在中医药院校构建无机化学模拟实验室

吴品昌 史锐 方德宇 张晓丽

摘 要 无机化学是一门理论和实践相结合的学科，很多理论是学生通过大量实验操作来掌握的，实验教学具有很重要的地位，可以解决课堂教学中出现的问题，突破传统的教学理念，借助于网络和平台实现技术建立模拟实验室系统。采用Flash技术构建无机化学虚拟实验室，不仅可以提高教学质量，完成教学目标，而且可以推进实验教学改革，建立以互联网教学与个体实践为主的新型教育方式。

关键词 无机化学；模拟实验室；Flash技术；中医药院；虚拟实验

中图分类号：G482 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）08-0054-03

Constructing Inorganic Chemistry Simulation Laboratory in Chinese Medicine Colleges//WU Pinchang， SHI Rui， FANG Deyu， ZHANG Xiaoli

Abstract Inorganic chemistry is a discipline that combining theory and practice， a lot of students to master the theory is through a lot of

experimental operation， experimental teaching plays a very impor-tant role， can solve the problems in classroom teaching， break the traditional teaching concept， with the aid of the network platform and

to achieve the establishment of simulation laboratory system. The

construction of Virtual Laboratory of inorganic chemistry by using

Flash technology， not only improve the quality of teaching and a-

chieve the teaching goal， but also to promote the reform of experi-mental teaching， establish a new mode of education in teaching and practice based individual internet.

Key words inorganic chemistry； simulation laboratory； Flash tech-nology； Chinese medicine colleges； virtual experiment

1 前言

在教育部本科教學评估中，实验和实践教学是一项重要的考查内容。无机化学是一门理论和实践相结合的学科，很多理论是通过实验操作来实现和验证的，可以说实验教学在无机化学教学过程中具有很重要的地位和作用，也是课堂教学的重要部分。在中医药院校中，中药学、药学、制药等相关专业都需要学习无机化学，让学生在无机化学实验中通过足够的性质实验和综合设计性实验，充分掌握课堂教学中的内容，提高实验操作技能，提升学生分析问题和处理问题的能力，并形成独立的科研思维能力，对后续的课程学习和科研生活都有很大帮助。所以，在教学过程中要进行实验教学改革，加强实验室建设，突破传统的教学方式，适应时代需求[1]。

建立无机化学模拟实验教学实验室，可以借助网络，使学生在计算机或手机端实现实验操作，扩展实验课堂的时间和空间，提高授课效率；便于实验室管理，减少实验耗材消耗，降低实验课的成本；可以开展一些污染大、成本高的实验。因此，教学工作者要充分利用网络资源，构建模拟实验室，增强教学效果[2]。

2 构建模拟实验室的必要性

模拟实验室可以加强对学生的能力培养 目前，很多学校的实验教学由于受场地和经费的影响，还局限于教师的讲述和演示，完全限制学生的发散性思维和创新能力的培养，不符合专业人才培养目标。而模拟实验室具有先天的优势，可以将不同类型的实验通过教学平台，全部向学生和访客开放，大大扩展实验内容，包括在现实实验中很难开展的维护成本非常高的仪器实验，让学生通过实验教学平台喜欢上实验，提高实验能力，拓展科研能力，实现思维的创新。

解决教学资源紧张 随着国家对中药产业的重视，学校对中药等相关人才的培养格外重视。学校需要精英教学，而实验仪器价格昂贵、更新速度快、维护费用高，现有的实验教学设备就显得紧张。另外，实验的耗材也是很大的开支。这就造成实验教学只能以教师讲授、学生看和听为主，极大地压缩了学生的亲自动手操作机会，限制了动手实践能力的培养。模拟实验室可以解决这些问题，相同的成本，网络教学平台可以开出更多组的实验，不需要仪器维护，实验仪器随时跟新，让更多的学生参与实验，缓解学校教学资源紧张问题[3]。

突破传统的教学方式，实现教学目标 传统的实验教学还是以教师讲、学生看为主，把实验的结果现象强加灌输给学生，束缚了学生的发散思维，违背了自然科学实验的本质。作为教育者，要突破传统的教学方法和手段的束缚，将虚拟技术应用于传统教学中，探索个体教学和现代教育技术相结合的新型教学方式，促进学校对学生培养目标的实现。

3 模拟实验室的研发定位

实验教学的终极目标是激发学生学习兴趣，培养学生创新精神，提高学生操作实践能力。根据实验教学特点，将实验内容分为性质实验、探究实验和综合实验。在长期的实验教学中存在很多问题，会直接影响教学质量，包括：有的实验步骤完成困难，有的实验具有很大的危险性，有的实验现象观察困难。模拟实验系统具有强大的交互功能，能够实现即时操作，对微现象进行观察，操作的反复进行，克服了传统实验操作中重复性差的问题。因此，模拟实验室的构建能够有效解决传统实验中存在的问题，提高教学质量，完成教学目标[4]。

4 模擬实验室的功能设计描述

虚拟演示实验 该模块包括典型仪器介绍、绿色虚拟实验、微型探究实验。虚拟演示实验通过实验目的介绍、实验仪器自选、操作演示、自行虚拟操作、实验结果记录来实现，将实验操作步骤通过连续演示和分步骤演示，以动画形式展现给学习者。虚拟操作：分为动画展示和以工具软件进行操作，通过鼠标对实验仪器的拉拽来实现实验的操作。实验仪器展示：对于在实验中涉及的仪器，采用图片或三维动画形式展示。实验介绍：按照顺序对实验的目的、材料、步骤、意义、注意事项等以文字形式进行介绍。

模拟探究实验 将虚拟探究实验设计成五大模块：介绍实验仪器、设计实验方案、寻找支撑软件、教师实验指导及分析典型实验案例。实验仪器展示：实验主要仪器以可控的三维立体图片展示。设计实验方案：介绍实验目的，分析实验任务，讨论设计实验实施方案。支撑软件：选择合适的实现技术，确定以Flash为主要实现工具，建立实时交互的实验操作环境。实验指导：对学生在虚拟操作过程中出现的问题进行把关指导，并备有文字指导指示。案例分析：对于经典的实验内容进行分析，对学生的其他实验具有很大帮助。

实验仪器介绍 将实验仪器的介绍以二维和三维的图片形式展示，再配上对仪器的介绍，包括仪器的构成、在实验中的作用、使用过程中的注意事项以及经典使用案例。三维展示：采用参数化建模工具对实验仪器进行建模；能够实现各仪器之间以及部件之间的交互控制。二维展示：提供实验仪器的矢量图片。器材照片：提供实验仪器的照片。主要用途：以文字形式介绍仪器的规格、用途。

模拟实验室的运行环境 硬件设备最低要求：P4 2.0 G

处理器，1 G内存，80 G硬盘。操作系统要求Windows 2000或以上版本。播放器要求Flashplayer 8.0或以上版本。浏览器要求IE 7.0或以上版本。分辨率要求1024*768或更高。

5 模拟实验室系统的实现技术

目前网络上模拟实验室的构建技术非常多，每个技术方法各有优缺点，选择不同的方法，与要达到的终端目标效果分不开，只有技术含量更高的构建技术，才能实现更高的终端目标和效果。国内外目前使用的方法技术，包括Java、VRML、QuickTime VR、ActiveX、Flash等[6]。

VRML技术 VRML即虚拟现实建模语言，是描述交互环境与三维造型的语言，可以在浏览器上建立3D多媒体，也可以实现虚拟世界的共享。VRML能够实现真正的三维效果，但是技术本身不具有网络功能，需要借助于其他语言才能实现网络功能。同时，VRML开发技术比较烦琐，掌握和使用开发都比较困难[6]。

ActiveX技术 ActiveX最早是Microsoft提出的，是使用COM软件运行交互的技术集，不需要编程语言。它是针对Internet开发应用的技术，被广泛使用于Web服务器以及客户端各方面。ActiveX是构建控件进行应用的，而ActiveX控件是OLE控制的更新版本，兼容不同组件的相互操作。ActiveX代码具有复用性，这样同一种实验仪器就可以在多个实验环境中重复使用[5-6]。

QuickTime VR技术 苹果公司所研发的QuickTime VR是跨平台多媒体套件，兼容各种格式的影片、流媒体、动画、图片、声音以及具有互动效果的虚拟技术，是一种基于图像的动态显示技术。用QuickTime VR来实现虚拟实验，不需要高端的硬件，浏览器需要安装QuickTime插件，需要将全景图片制作成.mov格式。另外，网络传递速度也不是特别快[6]。

Flash技术 Flash是一种基于矢量图形的交互式创作软件，具有很高的功能性，能形成体积很小的动画，也能够在网络上直接运行，而且一次制作的Flash影片能够不受平台限制，随时进行版本的更新，基本可以实现大多数用户的需求。ActionScript是Flash的脚本语言，在Hash应用程序的开发过程中起着关键性作用。其中的XMLSocket具有进行Socket通信的能力，只要支持Socket的语言就可以进行通信，实现实时仿真。ActionScript是面向对象的脚本语言，实时动作控制着对象，这种交互性适合实时虚拟。基于Flash的优点分析，发现非常适合作为虚拟实验的实现技术，也符合化学实验教学的特点，所以采用 Flash技术实现虚拟实验室的构建[6]。

以上实现技术的分析对比见表1。

6 中医药院校建设模拟实验室的意义

对于中医药院校来说，无机化学实验是中药和药学等相关专业的专业基础课，对后续课程的学习和实验技能的培养有着很重要的作用。运用模拟实验室不仅可以提高课堂效率，而且创造了一个智能而又开放的实验操作环境，使学校能够充分利用有限的资金实现简单有效的模拟实验技术，从而增加学生动手的机会，提高学生自主创新能力，使学生的学习不受时间、地点、条件的限制，为学生提供一个真实的、交互的、可控的实验环境，进而更好地提高实验教学的质量，很好地完成人才培养目标[7]。

参考文献

[1]张刚，罗小华，贺利芳，等.构建网络虚拟实验室技术研究[J].实验室研究与探索，2008，27（3）：55-58.

[2]石春和，蔡培中，等.支持计算机协同操作的虚拟实验室的研究开发[J].计算机工程与应用，2003（30）：150-152.

[3]罗湘南，胡平亚.基于Flash的仿真实验课件交互功能设计[J].中国科技信息，2006（13）：258-259.

[4]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.

[5]Ramat E， Preux P.Virtual laboratory environment

（VLE）： a software environment oriented agent and object

for modeling and simulation of complex systems[J].

Simulation Modeling Practice and Theory，2003，11（1）：

45-55.

[6]杨昱，徐雅琴，杨玉玲，等.无机化学仿真虚拟实验室构建和实现方法研究[J].高等农业教育，2011，3（3）：50-52.

[7]鲁云灿，胡珊，杨春，等.化学虚拟实验中序列化技术的应用与研究[J].计算机与应用化学，2008，25（1）：111-114.