虛擬實驗在《生物產(chǎn)品分析與檢測技術》課程教學中的應用初探

李從軍 謝愛娣

摘 要：虛擬實驗在計算機上模擬真實實驗環(huán)境進行操作，打破了時空限制，具有成本低、安全、高效、環(huán)保等優(yōu)點。在《生物產(chǎn)品分析與檢測技術》課程中引入虛擬實驗進行教學，克服了傳統(tǒng)實驗教學中存在的問題，調動了學生學習的積極性和主動性，提高了教學效果。但虛擬實驗不能完全取代真實實驗操作，必須虛實結合，優(yōu)勢互補，才能取得更好的效果。

關鍵詞：虛擬實驗；生物產(chǎn)品分析與檢測技術；應用

中圖分類號：G434 文獻標志碼：B 文章編號：1673-8454（2016）19-0072-03

《生物產(chǎn)品分析與檢測技術》是研究與生物工程有關產(chǎn)品的物質成分及其含量測定理論和實際操作技能的一門學科。分析與檢測工作在生產(chǎn)中起著“眼睛”的作用，通過對生產(chǎn)原輔料、半成品和成品的檢驗，可掌控生產(chǎn)情況，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中存在的問題，以保證產(chǎn)品的質量?！渡锂a(chǎn)品分析與檢測技術》為湖北生物科技職業(yè)學院生物技術及應用專業(yè)的專業(yè)核心課，是一門理論和生產(chǎn)實際密切結合的應用性課程，實驗教學是課程教學活動的重要環(huán)節(jié)。然而，隨著高職院校的擴招，學生數(shù)量逐年增多，給傳統(tǒng)實驗教學帶來了巨大的挑戰(zhàn)，教學所需儀器設備特別是大型分析儀器的不足與實驗經(jīng)費相對短缺的問題日益突出，嚴重影響了實驗教學質量。在教學中引入虛擬實驗進行教學，是對傳統(tǒng)實驗的必要和有益的補充，既節(jié)約了大量的實驗經(jīng)費，也使實驗在時間和空間上得到有效延展，激發(fā)了學生學習的積極性和主動性，提高了實驗教學效果。

一、傳統(tǒng)實驗教學存在的主要問題

1.實驗場地有限，分析儀器臺套數(shù)不足

實驗場地小，設備購置少，實驗多采取學生分組分批教學，很難保證學生人人都有機會參與整個實驗過程，難以激發(fā)學生的積極性。學生人數(shù)多，人均設備臺套數(shù)相對減少，經(jīng)常造成一人做多人看的局面，不能很好的滿足學生實驗的需求。

2.實驗課時少，實驗安排不夠靈活

實驗教學學時有限，時間和地點一般較固定，學生難以進行深入的探索和系統(tǒng)的練習，且實驗多以驗證性、單項實驗為主，缺少綜合性、設計性實驗內容，導致學生綜合實驗實訓技能鍛煉不足，創(chuàng)新性不強。

3.教學方式單一，學生興趣不高

目前的實驗教學仍主要采用以教師講，學生聽為主的教學形式，教學方式單一且內容較枯燥，不能很好的激發(fā)學生的興趣。

4.存在操作安全，環(huán)境污染等隱患

分析檢測實驗中部分試劑是危險的化學品，如果操作不當會發(fā)生安全事故；同時，實驗過程中排放的“三廢”也會對環(huán)境造成污染。

5.考核評價方式單一

實驗考核主要采用平時表現(xiàn)和實驗報告為主的單一評價方法，無法真實全面的評價學生對知識的掌握情況。這就導致學生存在應付心理，只注重實驗報告的書寫，而忽略了實驗過程的體驗。

二、虛擬實驗的優(yōu)勢

1.低污染、高安全

在分析檢測實驗中，學生不可避免的會接觸一些腐蝕性、毒性、易燃易爆的試劑和氣體，如不注意，對學生的安全會存在一定的隱患。虛擬實驗在網(wǎng)絡和計算機上進行，不會接觸到有毒試劑和氣體，不會因操作失誤而造成安全事故。而且虛擬實驗基本不會產(chǎn)生“三廢”，安全無污染。

2.低成本、高效率

分析檢測的許多實驗做起來耗時且需要昂貴的試劑，實驗成本高，學生不可能重復實驗。而虛擬實驗不需要藥品試劑，可實現(xiàn)“0庫存”，節(jié)約實驗成本。通過虛擬實驗可以縮短實驗時間，實驗效率高。

3.全天候、無限制

虛擬實驗不像傳統(tǒng)實驗受限于時間、空間，將虛擬實驗項目掛接到校園網(wǎng)站上，學生可以全天候無限制訪問，反復練習，隨到隨學，自主安排，具有更大的靈活性。

4.可共享、易更新

虛擬實驗建立在網(wǎng)絡的基礎上，同一院校的各系部之間以及不同院校之間都可以進行資源的開放和共享。既實現(xiàn)了有限資源的效益最大化，又加強了校際間的交流與合作。相對于傳統(tǒng)分析檢測儀器設備的更新，虛擬實驗更新速度更快，成本更低，能及時吸納新方法、新設備，時效性更好。

三、虛擬實驗在教學中的應用

1.用于學生課前預習

課前通過虛擬實驗進行預習，可提高現(xiàn)場實驗的效率及成功率。如滴定分析操作，學生可能會忽略一些操作細節(jié)（如滴定管的檢漏、排氣、讀數(shù)、滴定姿勢等），通過虛擬實驗演練可以反復操作、強化細節(jié)。而對于儀器分析實驗，虛擬實驗的感官真實性為學生提供了直接觀看實驗過程或進行操作的機會，提升了學生的預習積極性和預習效果。在此基礎上再進行實際操作演練，實驗目的更明確，對一些實驗細節(jié)和注意事項把握給到位，實驗操作更順利，效率和成功率大大提高。

2.用于教師課堂演示

將虛擬實驗用于課堂演示，可以將枯燥的理論、繁瑣的操作步驟、生硬的儀器構造描述變得直觀易懂。尤其是一些大型分析儀器不可隨時搬動，部件不可隨便拆解，不方便用于課堂演示。此時，采用虛擬實驗模擬演示實驗過程，將理論與實驗教學有機融合，加強了學生的具體化認知，提高了學生的興趣。

3.用于學生實操演練

在分析檢測實驗課中，目前存在實驗室少、儀器短缺和陳舊等問題，往往是4-5人一組分組實驗，很難保證每位學生都有獨立完成實驗的機會，尤其是大型貴重儀器如原子吸收分光光度計、氣相色譜儀、高效液相色譜儀等，學生更是接觸得少之又少。采用虛擬實驗不僅效果逼真，而且耗時更短，可實現(xiàn)“一人一機”的獨立操作，大大的提升了訓練的效果。

4.用于成績考核評價

采用虛擬實驗自帶的考核評價系統(tǒng)對學生進行過程性考核，豐富了考核方式。與傳統(tǒng)的實驗報告為主的考核方式相結合，可以更全面、客觀、公正的考查學生的知識掌握情況。

四、虛擬實驗應用效果調查

在《生物產(chǎn)品分析與檢測技術》課程教學中引入物理分析、化學分析及大型儀器分析三個虛擬實驗模塊，具體實驗項目見表1。為了客觀評價虛擬實驗的應用效果，對2011、2012、2013級生物技術及應用專業(yè)的學生進行了問卷調查，共收到有效問卷107份，問卷調查結果統(tǒng)計見表2。

通過問卷調查，學生普遍認為很有必要開展虛擬實驗教學，虛擬實驗的應用提高了學習興趣，加深了對理論知識的理解，提高了解決實際問題的能力，對實驗操作技能也有一定的幫助，是一種很好的輔助教學方式。但也存在一些不足，多數(shù)學生認為實驗項目的編排僅局限在教材的內容，制作比較單一，操作過程的交互性不夠，實驗環(huán)境還不能因人而異，缺乏個性化，沒有給學生提供足夠的探索學習的空間，離學生的要求有距離，還需要加大投入，不斷改進和完善。

五、結語

虛擬實驗借助于多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實等技術在計算機上模擬真實實驗環(huán)境進行操作，構建了開放性的教學環(huán)境，打破了時空限制，調動了學生學習的積極性和主動性。虛擬實驗節(jié)約了大量的試劑和實驗儀器的費用，安全、環(huán)保、高效，給實驗教學的改革注入了新的活力。但是虛擬實驗也存在不足，如虛擬實驗條件過于理想化，且電腦鼠標操作缺乏真實體驗，不能取代實際操作技能的訓練。所以，我們在實驗教學中必須將虛擬實驗與真實實驗結合起來使用，取長補短，優(yōu)勢互補，才能取得更好的效果。

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（編輯：王曉明）