虚拟实验技术在食药监管专业分析化学实验教学中的应用

夏河山,程 萍

(郑州铁路职业技术学院，河南 郑州 451460)

分析化学是高职食药监管专业课程体系的重要组成部分，起到了承上启下(前有基础化学、后有食品药品理化检验等课程)的作用。本课程理论知识学习及专业仪器设备操作训练能够培养学生严谨的科学态度和创新思维，以及运用分析化学理论知识解决实际问题的能力。实验作为分析化学课程的重要组成，是将理论与实践相融合的具体应用[1-3]。如何更好实施分析化学实验教学，关系到创新人才培养，值得每一位分析化学教师在日常教学活动中思考与改进。

(一)实验教学课时少

分析化学实验涵盖化学分析实验和仪器分析实验，是药学、中药、食药监管等专业的必修实验课，在相关专业课程体系中占有重要地位。目前我校食药监管专业分析化学教学总学时为64学时，其中理论教学38学时、实验教学26学时。实验教学共有14个实验项目，其中13个化学分析项目、1个仪器分析项目。在教学实施过程中，通常只能完成化学分析部分的内容，仪器分析部分根本无法进行，最多只能让学生观摩老师的操作，甚至连观摩操作也难以做到。

(二)实验设备不完善

总体来看，本实验课程安排的应用型和验证性实验相对偏多，操作过程步骤复杂，数据整理计算烦琐，所需仪器设备种类繁多，由于受到实验经费和场地限制，气相色谱、高效液相色谱等仪器分析部分所需的仪器设备数量有限，根本无法满足实验教学对于仪器的数量需求。

(三)实验教学内容缺乏创新

目前进行的实验大多为经典的验证性实验，通常是教师先做简短讲解，然后学生各自回实验台自行实验，因此操作受到场地、设备等因素制约，无法开展综合性和创新性实验。对于部分学生来讲，进行这种单纯理论知识验证只是被动重复，实验过程照本宣科，实验结果也没有深究，学生上实验课兴趣不是很高[4]。

(四)实验考核不够全面

实验考核的目的是检验学生对知识的掌握情况和动手操作能力，目前普遍采用的考核评价手段是将实验纳入期末笔试考试，学生平时的实验操作过程与实验报告撰写仅作为考核辅助部分。很显然，这种评价手段不能全面、科学评价学生实验情况[4]。

(一)建立虚拟实验室网络运行平台

鉴于传统实验教学存在的诸多问题和近年新冠肺炎疫情影响，一些高校相继开展了虚拟仿真实验室、移动虚拟实验平台等智能化教学资源建设，目的是利用平台的开放性、交互性和可扩展性等特点，充分发挥在线教学的科技优势。学生在手机端即可轻松实现现代化信息技术与实验教学的深度融合，弥补了传统线下实验教学的不足，创新了实验教学流程。目前已有国内高校研发出了基础化学、分析化学等实验课程的虚拟仿真教学平台[5]，学生可在平台上自主完成理论知识学习、模拟分析实验操作、问题交互等任务。教师通过平台全方位跟踪教学动态，学生及时反馈教学评价，师生之间形成立体交互互动模式产生高效思维碰撞，实现教师与学生、软件与硬件的多维度互动。这种新型智慧化实验教学模式为学生创造了一个可以完全自主学习的环境，有效调动学生学习兴趣，促进化学理论知识掌握与实验能力延伸。

(二)分析化学实验模拟软件的研制

通过与校外有实力的软件开发公司或校内教师合作，开发出符合学校实际及专业课程需求的虚拟实验软件，特别是针对日常教学中无法或完成较为困难的仪器分析实验，以及具有有毒有害、易燃易爆实验内容的实验项目，制作成交互式教学软件，上传至网络教学平台供学生开放使用，可有效克服常规实验条件不足的困难，激发学生学习兴趣。

(三)采用线上线下相结合的教学模式开展实验教学

在传统教学模式的基础上，将分析化学实验课的部分环节引入网络，形成线上线下相结合的教学模式。采用线上学习模式进行课前预习，教师可将实验内容分解成若干部分，将各部分录成视频，上传至线上教学平台，供学生在实验课前自行观看，学生对该实验的原理、仪器设备、操作步骤等提前熟悉，可以让学生带着问题和猜想进入实验活动。

在实验课堂上，通过分组实验让每一位成员参与到实验项目中，培养学生细致入微的观察能力，团队成员通过讨论实际操作过程中遇到的问题相互纠错，验证实验目的、原理和步骤，达到共同进步的目的。

例如，分析化学实验课程中的气相色谱仪、高效液相色谱仪实验在过去常规教学中，都是由教师讲解原理、操作步骤并演示给学生看，学生基本上没有操作的机会。利用虚拟实验软件进行模拟时，可以将仪器的各个部件(如进样器、色谱柱、检测器等)单独拆分开来，让学生认识、组装、应用，并且可以无限次重复进行，画面生动逼真，学生能清楚观察到实验过程和现象，大大激发了学生的学习兴趣和探索欲望。

对于在课堂上由于时间有限无法完成的任务，可将任务上传到线上平台，学生可以在教师的指导下利用课余时间继续完成。

在实验任务完成后，教师批改学生线上提交的实验报告，整理汇总存在问题，并及时反馈与学生交流讨论，这样可以客观、全面反映学生的学习效果，方便老师根据学生学习情况进行下一阶段实验教学。

在期末测试阶段，可以利用教学平台让学生在没有任何提示的情况下独立完成某一实验的所有操作，教师根据操作情况和所用时间给出分数，可以有效弥补实验部分难以开展考核的不足。

在食药监管专业分析化学实验教学中将实验教学与虚拟仿真技术相结合，把现代多媒体技术运用于实践教学中，建立虚拟化学实验室，并根据专业教学要求特点对实验内容进行整合优化，对教学方法进行改进提高，不仅节约了学校教学资源、丰富了实验内容，而且使学生对理论知识的理解更加透彻，激发了学生的创造能动性，提高了分析化学实验课教学质量。

需要注意的是，虚拟实验虽然能够起到辅助教学的作用，但无法完全取代动手实验，更不能使学生获得基本的实验操作技能，只有将虚拟与现实、现代与传统教学方法有机结合，才能最大程度发挥作用，最终达到提高教学质量的目的。