柳 意

(錦州師范高等?？茖W校，遼寧 錦州 121000)

輔助教學手段在儀器分析實驗課程教學中的運用

柳 意

(錦州師范高等專科學校，遼寧 錦州 121000)

分析儀器分析實驗課程教學中存在的問題，探討輔助教學手段在儀器分析實驗教學中的運用，提出將仿真技術(shù)引入教學、合理運用微課、建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學平臺等對策。

儀器分析實驗；輔助教學手段；課程教學

儀器分析實驗課程是化學類及相關(guān)專業(yè)開設(shè)的主要基礎(chǔ)課程之一，課程內(nèi)容主要包括電化學分析法、紫外可見吸收光譜法、紅外吸收光譜法、色譜法、原子吸收光譜法、熒光光譜法等模塊。通過這門課程的學習，學生可以加深對有關(guān)儀器分析方法基本原理的理解，掌握儀器的基本結(jié)構(gòu)及使用方法，合理選擇實驗條件，正確處理實驗數(shù)據(jù)和表達實驗結(jié)果，為后續(xù)課程的學習及未來職業(yè)崗位的勝任奠定一定基礎(chǔ)。

1 儀器分析實驗教學存在的主要問題

1.1 硬件資源不足，學生缺乏實操訓練

儀器分析實驗所用大型儀器每臺價格少則幾千元，多則幾萬元，甚至幾十萬元。許多院校受到資金和場地的限制，無法配置課程所需的全部設(shè)備，或者僅有1～2臺面向全體師生。因此，硬件資源的不足，導(dǎo)致儀器分析實驗教學不能像基礎(chǔ)實驗?zāi)菢?，采用獨立操作的方式，讓每位學生都參與實驗，只能靠教師演示或讓學生做些輔助性的操作來完成教學任務(wù)。例如：在紅外光譜實驗中，學生可以進行的操作大多是固體樣品的壓片；在液相色譜實驗中，學生的主要任務(wù)是配置溶液、用超聲除去氣體、用微孔濾膜過濾等。而儀器參數(shù)的設(shè)置、進樣等涉及儀器操作的部分大多由教師演示，學生則少有動手操作儀器的機會。

1.2 精密儀器的特殊性使學生使用受到限制

精密儀器的操作技術(shù)要求高，使用人員只有在熟悉儀器性能和熟練掌握操作規(guī)程的前提下，才能進行實際操作。一旦使用不當，不僅會造成儀器損壞，而且相對高昂的維護費用和相對較長的維護時間會給日常教學帶來嚴重影響。因此，在儀器分析實驗教學中，通常采用大循環(huán)方式組織教學。大多數(shù)任課教師為了保證設(shè)備處于良好的運行狀態(tài)，避免或減少故障的發(fā)生，在課上只是親自演示，不允許學生隨意開啟、關(guān)閉儀器，隨意旋轉(zhuǎn)儀器按鈕，隨意改變儀器工作參數(shù)。在這種情況下，學生只能走馬觀花地看演示，達不到理想的學習效果。

1.3 注重培養(yǎng)操作能力，忽視介紹內(nèi)部結(jié)構(gòu)

儀器分析實驗的教學目標為掌握實驗原理，了解儀器構(gòu)造、各部分功能，以及儀器的使用、維護和保養(yǎng)。多數(shù)學校在現(xiàn)有條件下，收獲較為理想的教學效果也只是學生能在課程結(jié)束后掌握機械操作儀器的方法，而學生對儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理卻了解甚少，也不懂常規(guī)維護和保養(yǎng)，能力自然不能得到充分鍛煉。這對日后工作幫助顯然不夠，難以滿足職業(yè)教育技能型人才培養(yǎng)的實際需求。

1.4 輔助教學手段針對性不強

隨著信息化時代的來臨，在硬件資源不足的情況下，教師可以借助互聯(lián)網(wǎng)上的教學視頻來進行輔助教學，對學生掌握實驗原理、儀器構(gòu)造也能起到一定效果。但由于儀器設(shè)備型號不同，軟件、硬件操作規(guī)程差別較大，學生觀看互聯(lián)網(wǎng)上的視頻后，面對本校的實驗設(shè)備可能還是無從下手。例如：利用百度搜索到的紫外可見分光光度計的教學視頻多為721、722、752、UV756MC型號；氣相色譜儀教學視頻主要是GC120M、AGILENT6890N型；而液相色譜儀、原子吸收分光光度計、原子熒光光度計、氣質(zhì)聯(lián)用儀等儀器的網(wǎng)絡(luò)教學資源十分有限。

針對以上問題，根據(jù)實際條件，選擇、開發(fā)適合本校的輔助教學手段，用來彌補教學資源的不足，不失為一條可行之路。

2 輔助教學手段在儀器分析實驗教學中的運用

2.1 將仿真技術(shù)引入教學

分析儀器仿真技術(shù)是利用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、仿真技術(shù)和信息技術(shù)，在計算機上建立一套與真實分析儀器完全相同的虛擬分析系統(tǒng)[1]。它能夠借助圖像、動畫來描述設(shè)備的特性，顯示實體的真實動作，模仿真實操作過程。國內(nèi)大型分析儀器仿真技術(shù)現(xiàn)已成熟，以由北京東方仿真軟件技術(shù)有限公司開發(fā)的大型分析儀器仿真操作系統(tǒng)系列軟件為例，它涵蓋紫外分光計、紅外分光計、氣相色譜裝置、原子吸收光譜、高效液相色譜、色質(zhì)聯(lián)用分析儀仿真等內(nèi)容。該系統(tǒng)采用計算機虛擬仿真技術(shù)進行開發(fā)。軟件具備機理模型，虛擬場景逼真度高，且以真實實驗數(shù)據(jù)庫作為支撐，能夠自動模擬相應(yīng)的實驗現(xiàn)象，得到與真實實驗相似的實驗結(jié)果。操作方式靈活真實，仿真操作過程與真實儀器操作過程極其相似。學生可以通過仿真技術(shù)在計算機上建立的虛擬實驗操作平臺，完成對昂貴分析儀器設(shè)備的模擬操作，就如同在真實的分析儀器上操作。它不僅能夠滿足日常訓練、常規(guī)考核以及技能大賽等需求，也為剖析儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、原理提供極大方便。

仿真實訓室的建立可利用校內(nèi)現(xiàn)有計算機機房進行擴充，購買相應(yīng)操作軟件。這與添置設(shè)備相比，仿真技術(shù)投入少、消耗低、使用周期長、維護方便。大型分析儀器仿真軟件的引入，與傳統(tǒng)的教學方式相比，不僅能滿足設(shè)備數(shù)量與學生數(shù)量之間巨大差距的矛盾，彌補辦學硬件資源的不足，還可對設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、實驗原理等相關(guān)知識進行形象剖析和立體化講解。仿真儀器的反復(fù)操作不僅不會增加實驗成本，遇到操作不當、參數(shù)設(shè)置不正確時，也不會損壞儀器、出現(xiàn)安全問題，能夠幫助學生盡快、全面掌握儀器設(shè)備的操作技能。

2.2 合理運用微課

針對儀器分析實驗硬件資源不足的問題，如何把有限的實訓資源整合到傳統(tǒng)教學環(huán)境里來，使其最大限度地發(fā)揮作用，需要教師認真對待。從技術(shù)角度來看，微課這種靈活、主題突出的新型教學模式就是一個有效的方法。

微課是以教學視頻為主要載體，反映教師在教學活動過程中針對某個知識點或教學環(huán)節(jié)開展教與學的各種教學資源有機組合。開發(fā)儀器分析實驗相關(guān)微課，借助網(wǎng)絡(luò)與視頻技術(shù)，通過視頻、圖片、PPT等形式，可形象直觀地將實訓項目操作技能視覺化，供學生反復(fù)觀看，更有利于學生理解與掌握專業(yè)技能[2]。它還能將課堂教學延伸到課外，學生能夠在課前、課后利用電子設(shè)備瀏覽實訓課教學內(nèi)容，有針對性地學習。教學視頻是微課的核心組成部分，時長一般在5～8分鐘，主題突出，經(jīng)過后期制作的視頻及配套輔助資源的總?cè)萘恳话銥閹资鬃止?jié)，視頻格式須是支持網(wǎng)絡(luò)在線播放的流媒體格式(如rm,wmv,flv)等[3]。

儀器分析實驗的微課制作可采用“錄像法”，把儀器部件、旋鈕、操作方法、實訓內(nèi)容完整地展現(xiàn)出來。如對紅外光譜實驗中固體樣品的壓片過程、分光光度計的使用，均可全程錄制。而對于大型設(shè)備，如氣相色譜、高效液相色譜、原子吸收分光光度計等，一次完整的實驗耗時較長，微課的制作可按動作節(jié)點把操作步驟碎片化成不同單元，針對碎片化后的知識點進行錄制。步驟要連貫，不能輕易跳過。視頻的后期制作中，加入關(guān)鍵詞，以字幕的形式補充其不宜講清楚的部分。以G5氣相色譜儀的操作為例，可碎片化成以下幾部分錄制：一是儀器構(gòu)造，主要介紹氣路控制系統(tǒng)、儀器控制面板、進樣器、色譜柱箱、檢測器(包括控制電路)等；二是開機方法，介紹開機操作順序及載氣流量的調(diào)節(jié)；三是樣品測定，主要介紹主菜單功能，設(shè)置溫度、橋電流的方法，由于升溫時間較長，過程省略；四是取樣進樣的操作；五是關(guān)機方法，介紹怎樣返回至主菜單，設(shè)置橋電流，怎樣關(guān)恒流源降溫，最后關(guān)主機；六是軟件操作部分，可使用“Camtasia”錄屏軟件，將軟件操作過程完整錄制下來。儀器操作的錄制過程，既要有設(shè)備的整體畫面，又要注重細節(jié)，讓學生能夠在整套設(shè)備中準確找到相關(guān)按鍵或旋鈕，同時又能看清操作方法。

2.3 建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學平臺

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》中提出，要“加強網(wǎng)絡(luò)教學資源體系建設(shè)，開發(fā)網(wǎng)絡(luò)學習課程，創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)教學模式”。網(wǎng)絡(luò)教學平臺是實現(xiàn)教育教學方法創(chuàng)新，促進優(yōu)質(zhì)教育資源普及共享的重要途徑和基礎(chǔ)保障[4]。網(wǎng)絡(luò)教學支持平臺是指建立在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)之上，為網(wǎng)絡(luò)教學提供全面支持服務(wù)的軟件系統(tǒng)的總稱，包括支持網(wǎng)絡(luò)教學的硬件設(shè)施和支持網(wǎng)絡(luò)教學的軟件系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)教學平臺主要有點播式教學平臺和互動式網(wǎng)絡(luò)教學平臺。點播式教學平臺能夠?qū)崿F(xiàn)教學資源的快速傳遞，學生可以隨時點播音頻、視頻課件，查閱電子教案等教學內(nèi)容。而互動式教學平臺可使師生通過網(wǎng)絡(luò)進行交流，教師也可利用教學平臺對學生的學習情況進行跟蹤，并根據(jù)學生的學習情況有選擇性地發(fā)布課程內(nèi)容。

網(wǎng)絡(luò)教學平臺建設(shè)包括硬件建設(shè)和軟件建設(shè)。硬件設(shè)施主要有全方位的校園寬帶網(wǎng)、功能完善的網(wǎng)絡(luò)多媒體教室、服務(wù)器、多媒體教學材料和軟件的存儲設(shè)備。軟件方面主要是教學系統(tǒng)平臺。教師可將儀器分析課程的課件、教案、專業(yè)資料、儀器使用的微課程上傳至平臺，供學生自主學習。學生可先通過網(wǎng)絡(luò)平臺觀看儀器操作的微課程，熟悉儀器結(jié)構(gòu)和操作要領(lǐng)，然后上機操作，這使得教學更具有針對性。目前國內(nèi)許多院?；蚬狙兄坪烷_發(fā)了適合自身需要的網(wǎng)絡(luò)教學平臺產(chǎn)品，如北京師范大學研制的Vcalss、上海交通大學的Answer教學系統(tǒng)平臺，都可以引進使用。

2.4 其他輔助手段的使用

根據(jù)儀器分析實驗課程的特點，教師也可選擇簡單易行的輔助手段，如：制作大型儀器操作流程圖，并將其打印、壓膜塑封后放在儀器旁邊，學生在使用之前需仔細閱讀，按照說明進行操作；針對現(xiàn)在高校大學生幾乎都有智能手機的現(xiàn)狀，在沒有網(wǎng)絡(luò)教學平臺的情況下，教師也可將微課、視頻通過微信發(fā)送給學生；也可通過易企秀軟件，生成二維碼，學生通過掃描二維碼的方式在課后觀看相關(guān)教學視頻進行自學等。

3 結(jié)束語

儀器分析實驗課程是一門實踐性很強的課程，對分析儀器的需求較高。在教學資源有限的情況下，我們應(yīng)當積極探索輔助教學手段的運用，幫助學生深入、直觀地理解和掌握所學知識，提高動手能力和獨立操作能力，為學生獨立調(diào)試、使用儀器打下良好基礎(chǔ)，從而達到提高教學質(zhì)量的目的。

[1] 田文德，丁輝，姚飛.分析儀器的計算機仿真 [J].現(xiàn)代科學儀器，2001(3)：41-49.

[2] 胡海星，張春霞，張春燕.微課在高職實訓教學中的應(yīng)用研究 [J].長沙大學學報，2015(3)：125-126.

[3] 柳意.微課在環(huán)境工程技術(shù)專業(yè)實訓中的應(yīng)用 [J].哈爾濱職業(yè)技術(shù)學院學報，2016(2)：42-44.

[4] 徐旭松.ActRes互動式網(wǎng)絡(luò)教學平臺的開發(fā)與應(yīng)用 [J].江蘇理工學院學報，2015(4)：82-86.

A Study on the Application of Assisted Teaching Means in the Teaching of the Course of Instrumental Analysis Experiment

LIU Yi

(Department of Chemical and Environmental Science of Jinzhou Teachers Training College， Jinzhou Liaoning 121000，P.R.China)

Based on the analysis of the problems in the teaching of the course of instrumental analysis experiment，this paper probes into the application of assisted teaching means in it as well as presenting relevant solutions like introducing emulation techniques into its teaching，appropriately utilizing micro-courses and establishing a web-based teaching platform．

instrumental analysis experiment；assisted teaching means；teaching of the course

2016-09-19

2016年度遼寧省教育科學“十三五”規(guī)劃課題(JG16EB078)。

柳 意(1975-)，副教授，研究方向為儀器分析教學。

G642

A

1008- 8032(2017)01- 0012- 03