虛擬實驗在藥物分析實驗教學中的應用

摘要：將虛擬實驗應用于藥物分析實驗教學，推動了實驗教學的改革與發展。闡述了藥物分析虛擬實驗的教學優勢與應用，為其他學科實驗教學中虛擬實驗技術的應用提供經驗。

關鍵詞：虛擬實驗；藥物分析；教學方法

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）06（b）-0000-00

藥物分析是藥學專業的主要專業課程之一，是研究與發展藥品全面質量分析與控制的科學。通過藥物分析課程的理論與實踐教學，培養學生具備全面質量控制的觀念。實驗課在藥物分析課程教學中占有重要的地位，然而隨著高校的擴招以及新技術不斷涌現，傳統的實驗教學手段由于場地、儀器設備等條件的制約已經不能完全滿足日益擴大的教學需求。虛擬實驗打破時空限制，不僅可以激發學生的學習興趣、提高實驗教學效果，還可以促進教學觀念與形式的變革。本文闡述了虛擬實驗在藥物分析實驗教學中的主要應用，以期促進藥物分析實驗教學的改革與發展并為其他學科實驗教學中虛擬實驗技術的應用提供經驗。

1 虛擬實驗及其在教學中的應用優勢

虛擬實驗起源于20世紀90年代，是采用虛擬現實技術（Virtual Reality，VR）產生和發展起來的一種實驗模式。虛擬實驗將軟件和硬件結合，借助計算機或者計算機網絡模擬傳統的實驗儀器設備等進行各種仿真操作。一般多指借助于仿真、多媒體和虛擬現實技術等在計算機上營造可以輔助或者部分替代甚至完全替代傳統實驗操作環節的軟硬件操作環境，實驗者可以像在真實的環境中一樣完成各種預定的實驗項目，所取得的訓練效果等價于甚至優于在真實環境中所取得的效果[1]。

虛擬實驗建立在虛擬的實驗環境之上，是對傳統實驗方式的革新，與傳統的實驗相比具有以下優勢：首先有利于提高實驗教學效果。虛擬實驗平臺逼真、交互性強，可通過鼠標點擊自由地進行實驗操作，充分體現了實驗者實驗操作的自主性。虛擬實驗方式類似玩游戲，提高了學生的學習興趣。良好的實驗氛圍與人機交互界面明顯地增強了學生的求知欲，學生能主動地預習和復習實驗，因此實驗教學效果明顯提高。其次，有利于培養學生創新能力和解決問題的能力。虛擬實驗一方面擺脫了實驗教學時間和空間的限制。結合開放實驗室，學生可以利用課余時間進行虛擬實驗操作。另一方面虛擬實驗拓展了實驗的范圍，一些在真實實驗條件下難以或無法開展的實驗項目可以利用虛擬實驗來完成。在虛擬實驗中，學生可大膽地進行嘗試，不必擔心儀器損壞、試劑消耗。學生的心理顧慮消除，更主動、大膽地進入實驗中，從而能更好地拓展了創新能力和解決問題的能力。

2 虛擬實驗在藥物分析實驗教學中的應用

2.1 真實實驗課前預習

在傳統的實驗教學方式中，學生預習很難取得滿意的效果，主要是因為實驗抽象枯燥，影響了學生預習的興趣。例如藥物分析實驗中一些儀器設備的使用，學生在之前的化學實驗中雖然接觸過但是仍然認識抽象。虛擬實驗則可以解決學生預習時遇到的這些問題，從而可以用于開展真正實驗前的指導。通過虛擬實驗預習有助于學生理解教學內容，充分弄懂實驗原理和實驗過程、熟悉實驗儀器設備的使用。同時學生還可根據自己的學習情況，反復模擬操作，鞏固對實驗的理解，提高實驗水平。在虛擬實驗預習階段，學生對實驗過程有了初步的了解。在此基礎上進行實際操作，學生能夠有備而來，實驗目的更加明確，對一些關鍵步驟和容易出現的問題也是心中有數。實驗結束后，還可對兩種實驗方式及結果加以比較，分析在實際實驗中影響實驗結果的各種因素，了解實驗偏差產生的原因，減少傳統實驗中盲目操作、損壞設備等現象，提高真實實驗的效率及實際實驗的技能。

2.2 虛實結合，優勢互補

采取虛擬實驗和真實實驗相結合的教學方式。將驗證性實驗或經典實驗操作通過錄像或仿真模擬的方式，讓學生互動學習，掌握基本的實驗技能。在進行真實實驗時，學生能充分搞清實驗原理、實驗過程和儀器設備的使用，提高真實實驗的效率和水平。藥物分析虛擬實驗通過對實際儀器操作環境和操作過程的模擬，并通過人機交互方式輸入參數同時給出實驗結果，學生可以借此掌握藥物分析實驗基本操作和方法，增強實踐能力，彌補傳統實驗教學的不足。由于大型的現代分析儀器價格比較昂貴，很多高校數量有限。使得在實際的教學中無法做到人手一臺， 怎樣讓學生充分掌握這些大型儀器的基本操作和技能便成為一個難題。特別是在進行一些探索性實驗時，傳統的實驗教學對儀器的操作流程以及內部結構只能是教師演示，學生的實際操作機會較少。虛擬實驗將細致復雜的儀器操作流程及內部結構用動畫的形式展現出來，模擬真實的場景，充分調動學生學習的積極性，大大提升實驗教學效果。例如在實驗液相色譜法測定藥物含量中，運用ActionScript程序建立了場景化實時交互液相色譜虛擬儀器和虛擬實驗[2]。通過實時改變操作參數，考察不同色譜條件下乙酰水楊酸和水楊酸動態色譜流出曲線，并定量分析虛擬實驗結果。

2.3 用于開放實驗和成績評價

開放性實驗教學就是將實驗室全天開放，對一些實驗課內沒有開設的實驗項目可在課外開放實驗室中通過虛擬實驗進行，使學生能夠全面深刻掌握課本的知識。學生根據自己的實際情況選擇時間進行自己感興趣的實驗，學生的創造精神和綜合素質得到更好地培養。學生填寫開放實驗申請表后，在規定的時間進人實驗室按照自主選擇的實驗項目進行虛擬實驗。實驗過程中學生進行實驗的積極性得到提高，虛擬實驗的開放有效地培養了學生的創新能力[3]。

科學完善的實驗考核評估體系不僅是實驗教學改革的基礎，也是提高實驗教學質量的根本保障。隨著實驗教學改革的發展，實驗操作考試在實驗教學成績考核項目中的比例逐漸增加。藥分實驗操作考試包括容量分析正確規范的操作和分析儀器的使用等。對于一些大型價格昂貴的儀器進行操作考試，學生由于操作不熟練特別是考試時緊張常常會操作失誤甚至損壞儀器。因此這些操作考試很難有效開展。為此我們制訂了虛擬實驗和真實實驗相結合的考核評定方案，兼顧考核學生虛擬實驗情況，及真實實驗操作的動手能力和實驗結果進行綜合評定。

3 結語

虛擬實驗的應用和發展，改變了傳統教育觀念，深化了實驗教學改革，更新了實驗教學模式，更有利于培養學生的學習興趣與綜合能力。虛擬實驗在實踐教學中發揮的作用雖然十分明顯，但虛擬的實驗環境沒有實物，實驗過程完全理想化，對真實實驗中的一些異常現象或微小變化缺乏模擬，這又不利于學生及時發現問題。因此虛擬實驗不能完全地代替真實實驗。只有將二者有機結合，依托真實實驗，輔以虛擬實驗，才能更好地為教學服務。

參考文獻

[1] 汪詩林， 吳泉源. 開展虛擬實驗系統的研究和應用. [J]. 計算機工程與科學， 2000， 22（2）： 33-35.

[2] 劉志廣， 王雅彬， 張永策. 液相色譜網絡虛擬儀器與虛擬實驗室的構建. [J]. 實驗室研究與探索，2006， 25（6）： 617-620.

[3] 董曉青， 李娜， 李林. 虛擬實驗室在機能學開放性實驗教學中的應用. [J]. 醫學教育探索， 2007， 6（3）： 230.