验教学中引入虚拟仿真实验的必要性及意义

传统的仪器分析实验教学由于仪器设备短缺、场地限制、教学形式单一等条件的制约，束缚着实验教学质量的提高[4]，无法满足培养综合性、研究性和创新性人才的教学需

基金项目：浙江工商大学校高等教育研究课题（3130JYN4218005G-008）。

作者简介：董丽娟（1984—），女，山东莘县人，硕士，实验师，主要从事仪器分析实验教学与实验室管理工作。

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教改教法

图1虚拟仿真系统结构模块

重新梳理教学内容，编写了适合本院食品、生物及化学等专业学生使用的《仪器分析实验讲义》。采用删、并、增等方式，完善和巩固核心课程主要知识点和技能，制作适合多媒体教学的实验教学课件，以多媒体课件形式提供给学生预习和自学，以满足虚拟仿真实验室平台搭建的需求，满足实验教学的课外多媒体教学需求。2.2搭建虚拟仿真实验室平台

充分利用计算机仿真、模拟、计算的性能，根据具体的实验项目引入虚拟仿真实验的辅助教学模式，为学生建造一个智能化的虚拟仿真实验平台。通过大型仪器的虚拟，使学生可以预先通过虚拟仿真实验室平台完成实验仪器的操作练习、现象的判定以及数据的分析处理。以反相液相色谱法测定可乐中咖啡因的含量为例，虚拟仿真系统包括身份验证、Flash课件、仿真工作站三大功能模块，如图1所示。

用户通过身份验证后可使用虚拟实验系统进行实验，实验完毕后退出系统。Flash课件部分主要采用视频和音频材料介绍实验原理、实验内容、仪器操作规程及安全知识等注意事项。用户可在仿真工作站部分完成实验样品配制、启动仪器、运行工作站软件、进样分析、数据处理等操作，仿真实验结束后关机。

2.3采用“虚拟—真实”交替的实验教学模式提高教学质量

虚拟仿真实验室的建立，不是要摈弃传统的实验方法，也不是要取代教师的实验教学，而是为了辅助实验教学[9]。学生在进入实验室之前通过虚拟仿真实验室平台对分析仪器的构造、原理和操作方法进行初步学习，在课堂实验教学过程中，学生汇报实验学习情况、讨论、开展实验、分析数据

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及撰写研究报告。虚实结合的教学模式相比传统的实验教学方法和纯粹的网上学习更有助于提高学习效果。以真实实验为依托，以虚拟仿真实验为辅助[10]，在“虚拟—真实”交替的实验教学模式中，使学生真正将理论与实践结合，不仅培养学生提出、分析、解决问题的能力，充分发挥学生能动性，而且训练学生科研的能力，促进创新能力提高和创新思维的提升。

2.4虚实结合实验教学模式的效果调查

以问卷调查的形式对本年度上仪器分析实验的230名学生进行调查，了解学生对采用虚实结合实验教学模式的满意度。调查显示，学生接受虚实结合教学模式的比例为100%。引入虚拟仿真实验后形成了新的教学评价体系对学生学习效果进行评价，评价体系表如表1所示。评价结果显示：以虚拟仿真实验和真实实验相结合的教学模式，学生学习的时间大大增加了，对仪器分析知识的理解也大大加强，学生的期末考试成绩也得到了大幅提升。

表1基于虚拟仿真实验室的仪器分析实验教学评价体系

所占比重（%）20%20%30%30%

评价项目预习效果实验报告

评价内容

学生观看Flash课件、进行仿真实验

数据分析能力、结果的报告的规范性、合理性

理论考试成绩主观题及客观题操作技能

分析问题操作规范性、实验设计能力、解决问题能力

教改教法

3结语

在信息技术高速发展的时代背景下，虚拟仿真实验是现代信息技术与实验教学深度融合的产物，有效提升了实验教学质量与水平。虚拟仿真实验系统的构建能提高设备利用率，有效地降低实验成本，提供更加丰富多彩的实验内容。但虚拟仿真实验的建立，不是要取代传统的真实实验教学，而是一种辅助实验教学手段，以真实实验为依托，以虚拟仿真实验为辅助，在“虚拟———真实”交替的实验教学模式中，提高仪器分析实验课堂的教学效果，从而提高学生的实践创新能力。

技术与管理,2009,26(12):117-118.

[4]杨南粤.虚拟实验培养创新型人才的探索实践[J].教育技术,

2014(8):162-165.

[5]胡今鸿,李鸿飞,黄涛.高校虚拟仿真实验教学资源开放共享机

制探究[J].实验室研究与探索,2015,34(2):140-144.[6]王卫国.虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议[J].实验室研

究与探索,2013,32(12):5-8.

[7]卢亚平,宋天麟.传感器与虚拟仪器实验室建设与教学[J].实

验室研究与探索,2015,34(8):101-104.

[8]白雁,张娟,潘瑾,等.“虚拟实验室”在高校仪器分析教学中的

应用[J].实验技术与管理,2011,28(12):169-171.

[9]贾彦荣,周宝成,徐火,等.仪器分析虚拟仿真实验系统的应用

参考文献

[1]陈岩,高先池,杨桂朋.改进仪器分析实验教学的思考[J].实验

科学与技术,2012,10(6):104-105.

[2]张培敏,陈恒武,郭伟强.仪器分析实验教学改革初探[J].大学

化学,2007,22(2):10-12.

[3]张大伟,韦军.现代仪器分析实验课教学改革与实践[J].实验

与构建研究[J].浙江理工大学学报:社会科学版,2016,36(3):303-307.

[10]邵俊,孟君,杨习居.基于虚拟实验室的仪器分析课程教学改

革[J].化学教育,2016,37(10):75-78.

编辑李金枝

渊上接第11页冤

在贯彻价值尊重原则，做到鼓励并维护高等教育评价多元表达后，我们要考虑平等和公正问题。价值具有兼容性，面对高等教育评价价值多元、主体多元的现状，各评价主体需进行协商，协商意味着各评价主体相互包容，尊重和理解他人的需求，在充分表达和协商的基础上共同推进高等教育评价工作的顺利实施。价值协商并不意味着平均主义，而是指我们必须结合各种实际情况和要求对高等教育评价进行合理的规划和调整，以增强高等教育评价的针对性和实效性。如对高等教育进行整体评价，考察高等教育在教育系统中的发展概况时，政府和社会的评价主体地位往往会高出于高校及个人。对高等教育进行局部评价时，视情况不同各评价主体的地位也不同：当对高等教育进行学科发展评价时，高等教育评价主体以高校为主；当对高等教育进行社会服务和公共职能评价时，高等教育评价主体以社会为主等。

4.3价值引领：高等教育评价“以人为本”

高等教育评价在本质上是教育评价，我们必须明确教育评价的目的。教育评价的根本目的，即教育评价的根本价值诉求是为了促进人的全面发展，而高等教育评价根本的价值诉求只是将“人”的范畴缩小，集中为高等教育的受教育者，一般为在校大学生。所以，高等教育评价应始终以“以人为本”作为其引领性的价值原则，始终坚持促进人的全面发展这一价值目标。高等教育评价应维护人的尊严，彰显人的价值，充分贯彻“以人为本”“以生为本”的价值原则，真正达成教育评价的根本诉求，即促进人的全面发展。

高等教育评价主体多元化特征日趋明显，各评价主体根据自身发展的利益要求，对高等教育以及高等教育评价

参考文献

[1]吴钢.现代教育评价基础[M].上海:学林出版社,1996.[2]拉尔夫·泰勒.课程与教学的基本原理[M].北京:人民教育出版

社,1994.

[3]陈玉琨.中国高等教育评价论[M].广州:广东高等教育出版社,

1993.

[4]周光讯,等.哲学视野下的高等教育[M].青岛:中国海洋大学出

版社,2006.

[5]牧口常三郎.价值哲学[M].北京:中国人民大学出版社,1989.[6]许征帆.马克思主义辞典[Z].长春:吉林大学出版社,1987.[7]宋希仁,陈劳志,赵仁光.伦理学大辞典[Z].长春:吉林人民出

版社,1989.

[8]潘懋元.高等教育大众化的教育质量观[J].中国高等教育,

2000(1).

[9]龚孝华.教育评价主题:促进人的发展[J].教育理论与实践,

2003(18).

[10]史秋衡,闫飞龙.对高等教育评价哲学的探讨[J].高等教育研

究,2008(8).

提出了不同的、多样的价值诉求，其深刻影响了高等教育以及高等教育评价的发展。这要求我们在进行高等教育评价时，必须充分尊重并考虑各评价主体对高等教育以及高等教育评价的价值诉求。在评价主体多元化的发展背景下，高等教育评价应贯彻价值尊重原则，鼓励并维护高等教育评价主体的多元表达，应贯彻价值协商原则，支持并维护高等教育评价主体的多元协商，应贯彻价值引领原则，坚持始终以“以人为本”作为高等教育评价的引领性原则，以促进人的全面发展作为高等教育评价的根本的价值目标。

编辑张效瑞71