儀器分析實(shí)驗課程教學(xué)探討論文
摘要:分析儀器分析實(shí)驗課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，探討輔助教學(xué)手段在儀器分析實(shí)驗教學(xué)中的運用，提出將仿真技術(shù)引入教學(xué)、合理運用微課、建設網(wǎng)絡(luò )教學(xué)平臺等對策。
關(guān)鍵詞:儀器分析實(shí)驗;輔助教學(xué)手段;課程教學(xué)
儀器分析實(shí)驗課程是化學(xué)類(lèi)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設的主要基礎課程之一，課程內容主要包括電化學(xué)分析法、紫外可見(jiàn)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(guò)這門(mén)課程的學(xué)習，學(xué)生可以加深對有關(guān)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(shí)驗條件，正確處理實(shí)驗數據和表達實(shí)驗結果，為后續課程的學(xué)習及未來(lái)職業(yè)崗位的勝任奠定一定基礎。
1儀器分析實(shí)驗教學(xué)存在的主要問(wèn)題
1．1硬件資源不足，學(xué)生缺乏實(shí)操訓練
儀器分析實(shí)驗所用大型儀器每臺價(jià)格少則幾千元，多則幾萬(wàn)元，甚至幾十萬(wàn)元。許多院校受到資金和場(chǎng)地的限制，無(wú)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(shí)驗教學(xué)不能像基礎實(shí)驗那樣，采用獨立操作的方式，讓每位學(xué)生都參與實(shí)驗，只能靠教師演示或讓學(xué)生做些輔助性的操作來(lái)完成教學(xué)任務(wù)。例如:在紅外光譜實(shí)驗中，學(xué)生可以進(jìn)行的操作大多是固體樣品的壓片;在液相色譜實(shí)驗中，學(xué)生的主要任務(wù)是配置溶液、用超聲除去氣體、用微孔濾膜過(guò)濾等。而儀器參數的設置、進(jìn)樣等涉及儀器操作的部分大多由教師演示，學(xué)生則少有動(dòng)手操作儀器的機會(huì )。
1．2精密儀器的特殊性使學(xué)生使用受到限制
精密儀器的操作技術(shù)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(jìn)行實(shí)際操作。一旦使用不當，不僅會(huì )造成儀器損壞，而且相對高昂的維護費用和相對較長(cháng)的維護時(shí)間會(huì )給日常教學(xué)帶來(lái)嚴重影響。因此，在儀器分析實(shí)驗教學(xué)中，通常采用大循環(huán)方式組織教學(xué)。大多數任課教師為了保證設備處于良好的運行狀態(tài)，避免或減少故障的發(fā)生，在課上只是親自演示，不允許學(xué)生隨意開(kāi)啟、關(guān)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(xué)生只能走馬觀(guān)花地看演示，達不到理想的學(xué)習效果。
1．3注重培養操作能力，忽視介紹內部結構
儀器分析實(shí)驗的教學(xué)目標為掌握實(shí)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(xué)校在現有條件下，收獲較為理想的教學(xué)效果也只是學(xué)生能在課程結束后掌握機械操作儀器的方法，而學(xué)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。這對日后工作幫助顯然不夠，難以滿(mǎn)足職業(yè)教育技能型人才培養的實(shí)際需求。
1．4輔助教學(xué)手段針對性不強
隨著(zhù)信息化時(shí)代的來(lái)臨，在硬件資源不足的情況下，教師可以借助互聯(lián)網(wǎng)上的教學(xué)視頻來(lái)進(jìn)行輔助教學(xué)，對學(xué)生掌握實(shí)驗原理、儀器構造也能起到一定效果。但由于儀器設備型號不同，軟件、硬件操作規程差別較大，學(xué)生觀(guān)看互聯(lián)網(wǎng)上的視頻后，面對本校的實(shí)驗設備可能還是無(wú)從下手。例如:利用百度搜索到的紫外可見(jiàn)分光光度計的教學(xué)視頻多為721、722、752、UV756MC型號;氣相色譜儀教學(xué)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(zhì)聯(lián)用儀等儀器的網(wǎng)絡(luò )教學(xué)資源十分有限。針對以上問(wèn)題，根據實(shí)際條件，選擇、開(kāi)發(fā)適合本校的輔助教學(xué)手段，用來(lái)彌補教學(xué)資源的不足，不失為一條可行之路。
2輔助教學(xué)手段在儀器分析實(shí)驗教學(xué)中的運用
2．1將仿真技術(shù)引入教學(xué)
分析儀器仿真技術(shù)是利用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、仿真技術(shù)和信息技術(shù)，在計算機上建立一套與真實(shí)分析儀器完全相同的虛擬分析系統［1］。它能夠借助圖像、動(dòng)畫(huà)來(lái)描述設備的特性，顯示實(shí)體的真實(shí)動(dòng)作，模仿真實(shí)操作過(guò)程。國內大型分析儀器仿真技術(shù)現已成熟，以由北京東方仿真軟件技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)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(zhì)聯(lián)用分析儀仿真等內容。該系統采用計算機虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。軟件具備機理模型，虛擬場(chǎng)景逼真度高，且以真實(shí)實(shí)驗數據庫作為支撐，能夠自動(dòng)模擬相應的實(shí)驗現象，得到與真實(shí)實(shí)驗相似的實(shí)驗結果。操作方式靈活真實(shí)，仿真操作過(guò)程與真實(shí)儀器操作過(guò)程極其相似。學(xué)生可以通過(guò)仿真技術(shù)在計算機上建立的虛擬實(shí)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(shí)的分析儀器上操作。它不僅能夠滿(mǎn)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(shí)訓室的建立可利用校內現有計算機機房進(jìn)行擴充，購買(mǎi)相應操作軟件。這與添置設備相比，仿真技術(shù)投入少、消耗低、使用周期長(cháng)、維護方便。大型分析儀器仿真軟件的引入，與傳統的教學(xué)方式相比，不僅能滿(mǎn)足設備數量與學(xué)生數量之間巨大差距的矛盾，彌補辦學(xué)硬件資源的不足，還可對設備的內部結構、實(shí)驗原理等相關(guān)知識進(jìn)行形象剖析和立體化講解。仿真儀器的反復操作不僅不會(huì )增加實(shí)驗成本，遇到操作不當、參數設置不正確時(shí)，也不會(huì )損壞儀器、出現安全問(wèn)題，能夠幫助學(xué)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(shí)驗硬件資源不足的問(wèn)題，如何把有限的實(shí)訓資源整合到傳統教學(xué)環(huán)境里來(lái)，使其最大限度地發(fā)揮作用，需要教師認真對待。從技術(shù)角度來(lái)看，微課這種靈活、主題突出的新型教學(xué)模式就是一個(gè)有效的方法。微課是以教學(xué)視頻為主要載體，反映教師在教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中針對某個(gè)知識點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節開(kāi)展教與學(xué)的各種教學(xué)資源有機組合。開(kāi)發(fā)儀器分析實(shí)驗相關(guān)微課，借助網(wǎng)絡(luò )與視頻技術(shù)，通過(guò)視頻、圖片、PPT等形式，可形象直觀(guān)地將實(shí)訓項目操作技能視覺(jué)化，供學(xué)生反復觀(guān)看，更有利于學(xué)生理解與掌握專(zhuān)業(yè)技能［2］。它還能將課堂教學(xué)延伸到課外，學(xué)生能夠在課前、課后利用電子設備瀏覽實(shí)訓課教學(xué)內容，有針對性地學(xué)習。教學(xué)視頻是微課的核心組成部分，時(shí)長(cháng)一般在5～8分鐘，主題突出，經(jīng)過(guò)后期制作的視頻及配套輔助資源的總容量一般為幾十兆字節，視頻格式須是支持網(wǎng)絡(luò )在線(xiàn)播放的流媒體格式(如rm，wmv，flv)等［3］。儀器分析實(shí)驗的微課制作可采用“錄像法”，把儀器部件、旋鈕、操作方法、實(shí)訓內容完整地展現出來(lái)。如對紅外光譜實(shí)驗中固體樣品的壓片過(guò)程、分光光度計的使用，均可全程錄制。而對于大型設備，如氣相色譜、高效液相色譜、原子吸收分光光度計等，一次完整的實(shí)驗耗時(shí)較長(cháng)，微課的制作可按動(dòng)作節點(diǎn)把操作步驟碎片化成不同單元，針對碎片化后的知識點(diǎn)進(jìn)行錄制。步驟要連貫，不能輕易跳過(guò)。視頻的后期制作中，加入關(guān)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:一是儀器構造，主要介紹氣路控制系統、儀器控制面板、進(jìn)樣器、色譜柱箱、檢測器(包括控制電路)等;二是開(kāi)機方法，介紹開(kāi)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，由于升溫時(shí)間較長(cháng)，過(guò)程省略;四是取樣進(jìn)樣的操作;五是關(guān)機方法，介紹怎樣返回至主菜單，設置橋電流，怎樣關(guān)恒流源降溫，最后關(guān)主機;六是軟件操作部分，可使用“Camtasia”錄屏軟件，將軟件操作過(guò)程完整錄制下來(lái)。儀器操作的錄制過(guò)程，既要有設備的整體畫(huà)面，又要注重細節，讓學(xué)生能夠在整套設備中準確找到相關(guān)按鍵或旋鈕，同時(shí)又能看清操作方法。
2．3建設網(wǎng)絡(luò )教學(xué)平臺
《國家中長(cháng)期教育改革和發(fā)展規劃綱要(2010—2020年)》中提出，要“加強網(wǎng)絡(luò )教學(xué)資源體系建設，開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò )學(xué)習課程，創(chuàng )新網(wǎng)絡(luò )教學(xué)模式”。網(wǎng)絡(luò )教學(xué)平臺是實(shí)現教育教學(xué)方法創(chuàng )新，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教育資源普及共享的重要途徑和基礎保障［4］。網(wǎng)絡(luò )教學(xué)支持平臺是指建立在互聯(lián)網(wǎng)的基礎之上，為網(wǎng)絡(luò )教學(xué)提供全面支持服務(wù)的軟件系統的總稱(chēng)，包括支持網(wǎng)絡(luò )教學(xué)的硬件設施和支持網(wǎng)絡(luò )教學(xué)的軟件系統。網(wǎng)絡(luò )教學(xué)平臺主要有點(diǎn)播式教學(xué)平臺和互動(dòng)式網(wǎng)絡(luò )教學(xué)平臺。點(diǎn)播式教學(xué)平臺能夠實(shí)現教學(xué)資源的快速傳遞，學(xué)生可以隨時(shí)點(diǎn)播音頻、視頻課件，查閱電子教案等教學(xué)內容。而互動(dòng)式教學(xué)平臺可使師生通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行交流，教師也可利用教學(xué)平臺對學(xué)生的學(xué)習情況進(jìn)行跟蹤，并根據學(xué)生的學(xué)習情況有選擇性地發(fā)布課程內容。網(wǎng)絡(luò )教學(xué)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(wǎng)、功能完善的網(wǎng)絡(luò )多媒體教室、服務(wù)器、多媒體教學(xué)材料和軟件的存儲設備。軟件方面主要是教學(xué)系統平臺。教師可將儀器分析課程的課件、教案、專(zhuān)業(yè)資料、儀器使用的微課程上傳至平臺，供學(xué)生自主學(xué)習。學(xué)生可先通過(guò)網(wǎng)絡(luò )平臺觀(guān)看儀器操作的微課程，熟悉儀器結構和操作要領(lǐng)，然后上機操作，這使得教學(xué)更具有針對性。目前國內許多院�；蚬狙兄坪烷_(kāi)發(fā)了適合自身需要的網(wǎng)絡(luò )教學(xué)平臺產(chǎn)品，如北京師范大學(xué)研制的Vcalss、上海交通大學(xué)的Answer教學(xué)系統平臺，都可以引進(jìn)使用。
2．4其他輔助手段的使用
根據儀器分析實(shí)驗課程的特點(diǎn)，教師也可選擇簡(jiǎn)單易行的輔助手段，如:制作大型儀器操作流程圖，并將其打印、壓膜塑封后放在儀器旁邊，學(xué)生在使用之前需仔細閱讀，按照說(shuō)明進(jìn)行操作;針對現在高校大學(xué)生幾乎都有智能手機的現狀，在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò )教學(xué)平臺的情況下，教師也可將微課、視頻通過(guò)微信發(fā)送給學(xué)生;也可通過(guò)易企秀軟件，生成二維碼，學(xué)生通過(guò)掃描二維碼的方式在課后觀(guān)看相關(guān)教學(xué)視頻進(jìn)行自學(xué)等。
3結束語(yǔ)
儀器分析實(shí)驗課程是一門(mén)實(shí)踐性很強的課程，對分析儀器的需求較高。在教學(xué)資源有限的情況下，我們應當積極探索輔助教學(xué)手段的運用，幫助學(xué)生深入、直觀(guān)地理解和掌握所學(xué)知識，提高動(dòng)手能力和獨立操作能力，為學(xué)生獨立調試、使用儀器打下良好基礎，從而達到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。
作者:柳意 單位:錦州師范高等專(zhuān)科學(xué)校
參考文獻:
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