摘要：衛生檢驗檢疫專業《儀器分析》課程注重培養中學生的實踐能力和綜合知識應用能力。 在傳統實驗教學模式的基礎上引入虛擬仿真實驗，克服了傳統實驗教學條件缺乏、實驗效率低下的缺點。 通過分析虛擬仿真實驗的特點和優勢，結合虛擬仿真實驗在我校衛生檢驗檢疫專業《儀器分析》課程中的具體應用，探討虛擬仿真實驗教學方法在儀器分析實驗教學中的適用性。
關鍵詞：衛生檢驗檢疫專業； 虛擬仿真； 儀器分析
實驗衛生檢驗與檢疫作為公共衛生與預防醫學的一個分支學科，擔負著培養高層次應用型公共衛生人才以應對哮喘等突發重大公共衛生危機的任務[1-3]。 《儀器分析》是衛生檢驗檢疫專業的一門重要專業課程。 目的是使中學生熟悉各種分析儀器的原理，掌握其使用方法和數據處理技能。 《儀器分析》要求中學生綜合運用基礎知識和專業技能。 是一門注重培養中學生實踐能力的特色課程。 實驗課程是《儀器分析》的重要教學內容。 通過實踐操作，鞏固理論知識的學習，使理論知識提升為專業能力，培養中學生的創新能力和綜合知識應用能力，為公共衛生行業培養具有較強創新能力和實踐能力的高素質應用型人才。 傳統的實驗教學多由班主任授課，尤其是昂貴的儀器，中學生熟練操作的機會較少，很難有動手實踐的機會。 這些實驗教學模式嚴重影響了中學生動手能力和創新能力的培養。 虛擬仿真實驗系統是基于軟件技術的虛擬實驗教學系統，通過3D動態仿真實現教學實驗室的數字化、虛擬化。 通過計算機模擬實驗設備和實驗過程，使中學生能夠在真實的環境中完成實驗操作，實現中學生實踐能力和創新能力的培養[4]。 虛擬仿真實驗具有節約成本、實驗共享、提高效率等明顯優勢，已經成為傳統實驗教學方法的有效補充和發展[5-11]。 虛擬仿真實驗實現了理論教學與實驗的有機融合。 因此，本文將虛擬仿真實驗引入實驗課程《儀器分析》，構建虛擬仿真實驗與理論課程相結合的教學模式，實現中學生在學習過程中不受時間和地點的限制，為疫情下實驗教學的順利舉辦和實驗教學質量的提高提供新的手段。 北京健康醫學院堅持“應用型、特色化、國際化”的發展目標，以培養中學生動手能力和操作技能為目標，在衛生檢驗檢疫實驗教學中引入虛擬仿真教學平臺。 分析了虛擬仿真實驗的特點和優勢，探討了虛擬仿真實驗在我校衛生檢驗檢疫專業《儀器分析》課程中的具體應用。
1 傳統實驗教學模式的現狀
1.1 實驗教學效率太低
“儀器分析”是一門以物質的化學和化學物理性質為基礎，借助專用儀器對物質進行定性、定量、形態分析的學科，因此實驗課程就顯得尤為重要。 衛生檢驗檢疫專業的儀器分析課程以培養公共衛生人才為目標，更加注重測量儀器實用能力的培養。 但醫科院校各檢驗專業配備的氣相色譜儀、原子吸收分光光度計、氣相色譜-質譜聯用儀、液相色譜-質譜聯用儀等小型儀器價格昂貴，維護成本高，儀器配置數量有限。 經過理論課教學后，有些朋友不能直觀地了解儀器的結構，對儀器的結構、原理和使用存在盲點。 這使得中學生在使用小型實驗設備時，很容易因操作不當而磨損、損壞儀器。 這樣的結果會造成高昂的維修費用，同時也緩解了中學實驗設備短缺的問題。 如果在教學中能夠引入虛擬仿真實驗軟件，中學生就可以利用仿真實驗輔助完成傳統實驗。 例如，如果能在軟件中熟悉某種儀器的具體使用方法，然后再上機操作，就會大大增加中學生盲目操作對設備造成的損壞。
1.2 增加傳統實驗無法實現的實驗
實驗教學中有些實驗是危險的，特別是涉及有毒、放射性和易燃易爆物質時。 例如，冷原子吸收光譜法測定汞離子需要使用汞標準物質，而汞標準物質受政府管制且難以購買。 由于這種客觀激勵的影響，很多物理實驗無法在課堂上進行解釋，但如果采用虛擬仿真實驗系統，則可以進行此類實驗。
1.3 提高中學生學習的積極性和創造性
初中生接觸科研平臺的機會有限，操作儀器的機會也有限。 虛擬仿真實驗軟件只需要一臺連接互聯網的計算機。 課前，中學生可以使用該軟件提前掌握本課的重點，在一定程度上節省了教學過程中的一些必要時間； 課后，中學生仍然可以使用該軟件來準備本課的內容，尤其是臨近結束時的實驗操作考試。 在信息化程度越來越高的今天，年輕一代的中學生勢必會對電子產品的探索和學習更加感興趣，這也填補了中學生遲鈍、難以理解的信心和興趣的缺失。 以前的實驗室雖然對中學生來說看似近在咫尺，但實際上卻很遙遠，但現在虛擬仿真實驗軟件讓實驗室變得栩栩如生。
2 虛擬仿真實驗在衛生檢驗檢疫專業實驗教學中的應用
2.1 虛擬仿真理論知識教育
在實驗課上，經常向中學生介紹各種分析儀器，如液相色譜儀、高效氣相色譜儀等，課本上會介紹每種儀器的結構和原理，但中學生了解得太具體了。 如果在教學過程中使用虛擬仿真實驗軟件，中學生可以在班主任講解的同時，利用仿真軟件在三維空間中觀察儀器的各個角度和內部結構。 通過三維動畫，中學生可以直觀、生動地了解儀器的結構和原理。
2.2 虛擬仿真軟件在實驗課程中的實現
以固相色譜-質譜法測定環境內分泌干擾物為例，該實驗需要使用固相色譜-質譜法，價??格昂貴，對于每個中學生來說操作起來都比較困難。 例如，利用虛擬仿真實驗系統可以真實演示儀器的結構和工作原理，讓中學生在虛擬仿真實驗系統上模擬操作，完成氣相色譜-質譜法測定環境內分泌干擾物的整個實驗過程。 實驗內容包括樣品預處理中的樣品離心、酶解、固相萃取、樣品濃縮和再溶解，以及氣相色譜-質譜聯用儀在機檢測中的調諧、色譜質譜模式的編輯、梯度洗脫程序的選擇、儀器操作、質譜、色譜圖的顯示和提取、內標法定量分析等一系列實驗內容。 模擬實驗系統給了中學生多次嘗試的機會，從樣品前處理步驟到固相色譜梯度洗脫溶劑配比調整等，激勵如何影響最終的實驗結果，對于操作錯誤系統會給出正確提示。 通過這樣反復的操作練習，中學生已經大致掌握了操作要點。 課后，系統會保存每次操作的歷史記錄，中學生可以通過查看操作錯誤記錄并重新操作來備考。 這樣虛實結合、理論教學與虛擬實驗相結合，達到了增強中學生動手能力的目的。 模擬實驗系統也給班主任帶來了方便。 中學生每次實驗的成績都會以實名的方式記錄在班主任系統后臺。 這個分數不僅可以成為最終評價的標準，還可以知道哪些中學生掌握不熟練，哪些實驗普遍得分較低。
3 尾聲
虛擬仿真實驗讓實驗室突破時間和空間的限制，變得栩栩如生，使遠程教學成為可能，為疫情期間的在線實驗教學提供技術支撐。 本文探討虛擬仿真實驗軟件在衛生檢驗檢疫專業實驗教學中的應用。 讓我們看到，這樣的創新模式不僅填補了傳統實驗的不足，而且還帶來了新的便利和用處。 理論教學與虛擬仿真實驗的有機結合，可以提高中學生的學習效率，方便課堂多媒體教學，實現衛生檢驗檢疫專業操作的模擬訓練和考核，使班主任能夠高效了解中學生的訓練效果，提升實驗教學質量。 將理論知識提升為專業能力物理虛擬實驗室是學科教學軟件嗎，培養中學生創新能力和綜合知識應用能力，為公共衛生行業培養具有較強創新實踐能力的高素質應用型人才，全面推動教學質量提升和教學模式轉變。
參考
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作者：錢俊佳 馮靜 苗猛 楚曉菊 銳創 張靜怡 李佳 單位：北京健康醫科大學