论文部分内容阅读
[摘要] 本研究针对传统分析化学实验教学中存在的问题，探讨了虚拟分析化学实验室的设计方案。基于计算机模拟技术和互联网建立的分析化学虚拟实验室，能有效提高学生的实验技能和教学效果。
[关键词] 虚拟实验室；分析化学；实验教学
[中图分类号] TP391 [文献标识码] C [文章编号] 2095-0616（2012）23-163-02
分析化学是一门实践性很强的基础课程，其实验内容更侧重于定量地解释化学过程的规律，实验手段基本是操作色谱、质谱、光谱、核磁共振等大型分析仪器。但分析仪器较为昂贵，目前大多数高校的实验教学模式仍以示教为主，直接导致实验教学中普遍存在学生操作仪器时间少，教学形式单一枯燥等问题，影响了实验教学的效果。所以构建现代化的分析化学实验教学体系迫在眉睫，虚拟实验室的建立能使传统的实验教学更加的生动有趣，使学生由被动学习者变为主动学习者，极大的激发学习兴趣，提高教学效果。
1 虚拟实验室及教学效果
1.1 虚拟实验室的特点
虚拟实验室最早由美国弗吉尼亚大学的William Wolf教授于1989年提出，最初是为了方便不同实验室的科研人员远程协作或共享数据。随着虚拟技术的成熟，教育者们也将其逐步运用在教育领域。国外的虚拟实验室开展较早，具有代表性的有由诺贝尔基金会资助的开发的虚拟生化实验室和霍华休斯医学研究中心研制的虚拟医学实验室系列[1-2]。近年来，国内的部分高校也开始建立虚拟实验室，但针对分析仪器的虚拟实验室构建的报导较少，本研究就此问题，结合笔者所在分析测试中心30多年的仪器管理和教学经验，设计分析仪器的虚拟实验室，使学习者有着身临其境的真实操作感，提高实验教学的效率。相比传统的实验教学模式，虚拟实验室教学优势见表1。
1.2 虚拟实验教学效果
虚拟实验室有助于学生快速掌握仪器操作，在今后的学习中学生能根据自己的兴趣设计相关的实验进行科研探索，能有效激发学生的创新性。学生能在虚拟实验中快速反复操作实验，还能有效减少教师的重复教学时间，能让教师把精力更多的放在学生的实验操作的规范性和实验设计的科学性上来。
2 虚拟实验室系统组成及实验过程
虚拟实验室系统主要分为3部分，管理模块、模拟操作模块和交流模块。
2.1 管理模块
虚拟实验室系统中的管理模块主要包含对用户和仪器相关信息的管理。学生可以通过网络在任意时间地点登陆到实验系统中进行虚拟实验。
2.2 模拟实验操作模块
本系统会应用3D技术真实模拟仪器外观和主要零部件，并还需开发模拟仪器操作的软件，实现与真实验完全一致的操作步骤。
2.3 交流模块
整个虚拟实验室还需配备交流模块，当学生在实验过程中遇到问题时可通过系统提供的在线聊天功能或论坛进行讨论研究。
2.4 虚拟实验操作流程
虚拟实验系统的实验过程设计最重要的一点在于与实际实验过程保持一致。因而在虚拟实验过程中涉及到的各个环节都要以真实的实验设计模式为指导，不能只注重实验操作而忽略实验过程的科学性，
3 在今后应用中可能出现的问题及解决方案
虚拟实验室能实现跨时间空间的教学和学习，弥补了传统实验教学不足，但基于笔者所在测试中心多年的实验教学经验，虚拟实验室在今后的实际应用中和可能存在以下问题[3]。
3.1 学生缺乏感性认识
学生仅通过鼠标和键盘模拟操作，可能会缺乏对仪器的感性认识。所以传统的仪器示教课还是必不可少，示教课与虚拟实验相结合，二者相辅相成才能形成合力，提高学生的学习效率[4-5]。
3.2 实验过于理想化
学生在虚拟实验中缺乏对真实实验可能出现意外的预判断，如在实际操作中，可能会有试剂污染或操作不当等意外因素导致实验失败。所以在虚拟实验系统中会在重要的实验步骤设计提示部分加深学生的理性認知[6]。
尽管如此，分析仪器虚拟实验室还是具有诸多优点的，在今后的实验教学必须转变观念，将传统的实验教学与现代化虚拟技术有机结合起来，使二者起到相辅相成，相得益彰的作用。既能让学生学习到现代化先进实验技术，又能提高动手能力和创新能力，最终达到提高实验教学效果这一目标。
[参考文献]
[1] 刘晓蕾，吕良敬.关于科研型研究生虚拟实验室教学的重要性[J].科教导刊，2012，5：86-87.
[2] 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.
[3] 吕浩，王文永，徐妲.化学虚拟实验室在中学教学中的应用[J].现代中小学教育，2012，4：46-47.
[4] 王有宾，何仲.高校虚拟实验室建设的研究[J].数字技术与应用，2011（11）：119-121.
[5] 姜恩华，汪徐德，李素文，等.计算机网络课程虚拟实验室建设[J].实验室科学，2012，15（1）：132-135.
[6] 荣雅君，王伟，袁计委，等.虚拟实验室的构建[J].电力系统及其自动化学报，2012（3）：86-90.
（收稿日期：2012-10-23）
[关键词] 虚拟实验室；分析化学；实验教学
[中图分类号] TP391 [文献标识码] C [文章编号] 2095-0616（2012）23-163-02
分析化学是一门实践性很强的基础课程，其实验内容更侧重于定量地解释化学过程的规律，实验手段基本是操作色谱、质谱、光谱、核磁共振等大型分析仪器。但分析仪器较为昂贵，目前大多数高校的实验教学模式仍以示教为主，直接导致实验教学中普遍存在学生操作仪器时间少，教学形式单一枯燥等问题，影响了实验教学的效果。所以构建现代化的分析化学实验教学体系迫在眉睫，虚拟实验室的建立能使传统的实验教学更加的生动有趣，使学生由被动学习者变为主动学习者，极大的激发学习兴趣，提高教学效果。
1 虚拟实验室及教学效果
1.1 虚拟实验室的特点
虚拟实验室最早由美国弗吉尼亚大学的William Wolf教授于1989年提出，最初是为了方便不同实验室的科研人员远程协作或共享数据。随着虚拟技术的成熟，教育者们也将其逐步运用在教育领域。国外的虚拟实验室开展较早，具有代表性的有由诺贝尔基金会资助的开发的虚拟生化实验室和霍华休斯医学研究中心研制的虚拟医学实验室系列[1-2]。近年来，国内的部分高校也开始建立虚拟实验室，但针对分析仪器的虚拟实验室构建的报导较少，本研究就此问题，结合笔者所在分析测试中心30多年的仪器管理和教学经验，设计分析仪器的虚拟实验室，使学习者有着身临其境的真实操作感，提高实验教学的效率。相比传统的实验教学模式，虚拟实验室教学优势见表1。
1.2 虚拟实验教学效果
虚拟实验室有助于学生快速掌握仪器操作，在今后的学习中学生能根据自己的兴趣设计相关的实验进行科研探索，能有效激发学生的创新性。学生能在虚拟实验中快速反复操作实验，还能有效减少教师的重复教学时间，能让教师把精力更多的放在学生的实验操作的规范性和实验设计的科学性上来。
2 虚拟实验室系统组成及实验过程
虚拟实验室系统主要分为3部分，管理模块、模拟操作模块和交流模块。
2.1 管理模块
虚拟实验室系统中的管理模块主要包含对用户和仪器相关信息的管理。学生可以通过网络在任意时间地点登陆到实验系统中进行虚拟实验。
2.2 模拟实验操作模块
本系统会应用3D技术真实模拟仪器外观和主要零部件，并还需开发模拟仪器操作的软件，实现与真实验完全一致的操作步骤。
2.3 交流模块
整个虚拟实验室还需配备交流模块，当学生在实验过程中遇到问题时可通过系统提供的在线聊天功能或论坛进行讨论研究。
2.4 虚拟实验操作流程
虚拟实验系统的实验过程设计最重要的一点在于与实际实验过程保持一致。因而在虚拟实验过程中涉及到的各个环节都要以真实的实验设计模式为指导，不能只注重实验操作而忽略实验过程的科学性，
3 在今后应用中可能出现的问题及解决方案
虚拟实验室能实现跨时间空间的教学和学习，弥补了传统实验教学不足，但基于笔者所在测试中心多年的实验教学经验，虚拟实验室在今后的实际应用中和可能存在以下问题[3]。
3.1 学生缺乏感性认识
学生仅通过鼠标和键盘模拟操作，可能会缺乏对仪器的感性认识。所以传统的仪器示教课还是必不可少，示教课与虚拟实验相结合，二者相辅相成才能形成合力，提高学生的学习效率[4-5]。
3.2 实验过于理想化
学生在虚拟实验中缺乏对真实实验可能出现意外的预判断，如在实际操作中，可能会有试剂污染或操作不当等意外因素导致实验失败。所以在虚拟实验系统中会在重要的实验步骤设计提示部分加深学生的理性認知[6]。
尽管如此，分析仪器虚拟实验室还是具有诸多优点的，在今后的实验教学必须转变观念，将传统的实验教学与现代化虚拟技术有机结合起来，使二者起到相辅相成，相得益彰的作用。既能让学生学习到现代化先进实验技术，又能提高动手能力和创新能力，最终达到提高实验教学效果这一目标。
[参考文献]
[1] 刘晓蕾，吕良敬.关于科研型研究生虚拟实验室教学的重要性[J].科教导刊，2012，5：86-87.
[2] 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.
[3] 吕浩，王文永，徐妲.化学虚拟实验室在中学教学中的应用[J].现代中小学教育，2012，4：46-47.
[4] 王有宾，何仲.高校虚拟实验室建设的研究[J].数字技术与应用，2011（11）：119-121.
[5] 姜恩华，汪徐德，李素文，等.计算机网络课程虚拟实验室建设[J].实验室科学，2012，15（1）：132-135.
[6] 荣雅君，王伟，袁计委，等.虚拟实验室的构建[J].电力系统及其自动化学报，2012（3）：86-90.
（收稿日期：2012-10-23）