李從軍 謝愛娣

摘 要：虛擬實(shí)驗(yàn)在計(jì)算機(jī)上模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行操作，打破了時(shí)空限制，具有成本低、安全、高效、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。在《生物產(chǎn)品分析與檢測(cè)技術(shù)》課程中引入虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)，克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提高了教學(xué)效果。但虛擬實(shí)驗(yàn)不能完全取代真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作，必須虛實(shí)結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，才能取得更好的效果。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)；生物產(chǎn)品分析與檢測(cè)技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-8454（2016）19-0072-03

《生物產(chǎn)品分析與檢測(cè)技術(shù)》是研究與生物工程有關(guān)產(chǎn)品的物質(zhì)成分及其含量測(cè)定理論和實(shí)際操作技能的一門學(xué)科。分析與檢測(cè)工作在生產(chǎn)中起著“眼睛”的作用，通過對(duì)生產(chǎn)原輔料、半成品和成品的檢驗(yàn)，可掌控生產(chǎn)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中存在的問題，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量?！渡锂a(chǎn)品分析與檢測(cè)技術(shù)》為湖北生物科技職業(yè)學(xué)院生物技術(shù)及應(yīng)用專業(yè)的專業(yè)核心課，是一門理論和生產(chǎn)實(shí)際密切結(jié)合的應(yīng)用性課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課程教學(xué)活動(dòng)的重要環(huán)節(jié)。然而，隨著高職院校的擴(kuò)招，學(xué)生數(shù)量逐年增多，給傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來了巨大的挑戰(zhàn)，教學(xué)所需儀器設(shè)備特別是大型分析儀器的不足與實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)相對(duì)短缺的問題日益突出，嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。在教學(xué)中引入虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)，是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的必要和有益的補(bǔ)充，既節(jié)約了大量的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，也使實(shí)驗(yàn)在時(shí)間和空間上得到有效延展，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

一、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的主要問題

1.實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地有限，分析儀器臺(tái)套數(shù)不足

實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地小，設(shè)備購置少，實(shí)驗(yàn)多采取學(xué)生分組分批教學(xué)，很難保證學(xué)生人人都有機(jī)會(huì)參與整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，難以激發(fā)學(xué)生的積極性。學(xué)生人數(shù)多，人均設(shè)備臺(tái)套數(shù)相對(duì)減少，經(jīng)常造成一人做多人看的局面，不能很好的滿足學(xué)生實(shí)驗(yàn)的需求。

2.實(shí)驗(yàn)課時(shí)少，實(shí)驗(yàn)安排不夠靈活

實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)有限，時(shí)間和地點(diǎn)一般較固定，學(xué)生難以進(jìn)行深入的探索和系統(tǒng)的練習(xí)，且實(shí)驗(yàn)多以驗(yàn)證性、單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)為主，缺少綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，導(dǎo)致學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)技能鍛煉不足，創(chuàng)新性不強(qiáng)。

3.教學(xué)方式單一，學(xué)生興趣不高

目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍主要采用以教師講，學(xué)生聽為主的教學(xué)形式，教學(xué)方式單一且內(nèi)容較枯燥，不能很好的激發(fā)學(xué)生的興趣。

4.存在操作安全，環(huán)境污染等隱患

分析檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中部分試劑是危險(xiǎn)的化學(xué)品，如果操作不當(dāng)會(huì)發(fā)生安全事故；同時(shí)，實(shí)驗(yàn)過程中排放的“三廢”也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

5.考核評(píng)價(jià)方式單一

實(shí)驗(yàn)考核主要采用平時(shí)表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主的單一評(píng)價(jià)方法，無法真實(shí)全面的評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況。這就導(dǎo)致學(xué)生存在應(yīng)付心理，只注重實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫，而忽略了實(shí)驗(yàn)過程的體驗(yàn)。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)

1.低污染、高安全

在分析檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生不可避免的會(huì)接觸一些腐蝕性、毒性、易燃易爆的試劑和氣體，如不注意，對(duì)學(xué)生的安全會(huì)存在一定的隱患。虛擬實(shí)驗(yàn)在網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，不會(huì)接觸到有毒試劑和氣體，不會(huì)因操作失誤而造成安全事故。而且虛擬實(shí)驗(yàn)基本不會(huì)產(chǎn)生“三廢”，安全無污染。

2.低成本、高效率

分析檢測(cè)的許多實(shí)驗(yàn)做起來耗時(shí)且需要昂貴的試劑，實(shí)驗(yàn)成本高，學(xué)生不可能重復(fù)實(shí)驗(yàn)。而虛擬實(shí)驗(yàn)不需要藥品試劑，可實(shí)現(xiàn)“0庫存”，節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本。通過虛擬實(shí)驗(yàn)可以縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)效率高。

3.全天候、無限制

虛擬實(shí)驗(yàn)不像傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)受限于時(shí)間、空間，將虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目掛接到校園網(wǎng)站上，學(xué)生可以全天候無限制訪問，反復(fù)練習(xí)，隨到隨學(xué)，自主安排，具有更大的靈活性。

4.可共享、易更新

虛擬實(shí)驗(yàn)建立在網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，同一院校的各系部之間以及不同院校之間都可以進(jìn)行資源的開放和共享。既實(shí)現(xiàn)了有限資源的效益最大化，又加強(qiáng)了校際間的交流與合作。相對(duì)于傳統(tǒng)分析檢測(cè)儀器設(shè)備的更新，虛擬實(shí)驗(yàn)更新速度更快，成本更低，能及時(shí)吸納新方法、新設(shè)備，時(shí)效性更好。

三、虛擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用

1.用于學(xué)生課前預(yù)習(xí)

課前通過虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí)，可提高現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的效率及成功率。如滴定分析操作，學(xué)生可能會(huì)忽略一些操作細(xì)節(jié)（如滴定管的檢漏、排氣、讀數(shù)、滴定姿勢(shì)等），通過虛擬實(shí)驗(yàn)演練可以反復(fù)操作、強(qiáng)化細(xì)節(jié)。而對(duì)于儀器分析實(shí)驗(yàn)，虛擬實(shí)驗(yàn)的感官真實(shí)性為學(xué)生提供了直接觀看實(shí)驗(yàn)過程或進(jìn)行操作的機(jī)會(huì)，提升了學(xué)生的預(yù)習(xí)積極性和預(yù)習(xí)效果。在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行實(shí)際操作演練，實(shí)驗(yàn)?zāi)康母鞔_，對(duì)一些實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和注意事項(xiàng)把握給到位，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(gòu)造描述變得直觀易懂。尤其是一些大型分析儀器不可隨時(shí)搬動(dòng)，部件不可隨便拆解，不方便用于課堂演示。此時(shí)，采用虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M演示實(shí)驗(yàn)過程，將理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)融合，加強(qiáng)了學(xué)生的具體化認(rèn)知，提高了學(xué)生的興趣。

3.用于學(xué)生實(shí)操演練

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

4.用于成績考核評(píng)價(jià)

采用虛擬實(shí)驗(yàn)自帶的考核評(píng)價(jià)系統(tǒng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行過程性考核，豐富了考核方式。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主的考核方式相結(jié)合，可以更全面、客觀、公正的考查學(xué)生的知識(shí)掌握情況。

四、虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用效果調(diào)查

在《生物產(chǎn)品分析與檢測(cè)技術(shù)》課程教學(xué)中引入物理分析、化學(xué)分析及大型儀器分析三個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K，具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目見表1。為了客觀評(píng)價(jià)虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用效果，對(duì)2011、2012、2013級(jí)生物技術(shù)及應(yīng)用專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，共收到有效問卷107份，問卷調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表2。

通過問卷調(diào)查，學(xué)生普遍認(rèn)為很有必要開展虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用提高了學(xué)習(xí)興趣，加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，提高了解決實(shí)際問題的能力，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作技能也有一定的幫助，是一種很好的輔助教學(xué)方式。但也存在一些不足，多數(shù)學(xué)生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的編排僅局限在教材的內(nèi)容，制作比較單一，操作過程的交互性不夠，實(shí)驗(yàn)環(huán)境還不能因人而異，缺乏個(gè)性化，沒有給學(xué)生提供足夠的探索學(xué)習(xí)的空間，離學(xué)生的要求有距離，還需要加大投入，不斷改進(jìn)和完善。

五、結(jié)語

虛擬實(shí)驗(yàn)借助于多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)在計(jì)算機(jī)上模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行操作，構(gòu)建了開放性的教學(xué)環(huán)境，打破了時(shí)空限制，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。虛擬實(shí)驗(yàn)節(jié)約了大量的試劑和實(shí)驗(yàn)儀器的費(fèi)用，安全、環(huán)保、高效，給實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革注入了新的活力。但是虛擬實(shí)驗(yàn)也存在不足，如虛擬實(shí)驗(yàn)條件過于理想化，且電腦鼠標(biāo)操作缺乏真實(shí)體驗(yàn)，不能取代實(shí)際操作技能的訓(xùn)練。所以，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)中必須將虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來使用，取長補(bǔ)短，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，才能取得更好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉蒸蔚，卞亞紅，張力.大型藥物分析儀器虛擬實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2014，28（3）：280-284.

[2]馮雪松，宋洋，鄧曉嵐等.虛擬實(shí)驗(yàn)室在藥物分析教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].繼續(xù)教育，2014（11）：21-23.

[3]譚穗懿，段文軍，劉利紅等.基于虛擬實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新藥物分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探討[J].中國教育技術(shù)裝備，2013 （21）：131-133.

[4]鄧碧如.輔助教學(xué)的虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)探討[J].職業(yè)教育研究，2012（7）：172-173.

（編輯：王曉明）