高職專業(yè)課程《現(xiàn)代儀器分析》實踐教學(xué)的改革與實踐

江津津+董蕾+劉慧娟+鄭玉璽+黃利華

摘要：高職專業(yè)課程《現(xiàn)代儀器分析》的實踐教學(xué)模塊非常重要，在實施過程中應(yīng)盡可能多地運用現(xiàn)代教育教學(xué)技術(shù)和信息化教學(xué)手段，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提升實踐教學(xué)效果。本文認(rèn)為，可以通過模擬仿真技術(shù)和VR的技術(shù)手段，提高實踐教學(xué)的交互性，有效集中學(xué)生的專注力，提高實踐教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：儀器分析；實踐教學(xué)；虛擬現(xiàn)實；模擬仿真

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）01-0253-02

一、《現(xiàn)代儀器分析》課程實踐教學(xué)的重要性

現(xiàn)代儀器分析是食品安全檢測和食品營養(yǎng)分析領(lǐng)域的一門重要學(xué)科，也是多門學(xué)科交叉跨界融合的學(xué)科。《現(xiàn)代儀器分析》課程是“食品營養(yǎng)與檢測”專業(yè)和“食品質(zhì)量與安全”專業(yè)的一門重要核心課程，各類高等院校基本上都有開設(shè)。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代儀器分析這門學(xué)科取得了日新月異的進(jìn)展。在定性檢測領(lǐng)域，現(xiàn)代儀器分析側(cè)重對有機物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑒定與表征；在定量檢測領(lǐng)域，現(xiàn)代儀器分析的優(yōu)勢在于，對復(fù)雜化合物的快速分離和實現(xiàn)高靈敏度的成分分析。

《現(xiàn)代儀器分析》課程學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容包括：電位分析法、光學(xué)分析法、核磁共振（NMR）、質(zhì)譜（MS）、氣相色譜（GC）、液相色譜（LC）、氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用（GC/MS）技術(shù)和液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用（LC/MS）等技術(shù)。該課程注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、職業(yè)能力、綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。實踐教學(xué)實施中選擇食品常用檢測項目，圍繞測試任務(wù)學(xué)習(xí)分析方法的原理、儀器結(jié)構(gòu)、使用維護(hù)方法、定性定量測定方法，設(shè)計了15個適用性強、實踐效果好的檢測實驗為實訓(xùn)項目。實訓(xùn)項目與職業(yè)崗位群緊密掛鉤，方法全部取之于最新國家標(biāo)準(zhǔn)，突出了職業(yè)技能的特點。該課程的理論教學(xué)內(nèi)容，完全為實踐教學(xué)的順利實施服務(wù)，實踐教學(xué)模塊的重要性非常顯著。

二、《現(xiàn)代儀器分析》課程實踐教學(xué)改革的必要性

在強調(diào)以學(xué)生為中心的現(xiàn)代教學(xué)模式下，高職的專業(yè)課程要求逐步進(jìn)行信息化教學(xué)。教學(xué)信息化，是指在教學(xué)中應(yīng)用信息技術(shù)手段，使教學(xué)的所有環(huán)節(jié)數(shù)字化，從而提高教學(xué)質(zhì)量和效率。信息化教育，是以現(xiàn)代教育思想和理論為指導(dǎo)，運用現(xiàn)代信息技術(shù)，開發(fā)教育資源，優(yōu)化教育過程，以培養(yǎng)和提高學(xué)生信息素養(yǎng)為重要目標(biāo)的一種新的教育方式[1]。當(dāng)下，虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)迎來了最好的時代，VR技術(shù)將對教育行業(yè)產(chǎn)生顛覆性的影響。大力普及虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以積極推動高等院校的實踐教學(xué)，實現(xiàn)實訓(xùn)教學(xué)模式的創(chuàng)新。虛擬仿真技術(shù)，是在多媒體技術(shù)、VR技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息科技迅猛發(fā)展的基礎(chǔ)上，將仿真技術(shù)與VR技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種更高級的仿真技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)以構(gòu)建全系統(tǒng)統(tǒng)一的、完整的虛擬環(huán)境為典型特征，通過虛擬環(huán)境集成與控制為數(shù)眾多的實體。實體可以是模擬器，也可以是其他的虛擬仿真系統(tǒng)，還可用一些簡單的數(shù)學(xué)模型表示。實體在虛擬環(huán)境中相互作用，或與虛擬環(huán)境作用，以表現(xiàn)客觀世界的真實特征。虛擬仿真技術(shù)的這種集成化、虛擬化與網(wǎng)絡(luò)化的特征，充分滿足了現(xiàn)代仿真技術(shù)的發(fā)展需求。判別是VR還是虛擬仿真技術(shù)，要看是否具有以下四個基本特性：折疊沉浸性（指學(xué)生可獲得視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、運動感覺等多種感知，從而獲得身臨其境的感受）、折疊交互性、折疊虛幻性和折疊逼真性[2]，符合這四個特征的是虛擬仿真技術(shù)。

《現(xiàn)代儀器分析》課程的實踐教學(xué)內(nèi)容，涉及的儀器既有國民經(jīng)濟(jì)中廣泛應(yīng)用的經(jīng)典儀器，又有具有較大應(yīng)用潛力的新型或大型精密儀器。涉及的實訓(xùn)內(nèi)容分為必選實訓(xùn)、自選實訓(xùn)和綜合性實訓(xùn)3種類型。在每個實訓(xùn)中，都需要介紹實驗原理、實驗技術(shù)和方法、儀器結(jié)構(gòu)和功能等內(nèi)容，使學(xué)生對儀器的主要應(yīng)用和基本維護(hù)有較全面的了解，并通過實踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)格、求實、細(xì)致的科學(xué)作風(fēng)。該課程的實踐教學(xué)模塊涵蓋了樣品預(yù)處理方法、實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理、原子吸收光譜、紫外-可見吸收光譜、紅外光譜、電分析化學(xué)儀的應(yīng)用、氣相色譜儀的應(yīng)用、高效液相色譜儀的應(yīng)用、質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)、熒（磷）光光譜儀的應(yīng)用、原子吸收分光光度計的應(yīng)用以及綜合實驗等內(nèi)容。該課程雖然實用性很強，符合現(xiàn)代檢測行業(yè)的需求，但是在實踐教學(xué)的實施過程中，容易受到實訓(xùn)器材和條件的限制。由于課程所涉及的色譜類儀器、原子吸收分光光度計等分析儀器屬于大型精密儀器，價格昂貴，維護(hù)保養(yǎng)成本很高。目前，國內(nèi)院校還不可能做到每個工位1臺這類儀器，所以傳統(tǒng)的實踐教學(xué)模式是以教師演示操作之后的學(xué)生分組操作實踐為主。這種模式耗時太長，更有部分學(xué)生容易產(chǎn)生依賴教師或者同學(xué)的心理，學(xué)生個體得到的實操鍛煉不夠深入。虛擬仿真技術(shù)的這種集成化、虛擬化與網(wǎng)絡(luò)化的特征，可以充分滿足現(xiàn)代儀器分析技術(shù)的實訓(xùn)教學(xué)需求，學(xué)生人手一臺電腦，在機房通過虛擬仿真軟件完成實操鍛煉，這種方式相對容易實現(xiàn)得多。雖然模擬仿真環(huán)境與真實的檢測環(huán)境有出入，但是通過VR或者模擬仿真訓(xùn)練，學(xué)生可以對儀器的使用方法充分熟悉，也可以對儀器的應(yīng)用軟件熟練使用，有利于今后在崗位上直接操作儀器進(jìn)行檢測。當(dāng)前，高職院校的某些專業(yè)建設(shè)模擬仿真實訓(xùn)室是大勢所趨，通過模擬仿真實訓(xùn)室的建設(shè)和投入使用，引領(lǐng)高職《現(xiàn)代儀器分析》課程的實踐教學(xué)進(jìn)行改革和創(chuàng)新，是一條很好的發(fā)展思路。《現(xiàn)代儀器分析》課程的實踐教學(xué)模式改革和實踐教學(xué)內(nèi)容都需要與時俱進(jìn)，迫在眉睫。

三、《現(xiàn)代儀器分析》課程實踐教學(xué)改革的具體措施

1.創(chuàng)新虛擬仿真實驗室的建設(shè)。當(dāng)前，高等院校建設(shè)虛擬仿真實驗室的需求很大，但供應(yīng)卻不足，主要是擁有核心知識產(chǎn)權(quán)、技術(shù)過硬的企業(yè)并不多，開發(fā)出的模擬仿真軟件尚不夠成熟，使用起來問題比較多，整個行業(yè)缺乏品牌效應(yīng)。為了解決這個問題，需要仿真軟件業(yè)內(nèi)的企業(yè)共同努力，發(fā)揚精益求精的研發(fā)精神，進(jìn)一步提高研發(fā)能力，降低成本，真正解決高等院校客戶的實際困難，提高模擬仿真軟件的品質(zhì)，提供過硬的產(chǎn)品和技術(shù)。只有軟件靠譜了，模擬仿真實訓(xùn)室的建設(shè)才能獲得成功。另外，進(jìn)行虛擬仿真實訓(xùn)室的建設(shè)，還需要院校的支持和推動，只有在體制機制和人員經(jīng)費的保障下，才可能建成有示范引領(lǐng)作用的虛擬仿真實訓(xùn)室。endprint

2.虛擬教育與V-learning應(yīng)用的推廣。《現(xiàn)代儀器分析》課程實踐教學(xué)中的互動和及時反饋是非常重要的，否則就會出現(xiàn)教師演示儀器操作并指導(dǎo)進(jìn)行項目檢測時，一些學(xué)生即使在一旁觀看也無法適時切入的現(xiàn)象。要想提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，需要先讓學(xué)生身臨其境并沉浸其中。虛擬教育可以解決《現(xiàn)代儀器分析》實踐教學(xué)中的交互問題和專注力有效集中的問題。虛擬教育與VR的應(yīng)用，需要建立在以下的基礎(chǔ)上。第一，基于虛擬現(xiàn)實及可視化技術(shù)的教育教學(xué)模式，只有在任課教師理念清晰，運用信息化、數(shù)字化教學(xué)意念堅定并有基本成熟的教學(xué)模式的條件下，才可以實現(xiàn)V-learning的真正推廣和實行。第二，教學(xué)知識和內(nèi)容有可視化的方法和手段。第三，教學(xué)環(huán)境虛擬場景化。第四，教學(xué)過程人機交互化。第五，教學(xué)效果具備客觀真實的評價方法。只有在具備上述五點的情況下，虛擬教育才有望獲得理想的效果。當(dāng)前虛擬仿真實驗教學(xué)環(huán)境所面臨的主要問題包括虛擬仿真軟件品質(zhì)不夠過硬，虛擬實驗在教學(xué)中的地位不夠凸顯，還有實訓(xùn)場地和虛擬仿真實驗教學(xué)資源建設(shè)的問題。在虛擬實驗系統(tǒng)的選擇上，唯恐出現(xiàn)系統(tǒng)不兼容、升級更新不易實現(xiàn)的問題。在推行虛擬教育的同時，還要加強對虛擬仿真實驗教學(xué)過程的管理以及對虛擬仿真教學(xué)設(shè)計、活動安排的管理，這樣才能真正實現(xiàn)《現(xiàn)代儀器分析》課程實踐教學(xué)改革的意義。

四、結(jié)語

高職的實踐教學(xué)改革研究，一般主要著眼于實踐教學(xué)體系與機制建設(shè)、創(chuàng)新性實驗計劃、實驗教學(xué)示范中心、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育基地建設(shè)、實習(xí)實訓(xùn)基地建設(shè)、大學(xué)生自主創(chuàng)業(yè)等方面[3]。由于高職專業(yè)課程《現(xiàn)代儀器分析》的獨特性，本文的重點落在創(chuàng)新性的實驗實訓(xùn)教學(xué)中心的建設(shè)以及虛擬教育與V-learning應(yīng)用的推廣兩個方面。創(chuàng)新的虛擬仿真實驗室建成以后，可以作為實踐教學(xué)示范中心，為同類院校的同類課程起到示范、引領(lǐng)的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]郝謙.虛擬現(xiàn)實[J].南昌職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2001，（06）：31-35.

[2]黃海燕，高云，徐斌，等.仿真模擬教學(xué)在手術(shù)室護(hù)理教學(xué)中的應(yīng)用[J].西北國防醫(yī)學(xué)雜志，2013，（01）：82-83.

[3]時偉.論大學(xué)實踐教學(xué)體系[J].高等教育研究，2013，（07）：61-64.

Abstract：The practice teaching of Modern Instrumental Analysis course is very important.In order to stimulate students' learning enthusiasm and enhance the effect of practice teaching，modern educational technology and information technology should be used as much as possible. It can improve the interactivity of practical teaching by means of simulation technology and VR technology，can also effectively focus on students' concentration and improve the effectiveness of practical teaching.

Key words：instrumental analysis；practice teaching；virtual reality；simulationendprint