浅谈仿真技术在仪器分析教学中的应用

王 钰

（酒泉职业技术学院，甘肃 酒泉 735000）

浅谈仿真技术在仪器分析教学中的应用

王 钰

（酒泉职业技术学院，甘肃 酒泉 735000）

职业院校仪器分析课程以培养学生分析仪器的应用能力为目标。将仪器分析仿真技术引入课堂，丰富了教学手段，促进了教学改革，较好地解决了学生由于设备条件限制而不能动手操作的问题。实践表明，仪器分析仿真技术应用于教学不仅能激发学生学习兴趣，提高学生操作技能，而且能大幅度降低教学成本，达到了多、快、好、省的效果。

仿真技术；仪器分析；教学应用

仪器分析是指采用较复杂或特殊的仪器设备，通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的一类方法。作为现代分析测试手段，仪器分析技术广泛应用于医疗卫生、化工冶金、环境保护、食品保健等多个领域。因此，仪器分析成为职业院校许多专业的一门必修课程。

1 目前仪器分析教学中存在的问题

职业教育目标是培养高素质技能型人才，学生除需牢固掌握必备的专业理论知识外，还应重点掌握专业领域实际操作技能，贴近生产、技术、管理和服务岗位[1]。仪器分析是一门以实践为基础的课程，学生应主要通过实践掌握仪器分析方法，然而在目前仪器分析课程教学过程中，还存在以下问题：（1）仪器分析课程所用教学设备，如红外光谱仪、高效液相色谱仪、质谱仪等价格较昂贵，许多院校受资金或办学场地限制，无法购置大量仪器设备满足学生实训要求，条件较差的学校甚至不能配备课程所需的全部分析仪器。大多数实训采取的教学方法是教师操作演示，学生基本没有操练机会，无法真正提高操作技能。（2）仪器分析教学过程中，设备和药品的损耗不可避免，而学生的误操作加剧了设备和药品损耗，从而增加了药品购买和设备维修费用，使得教学成本增加。（3）现代高级仪器在运用时只能看到仪器的外表，无法清楚了解其内部构造，而设备结构、原理、功能区别等，都与实验原理、实验成效紧密相关[2]，教师“黑板+粉笔”的教学方式让学生感到枯燥、抽象，难以理解。这种日益显现的理论与实践相脱节的矛盾，直接影响教学效果。针对以上问题，将仪器仿真技术引入教学，增加了学生动手机会，提高了操作熟练程度，降低了教学成本，极大地改善了仪器分析课程教学现状，对增强教学效果和提高教学质量具有积极作用。

2 仪器分析仿真简介

所谓分析仪器的计算机仿真，就是通过建立分析仪器的数学模型，利用计算机技术、网络技术、仿真技术和信息技术，在计算机上建立起一套与真实分析仪器完全相同的虚拟分析系统[3]。将实际仪器的外观、操作面板、旋钮等设计为一个个“组件”，并通过键盘和鼠标，对分析仪器的面板和旋钮进行模拟操作。分析人员操作这台虚拟分析仪器，就如同在真实分析仪器上操作。

3 仪器分析仿真特点

目前，国内已开发出的仪器仿真软件覆盖了主要大型仪器分析设备，如红外光谱仪、气质联用、原子吸收光谱仪、高效液相色谱等，它们具备以下特点。

3.1 分析检测全过程仿真

可以完成样品准备、样品分析检测、数据分析、检索普库等工作。

3.2 仪器使用环境全仿真

由于现代大型分析仪器的操作也是由计算机进行在线控制，仪器分析仿真软件提供了与真实分析仪器几乎相同的操作界面，这样学生完成一次仪器仿真操作，就与实际进行在线仪器分析操作一样。

3.3 时间、空间上具有开放性

通过仪器分析软件的网络通讯系统，仿真模型和界面系统可以通过网络在不同的计算机上运行，因此，学生只需在校园内任何一台计算机上设置正确的IP地址，即可登录仪器仿真实验室系统，完成有关仪器操作实验内容，不受时间、空间限制，有利于学生自主学习[4]。

4 仿真技术在教学中的应用

4.1 可作为理论教学的辅助手段

仿真软件在多媒体教学中占据较大优势。首先，它比传统多媒体教学更加灵活，与学生的互动性更强，更加直观，教学效果明显提高。仿真软件可以提供形象直观、内容丰富、生动逼真的学习环境和图文并茂、动静结合、节奏有序的实验内容，并以声音、图像、动画等丰富的表现力帮助学生进行多感官学习，这样无疑会激发学生兴趣，调动其学习积极性，促进学生对实验仪器的熟悉和对实验原理的理解。

4.2 可作为仪器分析课程进行基于工作过程开发的突破口

以工作过程为导向是职业教育课程开发的指导思想，基于工作过程的课程将工作过程与职业教育教学过程相融合，有助于学生更好地构建理论知识，发展职业能力。仪器分析课程在进行基于工作导向的开发过程中仍存在一些问题，如在工作情境的营造和模拟过程中，实践工作场景难以保证，实践操作过程中设备不足、仪器设备落后等，使得新课程的优点在实施中受到制约[5]。仿真技术的引入，克服了学生只能看、不能动手操作的不足，使每位学生都可进行具体的分析检测工作，为教学情境的创设提供了条件，成为仪器分析课程进行基于工作过程导向改革的突破口。

4.3 促进了理论实践一体化教学

计算机模拟实验可使学生很快掌握仪器操作过程和分析条件的选择。对于实验室已有仪器，学生可在完成模拟实验后，到实验室进行实际操作，减少对仪器的损害；对于实验室没有的仪器，可通过计算机多媒体进行模拟，在一定程度上掌握学习内容，使理论知识与实际操作有机结合。

4.4 安全性高，便于学生学习

学生在仿真过程中不必担心由于误操作而引起的人身伤害和设备损害，可以缓解操作过程中的紧张情绪和害怕心理，大胆、独立地进行学习和练习。仿真软件还可以对学生的操作过程进行自动检测，如果学生出现错误操作，则不能进行下一步操作，迫使学生反复演练，直至成功，有助于学生掌握正确的操作规程。

4.5 可大大减少教学支出

仪器分析仿真实训室投资较少，只需在现有计算机房的基础上安装一套软件即可，且无维护费用。学生通过仿真软件进行模拟练习，掌握操作规程和注意事项后，再到真实仪器上操作，使得错误操作大大减少，降低了仪器损耗和药品浪费，维护费用和药品费用也大大降低。

4.6 利于课程考核

仪器分析是一门以实践为主的课程，其考核内容应以操作技能为主，但仪器分析过程特点和分析设备匮乏等因素却使技能考核难以实现。以气相色谱操作考核为例：平均一名学生完成样品准备、进样、测样等检测过程至少需要10分钟，如果一个教学班级有30名学生，则整个考核过程至少需要300分钟，这种考核方式不仅使进行现场成绩评定的教师很辛苦，也不便进行教学安排。利用仪器仿真软件的智能评分系统，教师可以便捷地对学生技能掌握程度进行考核。智能评分系统能检测学生操作情况，并给出各种形式的成绩单，以作为考核依据。利用仿真软件自带的题库和标准化试卷，还可对学生进行“在线评测”。通过仿真软件可以对全班学生同时进行考核，压缩了考核过程所用时间，做到“随堂考核、随时考核”，减小了教师工作量，增强了考核成绩的客观性。

总之，仪器分析仿真软件具有互动性、生动性、专业性和实用性的特点。将仪器分析仿真软件应用于教学中，丰富了教学手段，使课堂教学变得更加生动、具体，激发了学生学习兴趣，教学质量明显提高。在学习实际操作时，由于仿真软件不存在安全问题，学生可以大胆、独立地进行学习和练习，增强了学生仪器操作能力培养。同时，仿真软件还可减轻教师工作强度，减少药品和设备消耗，节约了教学成本。仪器分析仿真技术已成为仪器分析课程的重要组成部分，并为该课程进行教学改革提供了条件。教师在教学过程中应不断积累和总结经验，科学、合理地安排仿真实训内容，将仿真训练与实际操作有机结合，并对教学方法、教学手段及评价体系等进行不断补充和完善，以发挥仿真软件在教学中的最佳作用。

[1]万其进，喻德忠，冉国芳，等.仪器分析实验[M].北京:化学工业出版社，2008.

[2]狄斌，吴春勇，李博.在仪器分析教学中引入仿真教学手段的思路[J].药学教育，2005（5）:13～16.

[3]田文德，丁辉，姚飞.分析仪器的计算机仿真[J].现代科学仪器，2001（3）:41～49.

[4]周云，张四纯，李景虹.仪器分析开放实验室的教学与管理[J].实验室研究与探索，2007（2）:129～131.

[5]赵艳霞.基于工作过程的仪器分析测试技术学习情境的设计和实施[J].中国教育技术装备，2011（5）:80～81.

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1671-1246（2011）17-0049-02

Vol.29 2011 No.17