虚拟实验在《生物产品分析与检测技术》课程教学中的应用初探

李从军 谢爱娣

摘 要：虚拟实验在计算机上模拟真实实验环境进行操作，打破了时空限制，具有成本低、安全、高效、环保等优点。在《生物产品分析与检测技术》课程中引入虚拟实验进行教学，克服了传统实验教学中存在的问题，调动了学生学习的积极性和主动性，提高了教学效果。但虚拟实验不能完全取代真实实验操作，必须虚实结合，优势互补，才能取得更好的效果。

关键词：虚拟实验；生物产品分析与检测技术；应用

中图分类号：G434 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2016）19-0072-03

《生物产品分析与检测技术》是研究与生物工程有关产品的物质成分及其含量测定理论和实际操作技能的一门学科。分析与检测工作在生产中起着“眼睛”的作用，通过对生产原辅料、半成品和成品的检验，可掌控生产情况，及时发现生产中存在的问题，以保证产品的质量。《生物产品分析与检测技术》为湖北生物科技职业学院生物技术及应用专业的专业核心课，是一门理论和生产实际密切结合的应用性课程，实验教学是课程教学活动的重要环节。然而，随着高职院校的扩招，学生数量逐年增多，给传统实验教学带来了巨大的挑战，教学所需仪器设备特别是大型分析仪器的不足与实验经费相对短缺的问题日益突出，严重影响了实验教学质量。在教学中引入虚拟实验进行教学，是对传统实验的必要和有益的补充，既节约了大量的实验经费，也使实验在时间和空间上得到有效延展，激发了学生学习的积极性和主动性，提高了实验教学效果。

一、传统实验教学存在的主要问题

1.实验场地有限，分析仪器台套数不足

实验场地小，设备购置少，实验多采取学生分组分批教学，很难保证学生人人都有机会参与整个实验过程，难以激发学生的积极性。学生人数多，人均设备台套数相对减少，经常造成一人做多人看的局面，不能很好的满足学生实验的需求。

2.实验课时少，实验安排不够灵活

实验教学学时有限，时间和地点一般较固定，学生难以进行深入的探索和系统的练习，且实验多以验证性、单项实验为主，缺少综合性、设计性实验内容，导致学生综合实验实训技能锻炼不足，创新性不强。

3.教学方式单一，学生兴趣不高

目前的实验教学仍主要采用以教师讲，学生听为主的教学形式，教学方式单一且内容较枯燥，不能很好的激发学生的兴趣。

4.存在操作安全，环境污染等隐患

分析检测实验中部分试剂是危险的化学品，如果操作不当会发生安全事故；同時，实验过程中排放的“三废”也会对环境造成污染。

5.考核评价方式单一

实验考核主要采用平时表现和实验报告为主的单一评价方法，无法真实全面的评价学生对知识的掌握情况。这就导致学生存在应付心理，只注重实验报告的书写，而忽略了实验过程的体验。

二、虚拟实验的优势

1.低污染、高安全

在分析检测实验中，学生不可避免的会接触一些腐蚀性、毒性、易燃易爆的试剂和气体，如不注意，对学生的安全会存在一定的隐患。虚拟实验在网络和计算机上进行，不会接触到有毒试剂和气体，不会因操作失误而造成安全事故。而且虚拟实验基本不会产生“三废”，安全无污染。

2.低成本、高效率

分析检测的许多实验做起来耗时且需要昂贵的试剂，实验成本高，学生不可能重复实验。而虚拟实验不需要药品试剂，可实现“0库存”，节约实验成本。通过虚拟实验可以缩短实验时间，实验效率高。

3.全天候、无限制

虚拟实验不像传统实验受限于时间、空间，将虚拟实验项目挂接到校园网站上，学生可以全天候无限制访问，反复练习，随到随学，自主安排，具有更大的灵活性。

4.可共享、易更新

虚拟实验建立在网络的基础上，同一院校的各系部之间以及不同院校之间都可以进行资源的开放和共享。既实现了有限资源的效益最大化，又加强了校际间的交流与合作。相对于传统分析检测仪器设备的更新，虚拟实验更新速度更快，成本更低，能及时吸纳新方法、新设备，时效性更好。

三、虚拟实验在教学中的应用

1.用于学生课前预习

课前通过虚拟实验进行预习，可提高现场实验的效率及成功率。如滴定分析操作，学生可能会忽略一些操作细节（如滴定管的检漏、排气、读数、滴定姿势等），通过虚拟实验演练可以反复操作、强化细节。而对于仪器分析实验，虚拟实验的感官真实性为学生提供了直接观看实验过程或进行操作的机会，提升了学生的预习积极性和预习效果。在此基础上再进行实际操作演练，实验目的更明确，对一些实验细节和注意事项把握给到位，实验操作更顺利，效率和成功率大大提高。

2.用于教师课堂演示

将虚拟实验用于课堂演示，可以将枯燥的理论、繁琐的操作步骤、生硬的仪器构造描述变得直观易懂。尤其是一些大型分析仪器不可随时搬动，部件不可随便拆解，不方便用于课堂演示。此时，采用虚拟实验模拟演示实验过程，将理论与实验教学有机融合，加强了学生的具体化认知，提高了学生的兴趣。

3.用于学生实操演练

在分析检测实验课中，目前存在实验室少、仪器短缺和陈旧等问题，往往是4-5人一组分组实验，很难保证每位学生都有独立完成实验的机会，尤其是大型贵重仪器如原子吸收分光光度计、气相色谱仪、高效液相色谱仪等，学生更是接触得少之又少。采用虚拟实验不仅效果逼真，而且耗时更短，可实现“一人一机”的独立操作，大大的提升了训练的效果。

4.用于成绩考核评价

采用虚拟实验自带的考核评价系统对学生进行过程性考核，丰富了考核方式。与传统的实验报告为主的考核方式相结合，可以更全面、客观、公正的考查学生的知识掌握情况。

四、虚拟实验应用效果调查

在《生物产品分析与检测技术》课程教学中引入物理分析、化学分析及大型仪器分析三个虚拟实验模块，具体实验项目见表1。为了客观评价虚拟实验的应用效果，对2011、2012、2013级生物技术及应用专业的学生进行了问卷调查，共收到有效问卷107份，问卷调查结果统计见表2。

通过问卷调查，学生普遍认为很有必要开展虚拟实验教学，虚拟实验的应用提高了学习兴趣，加深了对理论知识的理解，提高了解决实际问题的能力，对实验操作技能也有一定的帮助，是一种很好的辅助教学方式。但也存在一些不足，多数学生认为实验项目的编排仅局限在教材的内容，制作比较单一，操作过程的交互性不够，实验环境还不能因人而异，缺乏个性化，没有给学生提供足够的探索学习的空间，离学生的要求有距离，还需要加大投入，不断改进和完善。

五、结语

虚拟实验借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上模拟真实实验环境进行操作，构建了开放性的教学环境，打破了时空限制，调动了学生学习的积极性和主动性。虚拟实验节约了大量的试剂和实验仪器的费用，安全、环保、高效，给实验教学的改革注入了新的活力。但是虚拟实验也存在不足，如虚拟实验条件过于理想化，且电脑鼠标操作缺乏真实体验，不能取代实际操作技能的训练。所以，我们在实验教学中必须将虚拟实验与真实实验结合起来使用，取长补短，优势互补，才能取得更好的效果。

参考文献：

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[3]谭穗懿，段文军，刘利红等.基于虚拟实验的创新药物分析实验教学模式探讨[J].中国教育技术装备，2013 （21）：131-133.

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（编辑：王晓明）