01仪器分析实验教学新模式——仿真教学与实际操作相结合重点

1、仪器分析实验教学新模式的探讨叶国健（东莞理工学院化学生物工程系，广东东莞 523808）摘要：仪器分析实验是借助现代先进的仪器设备对物质的组成、结构等理化性质 进行分析测试的实验学科，而仿真教学则是运用计算机技术对实际实验进程的模 拟操作，文章对比分析两种模式教学中的优缺点，论述建立新模式的可行性，从 而提出科学合理、行之有效的优化模式。通过教学效果证明，此模式下教学质量 不断提高，学生成绩稳步上升，达到本科学生综合训练的目的。关键词：实验教学，仿真，新模式引言：化学是一门实验学科。仪器分析作为化学分析中的一个重要分支，而仪 器分析实验是仪器分析课程的重要组成部分。仪器分析作为现代的分析测试手

2、 段，日益广泛地为许多领域内的科研和生产提供大量的物质组成、结构以至微区 内元素的空间分布状态等方面的信息，因而已经成为高等学校中许多专业的重要 课程之一。要学好仪器分析，必须认真做好仪器分析实验，通过仪器分析实验， 可以使学生加深理解有关仪器分析的基本原理，并掌握必要的实验基础知识和基 本操作技能；同时学习实验数据的处理方法，正确表达实验结果。通过学习本课 程，使学生加深对各种仪器分析方法的基础理论和工作原理的理解，正确和熟练 把握仪器分析方法的基本操作，培养学生运用仪器分析手段解决实际问题的能 力，为学习后续课程及科研工作打下良好的基础 1 o 一 传统仪器分析实验教学中存在的主要问题：1

3、. 资源相对不足，设备有限实验所用仪器多数为精密贵重物品，因此，每个实验室拥有的数量极为有限，再 加上国家的扩招政策，学生成倍增加，使得本来就紧张的仪器资源更为短缺。如 何合理利用现有资源，科学安排，以取得最佳的教学效果，是摆在我们面前迫不 及待解决的难题。2. 实验学时数偏少，无法保证知识与技能的巩固。现行教学计划，为减轻学生负担，压缩学时，使得本来就紧迫的实验学时显得更 为捉襟见肘。如何在最短的时间内制定行之有效的教学模式，使学生掌握更全面 的理论知识与操作技能，也是实验教学中的一大难题。3. 随着高校向市场化改革，办学成本也是一个非常现实的问题。建造新项目仪器分析实验室，经费无疑是最沉重

4、的负担，同时，实验易耗品的大 量消耗、仪器的保养与维护花销也相当大。降低开出实验的成本，减轻学院的经 济负担，是学院成功迈向市场化的必由之路。4. 实验易耗品的大量消耗，也带来环境污染问题。各高校在建设实验室的时候，大多数都没有考虑实验过程中排放的三废”对环境造成的影响，有的高校实验室建立了 三废”处理系统，可真正运作的也寥寥无 几，随着实验课程的不断开出，大量消耗的化学易耗品对环境造成了严重的威 胁。随着信息技术的飞速发展，以计算机技术和网络技术为核心的现代多媒体技术已 经开始在教育领域中广泛应用，引发了一场从教育理念、教育内容、教育方法、 教育手段到教育模式、教育过程等全方面的深刻变革，学

5、校里出现了越来越多的 多媒体教室；CAI计算机辅助教学、虚拟实验教学等各种软件蓬勃发展起来，计 算机仿真仪器分析实验就是仪器分析实验教学在教学手段上的有效拓展和互 ，男，广东河源人，助理实验师，主要从事仪器分析实验仿真教学方面研究。作者简介：叶国健（1979-） 1 补，仿真实验教学与实际操作有机相结合，就是仪器分析实验教学的一种新模 式。二仿真仪器分析实验教学的优点1. 增强学习兴趣，提高学习效率对于大多数大学生来说，仪器分析实验还是比较陌生的。所以他们在预习实 验的时候，会感觉到书本上的操作介绍很抽象。虽然有些分析仪器在书上附有图 片，但仍然显得很单调，学生在预习过程中容易缺乏兴趣，对实验

6、原理并不能真 正的理解。学生对这些新仪器都不熟悉，对仪器的每一个部件的功能并没有完全 掌握，甚至不了解仪器的正确使用方法而进行错误操作，造成实验的中断、仪器 的损坏。仿真仪器分析实验可以提供形象直观、内容丰富、生动逼真的学习环 境，提供图文并茂、动静结合、节奏有序的实验内容，并以声音、图像、动画等 丰富的表现力帮助学生进行多感观的学习，这样无疑会增加学生的兴趣，调动他 们学习的积极性，促进学生对实验仪器的熟悉和对实验原理的理解。2. 大大降低实验成本，减轻经费支出仿真仪器分析实验，只要建设一个仿真实验室，购买相关仿真软件，并进行相关 的培训，无需价格昂贵、高精密仪器，高要求的实验室设备，高花费

7、的实验耗 材，就可以搭建丰富的实验项目，满足新形势下实验教学的需求，确实是一个非 常实用的方案。3. 提供广阔的创新空间由于实验资源匮乏，设备昂贵，部分实验还具有一定的危险性，因此大多数学校 在开设实验项目时常常有所保留，学生也不敢大胆尝试创新实验操作。这在很大 程度上扼杀了学生创新能力的发展。仪器分析仿真实验系统认错性很强，在模拟 操作过程中学生一旦出错，系统立即指出调节错误，如果上一步没有纠正就不允 许进行下一步，迫使学生反复演练直至成功。这样不仅不用担心仪器的损坏，还能够引发学生大胆想象，敢于尝试、积极探索真知的动机。通过提供一种无惧”的学习环境，培养了学生的创新意识，建立起广阔的创新空

8、间。4丰富实验内容，开拓学生视野受教学计划、教学经费、安全系统等因素影响，绝大多数学校开出的仪器分析实 验内容都比较陈旧，验证性、可操作性强、安全系数高的实验项目占很重的比 例，这对学生的培养成才极为不利。仪器分析仿真实验提供安全的实验环境、新 颖的实验内容、简易的操作模式，丰富了实验教学的内容，让学生学到更多最新 的前沿知识，开拓了学生的视野。5逼真的过程，可信的效果仪器分析仿真实验为学生提供详细逼真的实验画面，真实可信的实验效果。仿真 实验软件的开发，都是基于实际实验操作基础上来实现的，操作仿真软件，就是 将实验过程的再现，如实反映了实验的全过程。6与网络结合，实现信息资源共享互联网通天下

9、，可以实现更大范围的信息资源共享，同时也提供了即时讨论的平 台，师生的交流无界限。7功能强大，操作方便，易学易用仪器分析仿真实验软件具有非常强大的功能，包含了所有仪器分析实验内容，操 作界面简单直接，通俗易懂，只要掌握了计算机的基础知识，就能熟练地运用仿 真软件进行模拟实验。在大型贵重精密仪器缺少、易损害、学生难于见到实物，学生学习难度大等情况 下，采用仿真课件进行模拟实验。利用软件进行模拟实验，学生可以直观地2在计算机上了解仪器结构、基本原理，并进行实验的模拟操作，从而掌握了不同 仪器的使用方法。我院专门建立化工仿真实验室，购买多种仪器分析实验模拟软 件，极大地弥补了设备不足的现状，起到了很

10、好的效果。我们执行的实验教学模式实行五步走：预习 一实验操作一课后讨论一信息反馈一 总结1.预习任课教师将学生分组，不同组的学生预习不同的实验内容。预习的整个过程都是 利用仿真软件进行，为了解决仿真实验室计算机数量不足的问题，与学生共享仿 真软件，让学生在自己的电脑上进行仿真实验的预习（据调查，随着计算机的普 及，60%的我院学生都拥有自己的电脑）。预习过程中，学生结合书本的理论知 识，了解、熟悉各种仪器的基本操作流程、工作原理、常见的错误操作及注意事 项，生动逼真的软件教学让学生身临其境，对实验内容的理解既有理论指导，又 有实例观摩，从各方面刺激学生的学习积极性，提高了学习效率。2实验操作通

11、过仿真的预习，绝大多数同学都已经基本掌握实验的操作步骤，预习不同实验 内容的各组同学，在相应指导教师指导下进行不同的实验操作，这样一来，就很 好地解决了仪器台套数不足的难题。通过仿真实验的模拟操作，学生对整个实验 过程的每一个步骤都有比较熟悉的认识，这样既节省了实验课堂时间，提高了教 学效率，又为学生的学习提供了很好的发挥空间，学生可以通知模拟实验来设定 自己的实验方案和步骤，达到了综合训练的目的。3.课后讨论当实验完成之后，学生会发现实际操作与仿真模拟操作会有大大小小的差别，甚 至出现较大的误差，通过课后同学们分组相互之间的讨论，会得出各种不同的结 论，让同学们自己找出其中的原因，培养学生分

12、析问题与解决问题的能力。4信息反馈学生通过分组讨论后，会有各种不同的结论，究竟哪一种结论是正确的？学生有 时候也难于分辨，将这些信息全部反馈到任课老师那里，由任课老师作出专业的 判断，师生之间进行互动，激发学生发现问题与总结问题的能力。5.总结通过以上四步的训练，学生对实验的教学有了较为全面的认识，但也发现了不少 的问题，这时由任课老师对学生常见的问题进行总结分析，让学生更加深刻地理 解实验的目的、操作步骤、注意事项、常见问题、数据处理等。通过以上五步的教学与训练，学生对仪器分析实验这门课程的学习兴趣增加了， 学习氛围浓厚了，学习成绩提高了，以下是从2002级到2004级学生的仪器分析实验成绩

13、分析：表1化学生物工程系2002-2004级仪器分析实验成绩分析 年级 平均分 最高分 最低分90分以70-8960-6960分以 上（人）分（人）分（人）下（人）2002 级 76.44 91 69 3 34 1 0 2003级 77.16 87 63 0 78 5 0 2004级 79.36 90 65 1 91 11 0图1化学生物工程系2002-2004级仪器分析实验平均成绩综上所述，采用仿真模拟与实际操作相结合的仪器分析实验教学模式是卓有成效 的，学生以对这门课程的理解加深了，培养了学生独立思考，分析问题和解决问 题的综合能力，得到了比较全面的能力训练，达到了本科实验教学的基本要求。

14、 参考文献1苏克曼，张济新仪器分析实验北京.高等教育出版社第二版.2005Study of in strume nt an alysis experime nt teach ing new modeYe Guo Jia n（Dong Guan Uni versity of Tech no logy, Don ggua n 523808,Ch ina）Abstract: The in strume nt an alysis experime nt is the in strume nt equipme nts which a, for help a modern forerunner to ma

15、terial of constitute, structure etc. the physics and chemistry property carry on an alytical the experime nt academics of test, but imi teaching to then make use of a calculator technique to actual experiment imitating of progress operation the contrast analyzes two kinds of merit and shortcoming in the mode teach in gs, discuss ing a possibility of build up the new mode, putt ing forward scie nce reas on able and going this valid thus excelle nt turn mode.Pass a te