虚拟实验软件在分析化学实验教学中的优势

2011-02-09李勤耕

中国药业 2011年16期

何丹，李勤耕，范琦，赵华

(重庆医科大学药学院，重庆 400016)

分析化学实验是药学及相关专业本科生的必修基础课程之一，是一门实践性很强的学科。通过实验教学，不仅能使学生加深对理论知识的理解，而且能培养学生的科学思维、实验设计、实验操作和观察、搜集、处理实验数据以及撰写实验报告的能力，为今后在相应的工作岗位进行独立操作打下坚实的基础[1]。虚拟实验室是根据现实实验环境利用编程技术编写的仿真性软件，它在计算机中营造一个接近或优于真实环境的虚拟场景，实验者借助其软件系统可完成各种预定的实验项目[2]。随着社会的进步和计算机、信息技术的发展，社会对高素质人才的要求发生了很大变化，对大学生素质的要求比以往更全面、更突出[3]。因此，分析化学实验教学必须与时代发展相适应，需要突破传统的教学方法，运用虚拟软件进行实验教学，改善教学效果，提高教学质量。

1 分析化学实验课教学的现状

1.1 教学内容安排不合理

我校分析化学实验课程为72学时，其中化学分析实验44学时，仪器分析实验28学时，后者的学时数远远少于前者。目前开展的实验大多是滴定分析，由于有些仪器的缺乏和实际操作的原因，很难开展仪器分析实验。而仪器分析的实验主要是紫外可见分光光度法，没有荧光和红外实验项目，气相色谱和液相色谱由于仪器数量极少而学生又较多，只能开展示教实验，学生无法动手操作。这种实验内容的安排不利于学生学习和掌握仪器分析的知识和实验技能。

1.2 教学方式程式化

在教学方式上，由于现有条件的限制基本以教师讲授为主，从实验原理到实验的每个步骤，都进行详尽的讲解。这是一种典型的“填鸭式”教学，使得学生有很强的依赖性，不预习，不自主学习，不思考问题。单向程式化的教学方式压抑了学生的想象力和积极主动学习的意识，同时学生也觉得授课方式很枯燥、很琐碎，课堂气氛沉闷。

1.3 实际操作刻板

传统的实验教学偏重于对所学知识的验证，要求学生在规定时间内，根据实验指导规定的步骤和方法，对理论教学知识进行验证，然后按照规定的格式写出实验报告。学生往往是“按方抓药”，只求结果，不去思考实验中遇到的问题。这样的实验教学方法培养出来的学生往往以完成任务为主，不主动学习，创新意识弱，分析解决问题的能力很难提高。

1.4 教学手段单一

老师教学多采用实物讲解、示范的形式，但由于条件限制，不能充分运用多媒体技术辅助教学。由于学生人数多，有些学生看不清老师的示范，操作起来很容易出错。尤其是仪器分析的知识比较枯燥、抽象，学生难以理解掌握，而有的仪器精密贵重，试验耗材费用高、数量少，使得学生往往只能观摩或接触仪器1～2次，远远满足不了企业、科研单位对人才的需求。药检所、环保局、防疫站、研究所、生产企业等各种机构对高效液相色谱仪、气相色谱仪、分光光度计、质谱仪等设备的依赖几乎到了不可或缺的地步，但这些精密仪器的操作人员目前有很大的缺口[4]。

2 虚拟实验软件教学的优势

2.1 虚拟实验的开放性

传统实验室由于时间和教师因素，学生只能在规定的时间进行实验操作，有很大的局限性。而网络技术的特点就是开放性，将虚拟实验软件应用于实验，学生在任何时间和地点都可以通过网络终端链接到服务器进行实验操作和复习。

2.2 虚拟实验内容的可扩展性

传统的实验由于受学时数和实验经费的限制，开设的实验数量有限，而且有些实验由于试剂昂贵或具有一定的毒性和环境污染而不具有可行性。这使得实验数量和项目非常有限，造成学生实践技能和经验掌握不足。利用虚拟实验软件，将传统实验室虚拟化，可以突破时间及环境条件的限制，开设一些通常条件下无法开设的实验，如破坏性、设计性实验等，以充分培养和锻炼学生各方面的技能。

2.3 虚拟实验的交互性

学生在操作虚拟实验时，可自行设计。实验的试剂、样品的制备与处理等都可按照自己的设计进行，学生可真正参与实验的前期工作。学生设计出不同的实验条件，软件就会按照既定条件给出实验结果，学生和软件能很好地互动。这与以往照书本一步一步做实验有很大的区别，学生会变被动学习为主动学习，思考实验所涉及到的问题，大大提高学习的积极性和创新性。

2.4 虚拟实验操作的生动性

虚拟实验软件在制作的过程中运用了一些动画和音乐，画面鲜艳活泼，音乐轻快愉悦。学生操作起来生动有趣，大大提高了学生学习的积极性和主动性。学生通过虚拟实验的操作，可以更好地巩固理论知识，达到实践教学的目的。

3 实施成效

我院通过引入虚拟实验软件改革教学，学生对分析化学实验课的兴趣和重视程度大大提高，实验积极性增强，能在课前主动预习；实验时操作兴趣高，积极思考，和同组同学的交流讨论增多，提高了分析问题和解决问题的能力。通过设计研究性实验，提高了学生独立开展科研工作的能力和创新意识。虚拟实验不受时间和空间的限制，学生根据自己的实际情况选择学习，学习很有针对性，效率也高。同时，教学中的一些实验内容和当前学科发展水平接近，学生还可了解学科发展的动向。