虚拟仿真技术应用于仪器分析实验教学模式改革的探讨

陈 静，戴梓茹，李桂英，牛改改

(北部湾大学 食品工程学院 广西北部湾特色海产品资源开发与高值化利用高校重点实验室，广西 钦州 535011)

近年来随着社会发展和科技进步，仪器分析作为现代的分析检测手段，在很多领域发挥着重要的作用。仪器分析实验也是高等学校很多专业的重要课程。仪器分析实验具有更强的理论性和实用性，是培养应用型技术创新型人才的重要实践课程[1]。

仪器分析实验是食品科学工程和质量安全专业必修的一门专业课程，该课程使仪器分析的理论知识及时在实验课的实践中得到系统的反馈和检验，使同学能能将抽象的理论知识与实践很好结合[2]。实验课程是基于理论教学内容，验证实践能力的重要途径，也是培养学生的创造力，增强学生就业竞争力的重要因素。因此，改革教学内容，探索实验教学模式创新，完善过程评价体系具有重要现实意义[3]。

1 仪器分析实验教学存在的问题

(1)实验内容过于陈旧。实验内容与社会需求和现代分析检测脱节，实验内容也很少涉及实验条件的优化，学生只能被动地按照实验教材和指导老师设定的实验条件与步骤机械地完成实验，不利于学生创造性和个性的发展[4-5]。

(2)实验设备不足。目前高校本科实践教学课堂人手一台仪器进行操作的可能性不大，基本上都是老师或者少数几个学生演示，绝大多数学生走马观花，特别是一些能力相对较弱的学生根本是无法实现参与课堂，这种教学方式基本无法实现，真正提高学生实践操作能力的教学目标，极大地制约了学生创新意识、创新能力的培养。

(3)仪器分析实验课程使用的大都是价格昂贵的大型精密仪器设备，使用和维护成本较高，对使用者操作技术的要求很高，对配套设施、运行环境要求严格，需要细心操作，定期检测、调试、清洁、保养。如果广泛开放使用，难以保证大型精密仪器的安全使用，并可能对仪器的灵敏度、精密度、稳定性等产生影响[6]。

(4)实验教学的考核方式不能反映学生的实际动手能力和知识的掌握程度，注重预习报告和实验报告的书写和实验结果的准确性，而对学生的操作过程中的规范性考察较少[7]。综上所述针对这些仪器分析实验教学中存在现状，对本课程教学模式改革进行探讨。

2 仪器分析实验教学改革

2.1 实验内容改革

针对实验内容过于陈旧，可以自己根据学院条件和本地企业需求和科研结合，自己编辑适合的教材。将企业的实际应用和实践教学改革成果融入教学内容，使实验教学内容更加丰富，涵盖更广泛。增加设计综合性实验，以期提高学生实验技能让学生在了解实验原理、仪器构造等基础上，更好的掌握仪器的分析方法，培养学生动手及科研创新的能力。通过改革教材和讲义，产生显著的教学改革效果。

2.2 教学方法模式的改革

2.2.1 虚拟仿真教学与翻转课堂结合教学模式

针对仪器设备不足，人员多、设备贵等问题。可以应用现代虚拟仿真技术为实验教学提供实践的平台。虚拟仿真实验教学是利用计算机创设各种虚拟环境来模拟真实环境，并根据真实环境中的理论和实际操作情况在虚拟仿真的环境中进行操作、验证、设计、运行的教学方式[8]。虚拟仿真实验教学，实现了学生人人都是主角的实景操作，而且即使操作错误也会不会造成损失，极大的提高了学生的学习兴趣和主动性，特别对于边缘化的学生也能让他们真正参与到教学活动中，通过实景模拟仿真实验操作，学生对于仪器的熟悉度和操作能力会有很大的提高。

实验教学同时采用线上线下、翻转课堂实验教学方法。学生通过网络使用虚拟仿真系统，不受时间空间限制。课前通过线下查阅文献，进行小组讨论实验方案，最终在网上进行虚拟实验操作。学生完成后利用线上、线下混合式的教学平台，教师辅导答疑，实现了虚拟仿真实验教学“翻转课堂”的全新教学模式。通过现有基础教学实验相结合。能起到虚实结合、理实结合、相互补充，相互促进的教学效果。

2.2.2 搭建企业实训平台教学模式

采用虚拟仿真教学同时依托学科优势，将企业应用引入以实验教学构建特色鲜明的教学体系。校企合作是应用型地方本科院校提高学生应用能力水平的一个重要途径，仪器分析实验依托各种实践教育基地，搭建校外实训平台，校企双方开展就业合作。以学生为中心，推行自主式、合作式、研究式学习，培养学生创新创造能力。充分调动学生的参与意识，变被动学习为主动学习，为学生今后就业打下基础。

图1是以上两种教育模式实验教学改革框图。

图1 实践教学改革框图

3 仪器分析实验教学的考核评价方式的改进

传统的实验考核只注重结果评价，结合虚拟实验的仪器分析实验，更注重过程评价考核。采用虚拟仿真实验操作，成绩分为线上和线下成绩。 线上预考和实训操作成绩相结合模式进行学生评价，从预习到实验操作到实验报告建立一套完整的评价系具体成绩分为4大块采用考核成绩累加方式，总成绩设定为 100分。(1)课前查阅资料讨论方案占 5%，(2)虚拟仿真模拟实验操作占30%，(3)实验实践操过程占 50%，(4)“实验报告”成绩占 15%。采用新的考核方式，评估整个实验的过程，防止学生浑水摸鱼，调动学生自主学习的主动性，同时能够使教师及时了解实验每一个环节的教学效果，清晰掌握学生的学习情况。

4 结语

面对日益发展的检测技术，仪器分析实验在高校教学中占有重要地位。文章针对仪器分析实验中存在的问题，对教学内容、教学模式、考核方式等进行了改革，教学内容更贴近实际应用，教学方法改革引入虚拟仿真技术与线上线下翻转课堂结合的教学，实训与教学结合的模式；考核方式更注重过程评价。通过教学改革，激发学生的学习兴趣、自主学习意识、科研意识、社会意识，从而达到提高实验教学的质量目的。