药学专业有机化学虚拟实验室学习平台的构建与应用研究

卑占宇 郭小慧 何新蕾 于海英 周永辉 张 瑶

漯河医学高等专科学校药学系，河南漯河 462002

药学专业有机化学虚拟实验室学习平台的构建与应用研究

卑占宇 郭小慧 何新蕾 于海英 周永辉 张 瑶

漯河医学高等专科学校药学系，河南漯河 462002

结合高职高专药学专业有机化学实验特点，探讨了构建有机化学虚拟实验室教学平台的必要性和可行性；探讨了构建有机化学虚拟实验室教学平台的原则、思路、方法和内容；设计了有机化学虚拟实验室网站操作界面的整体布局。实践证明，通过进入有机化学虚拟实验室的学习，提高了学生的学习兴趣，培养了实验动手能力和实践能力，有力推动了有机化学实验教学的改革和教学质量的提高。

高职院校；药学专业；有机化学；虚拟实验室

虚拟实验室是一种基于Web技术、虚拟仿真技术构建的开放式网络化的虚拟实验教学系统，是现有各种教学实验室的数字化和虚拟化[1-2]。虚拟实验室为开设各种虚拟实验课程提供了全新的教学环境。学生通过点击具体实验，可直观了解该实验的内容、过程及其相关有机化学基础知识。虚拟实验室是未来实验室建设的发展方向。

1 虚拟实验室的概念及其研究背景

虚拟实验室的概念最早由美国弗吉尼亚大学（University of Virginia）的教授威廉·沃尔夫（William Wolf）于 1989 年首先提出的，它描述了计算机网络化的虚拟实验室环境，在这个环境里，用户可以非常有效地利用世界上分布的各种数据、信息、仪器设备及人力等资源。

虚拟实验室概念的提出至今仅十余年，但因其诱人的应用前景，各国均在大力开发，己经取得了一些进展[3]。目前，虚拟实验室的建设在发达国家己十分普及。美国作为当今的科技强国，继续保持其在该领域的领先地位。国外的一些大学己组建了远程虚拟实验室。德国的汉诺威大学建立了虚拟自动化工作平台；意大利帕瓦多大学建立了远程虚拟教育实验室；新加坡国立大学开发了远程示波器实验和压力容器实验。

在国内，虚拟实验室的建设起步较晚，但也得到了应用上的重视。目前，已有部分高校初步建立了虚拟实验室。例如：清华大学利用虚拟实验仪器构建了汽车发动机检测系统；华中理工大学机械学院工程测试实验室将其虚拟实验室成果在网上公开展示，供远程教育使用；四川联合大学基于虚拟仪器的设计思路，研制了航空电台二线综合测试仪，将八台仪器集成于一体，组成虚拟仪器系统；北方交通大学的网上电工电子教学实验系统；中国农大的虚拟土壤-作物系统实验室。复旦大学、上海交通大学、广州暨南大学等一批高校也开发了一批新的虚拟仪器系统用于教学和科研。这些尝试为虚拟实验室在教学中的应用提供了初步的经验和可供参考的模式[4]。

本文结合药学专业有机化学虚拟实验室构建和河南省十二五规划课题的实施，探索了构建有机化学虚拟实验室的必要性和可能性、构建方法、实施措施以及实施效果，为虚拟实验室在各学科实验教学中的应用提供可借鉴的经验[5]。

2 构建药学专业有机化学虚拟实验室的必要性和可能性

高等职业院校培养目标的突出特点就是其实践性和技术性，培养技术型实用型人才，这是我们国家已经明确了的高职高专院校培养人才的方向。实验或实训是高等职业教育教学活动中最重要的教学环节，实验或实训对于培养学生的实际操作能力和解决实际问题的能力是至关重要的，学生的大部分实践能力都是通过实验或实训课程得到的，学生只有通过足够的实验或实训和实习，才能具备理解和掌握该专业的理论知识，才能获得足够的实践技能和动手能力。但是，随着学生数量和实验或实训任务量的不断增大，实验或实训设备的数量已经远远不能满足要求。虚拟实验或实训室是改变这一现状最有效的途径。

现代信息技术的飞速发展和校园网络的建设使虚拟实验或实训室的构建成为可能，并赋予虚拟实验或实训室的智能化特征，无论是学生还是教师，都可以自由地、无顾虑地随时进入虚拟实验或实训室，进行各种实验或实训练习。

有机化学实验在药学教育中占有非常重要的地位，它是对学生进行素质教育的一个重要环节。实验教学不仅是传授知识和教会操作，更重要的是传授获取知识的方法和思想，培养学生的创新意识和科学品质，使学生具有潜在的发展能力和基础。虚拟实验是实验教学的一个必要的有益补充，既能节约大量的教学经费，也使实验在时间和空间上得到有效的延伸。它在教育、科研等领域中具有广阔的应用前景，是实验教学的一个新的发展方向。因此，虚拟实验室的构建具有重要的现实意义，是改善传统实验或实训教学条件不足的一种良好手段和一大趋势。

3 药学专业有机化学虚拟实验室的特点

虚拟实验或实训室具有传统实验或实训室无法比拟的功能特点，资源共享性、交互性、开放性、先进性、安全性等特点决定了它在科研和教育教学中的美好应用前景[6]。

3.1 资源共享性

网络技术的迅猛发展，校园网的建立，使教学信息资源共享成为可能。建立虚拟实验或实训室的目的之一就是为了资源共享。不管是教师还是学生，无论何时何地只要网络存在，都可以通过输入给定的密码进入虚拟实验或实训室进行学习，不受时间地点条件的限制。

3.2 开放性

虚拟实验或实训室提供在线教学视频、在线实验动画演示等全方位立体化学习模式，保证了教师和学生在任何时间、任何地点都能得到实时指导，从而更好地完成实验实训项目，也可以自由地进入或退出实验系统，毫无限制地进行基本操作练习，仪器组装等，实现实验教学的开放性。

3.3 交互性

虚拟实验或实训室以现有校园网络硬件设备为基础，有机化学虚拟实验学习网站为平台，仅仅通过鼠标点击或拖拽就能完成实验装置的组装、实验基本操作、仪器使用的练习；通过按钮控制实现实验目的、实验原理、实验步骤、实验数据的处理，具有学习的交互性。交互性是虚拟实验室的显著特点。

3.4 先进性

虚拟实验室使用非常简单，不需要复杂的设置与安装，资源也可以随着技术的发展，不断充实完善，随时为学生提供更多、更新、更好的仪器，具有良好的可维护性、扩展性和先进性。

3.5 安全性

化学实验试剂大多数具有易燃、易暴、剧毒、强腐蚀性，在实际操作过程中即使学生高度认真，也难免因为一时疏忽致事故发生。虚拟实验室的构建可以为学生提供一个虚拟的实践空间，可以无限制地重复练习，可以放心地去做各种危险的或危害人体的实验，避免真实实验或操作所带来的各种危险。

4 药学专业有机化学虚拟实验室构建

4.1 构建药学专业有机化学虚拟实验室的方法

采用Web技术，使用图形设计软件Adobe Photoshop或Fireworks或Corel DRAW或Illustrator图像处理，动画设计软件Macromedia Flash MX或Ulead GIF Animator或Image Ready或3D Max进行Flash虚拟实验动画制作，网页设计软件Macromedia Dreamweaver MX或Microsoft Front Page在本地磁盘上创建站点并编辑网页，然后上传到校园网Web服务器上，供全校师生使用[3]。

4.2 药学专业有机化学虚拟实验室的设计思想

根据职业教育的国家整体培养目标和药学专业培养目标，体现职业教育的特色，树立以技能带动理论的思想，设计开发实用、交互、开放型的药学专业有机化学虚拟实验室教学平台。因此，以基本操作实验为核心，以药物有效成分的提取实验为重点，以有机化学性质实验为补充。构建基本操作虚拟实验室、有效成分的提取虚拟实验室和有机化学性质验证实验虚拟实验室，体现虚拟实验室学习平台的“高交互性、高参与性、实用性强”的特点。

4.3 构建药学专业有机化学虚拟实验室的创新点

药学专业有机化学虚拟实验室以动画为核心，通过鼠标拖拽完成实验装置的组装、仪器使用的练习；通过按钮控制，实现实验目的、实验原理、实验步骤、实验数据的处理等交互性学习，交互性、参与性和简单实用性成为药学专业有机化学虚拟实验室教学平台的特色。

4.4 药学专业有机化学虚拟实验室学习平台的设计与内容

有机化学虚拟实验室学习平台网站设计包括：界面设计、动画设计、文字排版与网页制作。操作界面要求美观简洁、重点突出、操作便利、能适应各种不同的分辨率，目录导航、各种按钮和主窗口位置在整体界面中的比例协调美观大方。

药学专业有机化学虚拟实验室教学平台内容由文字材料、实验视频、虚拟实验三大模块组成：①文字材料包括化学有机化学实验课程标准、有机化学实验常用仪器用途使用方法和注意事项、实验基本操作、有机化学实验基本操作技术、有机化学实验讲义、有机化学实验装置组装练习；②实验视频的作用是，通过教师的讲解与示范，提供给学生正确的操作过程，并指出基本操作需注意的关键点，使学生对于基本操作有完整的认识；③虚拟实验以Flash动画为主，包括基本操作虚拟实验、有效成分的提取虚拟实验和有机化学性质验证实验虚拟实验。其中，虚拟实验是虚拟实验室教学系统的重点，仪器基本操作虚拟实验，主要是以动画仿真的形式演示实验装置组装或仪器使用的基本操作过程及要点，强化感知，增强学生的动手能力。该模块主要由过滤、萃取、固液提取、热滤、抽滤、重结晶、干燥、蒸馏、减压蒸馏、分馏、水蒸气蒸馏、回流、熔点测定、沸点测定、纸色谱、柱色谱、薄层色谱基本操作单元组成。有效成分的提取虚拟实验由实验原理、实验装置、实验步骤、实验演示、模拟实验、注意事项等组成一个完整的实验项目，它是多个基本操作单元的有机组合的整体。通过提取虚拟实验的训练，能进一步加深对实验原理的再认识，强化实验基本操作的能力。既是对基本操作实验所获得的知识和能力的综合检验，亦是培养综合实验技能和应用能力的重要途径。该模块由蒸馏实验、分馏实验、重结晶提纯实验、茶叶中咖啡因的提取、八角茴香油的提取、植物色素柱层析分离等组成。

有机化学性质验证实验在药学专业有机化学实验中占有相当的份量，它对于丰富学生的感性认识以及巩固理论课的知识内容有重要的作用。该模块由醇的化学性质、醛酮化学性质、烯醇的性质、有机化合物溶解性比较组成。

4.5 药学专业有机化学虚拟实验室学习平台发布

药学专业有机化学虚拟实验室教学平台最大的特点在于与Web技术的结合，依托校园网服务器可以随时发布到校园网上。亦可刻录成光盘，在任何安装有光驱的计算机上脱机使用。

5 药学专业有机化学虚拟实验室实施效果

基于校园网络的有机化学虚拟实验室建立，为学生提供一种崭新的不受时间、地点、空间、仪器、试剂、师资、经费等条件限制的自由学习模式，缓解仪器缺乏、师资不足，学生动手操作机会少的普遍矛盾，学生可以随时进入虚拟实验室，进行各种实验练习。实践证明，经过虚拟实验室的训练，学生正式实验时，实验的自主性显著增强、目的更加明确，实验进度明显加快；实验一次性成功率有很大提高；仪器损坏率和试剂消耗率明显下降；实验操作熟练程度显著提高。

因此有机化学虚拟实验室的建立，在创新人才培养和教学质量提高中发挥重要作用，学生实验动手能力和实践能力会有效提高，学生的创新意识、创新精神和创新能力得到明显提升，从而对提高学校办学实力、办学水平和教学质量起到有力的推动作用。

6 小结

有机化学实验网络虚拟学习系统——有机化学虚拟实验室，并不能完全代替学生动手做实验，它只是一种辅助的教学手段，只有将其与课堂教学或实验教学有机地结合起来，找好切入点，才能最大程度地发挥作用，从而达到提高实验教学效率的目的。

[1]刘延华，桂万云.虚拟实验室在高校实验教学中的应用前景[J].洛阳师范学院学报，2006，5（2）：94-96.

[2]郭智敏，刘伟.基于Internet的远程虚拟实验室的研究现状和问题分析[J].教育教学论坛，2010，（24）：161.

[3]宋象军.虚拟实验室在高校实验教学中的应用前景[J].实验技术与管理，2005，22（1）：35-37.

[4]高斌，汤楚宙.UG和VB为基的汽车发动机虚拟实验室建立[J].现代制造工程，2008，（8）：84-87.

[5]向明钧，赖日勇，曾靖，等.医学化学虚拟实验室的构建与实施[J].赣南医学院学报，2009，29（5）：705-706.

[6]郑军，曾照芳.医学检验本科教育虚拟实验室构建的研究与实践[J].中华医学教育探索杂志，2011，10（2）：233-235.

Construction and application of virtual laboratory teaching-learning platform for organic chem istry of pharmacy major in higher vocational college

BEIZhanyu GUO Xiaohui HE Xinlei YU Haiying ZHOU Yonghui ZHANG Yao
Department of Pharmacy,Luohe Medical College,He′nan Province,Luohe 462002,China

Combiningwith characteristics of organic chemistry experiments of pharmacymajor in higher vocational college,the necessity and feasibility of constructing,designed principle,thought and method about organic chemistry teachinglearning platform based on virtual laboratory were explored.Integrated distribution of operator interface about organic chemistry teaching-learning platform based on virtual laboratory was designed.It is shown that,through learning by entering the virtual laboratory of organic chemistry,students’interests on organic chemistry has enhanced,their experimental operating skill has cultured,and experimental teaching reform on organic chemistry has improved.

High vocational college;Pharmacymajor;Organic chemistry;Virtual laboratory

G423

C

1673-7210（2012）05（c）-0163-03

河南省教育科学“十二五”规划立项实验课题（课题编号：2011-JKGHAC-0183）；漯河医学高等专科学校立项重点课题（课题编号：2011-JGXM-1）。

卑占宇（1964-），男，汉族，河北唐山人，副教授，主要从事实验教学改革以及中草药化学成分分析研究。

2012-02-21 本文编辑：卫 轲）