儀器分析實驗課程教學探討論文
儀器分析實驗課程教學探討論文
摘要: 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，提出將仿真技術引入教學、合理運用微課、建設網絡教學平臺等對策。
關鍵詞: 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專業開設的主要基礎課程之壹，課程內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儀器分析方法基本原理的理解，掌握儀器的基本結構及使用方法，合理選擇實驗條件，正確處理實驗數據和表達實驗結果，為後續課程的學習及未來職業崗位的勝任奠定壹定基礎。
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備，或者僅有1～2臺面向全體師生。因此，硬件資源的不足，導致儀器分析實驗教學不能像基礎實驗那樣，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。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。而儀器參數的設置、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要求高，使用人員只有在熟悉儀器性能和熟練掌握操作規程的前提下，才能進行實際操作。壹旦使用不當，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，通常采用大循環方式組織教學。大多數任課教師為了保證設備處於良好的運行狀態，避免或減少故障的發生，在課上只是親自演示，不允許學生隨意開啟、關閉儀器，隨意旋轉儀器按鈕，隨意改變儀器工作參數。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註重培養操作能力，忽視介紹內部結構
儀器分析實驗的教學目標為掌握實驗原理，了解儀器構造、各部分功能，以及儀器的使用、維護和保養。多數學校在現有條件下，收獲較為理想的教學效果也只是學生能在課程結束後掌握機械操作儀器的方法，而學生對儀器的內部結構和原理卻了解甚少，也不懂常規維護和保養，能力自然不能得到充分鍛煉。這對日後工作幫助顯然不夠，難以滿足職業教育技能型人才培養的實際需求。
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，教師可以借助互聯網上的教學視頻來進行輔助教學，對學生掌握實驗原理、儀器構造也能起到壹定效果。但由於儀器設備型號不同，軟件、硬件操作規程差別較大，學生觀看互聯網上的視頻後，面對本校的實驗設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、氣質聯用儀等儀器的網絡教學資源十分有限。針對以上問題，根據實際條件，選擇、開發適合本校的輔助教學手段，用來彌補教學資源的不足，不失為壹條可行之路。
2輔助教學手段在儀器分析實驗教學中的運用
2．1將仿真技術引入教學
分析儀器仿真技術是利用計算機技術、網絡技術、仿真技術和信息技術，在計算機上建立壹套與真實分析儀器完全相同的虛擬分析系統［1］。它能夠借助圖像、動畫來描述設備的特性，顯示實體的真實動作，模仿真實操作過程。國內大型分析儀器仿真技術現已成熟，以由北京東方仿真軟件技術有限公司開發的大型分析儀器仿真操作系統系列軟件為例，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、色質聯用分析儀仿真等內容。該系統采用計算機虛擬仿真技術進行開發。軟件具備機理模型，虛擬場景逼真度高，且以真實實驗數據庫作為支撐，能夠自動模擬相應的實驗現象，得到與真實實驗相似的實驗結果。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、常規考核以及技能大賽等需求，也為剖析儀器的內部結構、原理提供極大方便。仿真實訓室的建立可利用校內現有計算機機房進行擴充，購買相應操作軟件。這與添置設備相比，仿真技術投入少、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，與傳統的教學方式相比，不僅能滿足設備數量與學生數量之間巨大差距的矛盾，彌補辦學硬件資源的不足，還可對設備的內部結構、實驗原理等相關知識進行形象剖析和立體化講解。仿真儀器的反復操作不僅不會增加實驗成本，遇到操作不當、參數設置不正確時，也不會損壞儀器、出現安全問題，能夠幫助學生盡快、全面掌握儀器設備的操作技能。
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教學環境裏來，使其最大限度地發揮作用，需要教師認真對待。從技術角度來看，微課這種靈活、主題突出的新型教學模式就是壹個有效的方法。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節開展教與學的各種教學資源有機組合。開發儀器分析實驗相關微課，借助網絡與視頻技術，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，供學生反復觀看，更有利於學生理解與掌握專業技能［2］。它還能將課堂教學延伸到課外，學生能夠在課前、課後利用電子設備瀏覽實訓課教學內容，有針對性地學習。教學視頻是微課的'核心組成部分，時長壹般在5～8分鐘，主題突出，經過後期制作的視頻及配套輔助資源的總容量壹般為幾十兆字節，視頻格式須是支持網絡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、實訓內容完整地展現出來。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。而對於大型設備，如氣相色譜、高效液相色譜、原子吸收分光光度計等，壹次完整的實驗耗時較長，微課的制作可按動作節點把操作步驟碎片化成不同單元，針對碎片化後的知識點進行錄制。步驟要連貫，不能輕易跳過。視頻的後期制作中，加入關鍵詞，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:壹是儀器構造，主要介紹氣路控制系統、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節;三是樣品測定，主要介紹主菜單功能，設置溫度、橋電流的方法，由於升溫時間較長，過程省略;四是取樣進樣的操作;五是關機方法，介紹怎樣返回至主菜單，設置橋電流，怎樣關恒流源降溫，最後關主機;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，既要有設備的整體畫面，又要註重細節，讓學生能夠在整套設備中準確找到相關按鍵或旋鈕，同時又能看清操作方法。
2．3建設網絡教學平臺
《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020年)》中提出，要“加強網絡教學資源體系建設，開發網絡學習課程，創新網絡教學模式”。網絡教學平臺是實現教育教學方法創新，促進優質教育資源普及***享的重要途徑和基礎保障［4］。網絡教學支持平臺是指建立在互聯網的基礎之上，為網絡教學提供全面支持服務的軟件系統的總稱，包括支持網絡教學的硬件設施和支持網絡教學的軟件系統。網絡教學平臺主要有點播式教學平臺和互動式網絡教學平臺。點播式教學平臺能夠實現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容。而互動式教學平臺可使師生通過網絡進行交流，教師也可利用教學平臺對學生的學習情況進行跟蹤，並根據學生的學習情況有選擇性地發布課程內容。網絡教學平臺建設包括硬件建設和軟件建設。硬件設施主要有全方位的校園寬帶網、功能完善的網絡多媒體教室、服務器、多媒體教學材料和軟件的存儲設備。軟件方面主要是教學系統平臺。教師可將儀器分析課程的課件、教案、專業資料、儀器使用的微課程上傳至平臺，供學生自主學習。學生可先通過網絡平臺觀看儀器操作的微課程，熟悉儀器結構和操作要領，然後上機操作，這使得教學更具有針對性。目前國內許多院校或公司研制和開發了適合自身需要的網絡教學平臺產品，如北京師範大學研制的Vcalss、上海交通大學的Answer教學系統平臺，都可以引進使用。
2．4其他輔助手段的使用
根據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，並將其打印、壓膜塑封後放在儀器旁邊，學生在使用之前需仔細閱讀，按照說明進行操作;針對現在高校大學生幾乎都有智能手機的現狀，在沒有網絡教學平臺的情況下，教師也可將微課、視頻通過微信發送給學生;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後觀看相關教學視頻進行自學等。
3結束語
儀器分析實驗課程是壹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，為學生獨立調試、使用儀器打下良好基礎，從而達到提高教學質量的目的。
作者:柳意 單位:錦州師範高等專科學校
參考文獻:
［1］田文德，丁輝，姚飛．分析儀器的計算機仿真［J］．現代科學儀器，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用研究［J］．長沙大學學報，2015(3):125－126．
［3］柳意．微課在環境工程技術專業實訓中的應用［J］．哈爾濱職業技術學院學報，2016(2):42－44．
［4］徐旭松．ActRes互動式網絡教學平臺的開發與應用［J］．江蘇理工學院學報，2015(4):82－86．
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