摘要：衛(wèi)生檢驗檢疫專業(yè)《儀器分析》課程注重培養(yǎng)中學(xué)生的實踐能力和綜合知識應(yīng)用能力。 在傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的基礎(chǔ)上引入虛擬仿真實驗，克服了傳統(tǒng)實驗教學(xué)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(yōu)勢，結(jié)合虛擬仿真實驗在我校衛(wèi)生檢驗檢疫專業(yè)《儀器分析》課程中的具體應(yīng)用，探討虛擬仿真實驗教學(xué)方法在儀器分析實驗教學(xué)中的適用性。
關(guān)鍵詞：衛(wèi)生檢驗檢疫專業(yè)； 虛擬仿真； 儀器分析
實驗衛(wèi)生檢驗與檢疫作為公共衛(wèi)生與預(yù)防醫(yī)學(xué)的一個分支學(xué)科，擔(dān)負著培養(yǎng)高層次應(yīng)用型公共衛(wèi)生人才以應(yīng)對哮喘等突發(fā)重大公共衛(wèi)生危機的任務(wù)[1-3]。 《儀器分析》是衛(wèi)生檢驗檢疫專業(yè)的一門重要專業(yè)課程。 目的是使中學(xué)生熟悉各種分析儀器的原理，掌握其使用方法和數(shù)據(jù)處理技能。 《儀器分析》要求中學(xué)生綜合運用基礎(chǔ)知識和專業(yè)技能。 是一門注重培養(yǎng)中學(xué)生實踐能力的特色課程。 實驗課程是《儀器分析》的重要教學(xué)內(nèi)容。 通過實踐操作，鞏固理論知識的學(xué)習(xí)，使理論知識提升為專業(yè)能力，培養(yǎng)中學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合知識應(yīng)用能力，為公共衛(wèi)生行業(yè)培養(yǎng)具有較強創(chuàng)新能力和實踐能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。 傳統(tǒng)的實驗教學(xué)多由班主任授課，尤其是昂貴的儀器，中學(xué)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(xué)模式嚴重影響了中學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。 虛擬仿真實驗系統(tǒng)是基于軟件技術(shù)的虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)，通過3D動態(tài)仿真實現(xiàn)教學(xué)實驗室的數(shù)字化、虛擬化。 通過計算機模擬實驗設(shè)備和實驗過程，使中學(xué)生能夠在真實的環(huán)境中完成實驗操作，實現(xiàn)中學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[4]。 虛擬仿真實驗具有節(jié)約成本、實驗共享、提高效率等明顯優(yōu)勢，已經(jīng)成為傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法的有效補充和發(fā)展[5-11]。 虛擬仿真實驗實現(xiàn)了理論教學(xué)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(gòu)建虛擬仿真實驗與理論課程相結(jié)合的教學(xué)模式，實現(xiàn)中學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不受時間和地點的限制，為疫情下實驗教學(xué)的順利舉辦和實驗教學(xué)質(zhì)量的提高提供新的手段。 北京健康醫(yī)學(xué)院堅持“應(yīng)用型、特色化、國際化”的發(fā)展目標，以培養(yǎng)中學(xué)生動手能力和操作技能為目標，在衛(wèi)生檢驗檢疫實驗教學(xué)中引入虛擬仿真教學(xué)平臺。 分析了虛擬仿真實驗的特點和優(yōu)勢，探討了虛擬仿真實驗在我校衛(wèi)生檢驗檢疫專業(yè)《儀器分析》課程中的具體應(yīng)用。
1 傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的現(xiàn)狀
1.1 實驗教學(xué)效率太低
“儀器分析”是一門以物質(zhì)的化學(xué)和化學(xué)物理性質(zhì)為基礎(chǔ)，借助專用儀器對物質(zhì)進行定性、定量、形態(tài)分析的學(xué)科，因此實驗課程就顯得尤為重要。 衛(wèi)生檢驗檢疫專業(yè)的儀器分析課程以培養(yǎng)公共衛(wèi)生人才為目標，更加注重測量儀器實用能力的培養(yǎng)。 但醫(yī)科院校各檢驗專業(yè)配備的氣相色譜儀、原子吸收分光光度計、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀等小型儀器價格昂貴，維護成本高，儀器配置數(shù)量有限。 經(jīng)過理論課教學(xué)后，有些朋友不能直觀地了解儀器的結(jié)構(gòu)，對儀器的結(jié)構(gòu)、原理和使用存在盲點。 這使得中學(xué)生在使用小型實驗設(shè)備時，很容易因操作不當而磨損、損壞儀器。 這樣的結(jié)果會造成高昂的維修費用，同時也緩解了中學(xué)實驗設(shè)備短缺的問題。 如果在教學(xué)中能夠引入虛擬仿真實驗軟件，中學(xué)生就可以利用仿真實驗輔助完成傳統(tǒng)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(xué)生盲目操作對設(shè)備造成的損壞。
1.2 增加傳統(tǒng)實驗無法實現(xiàn)的實驗
實驗教學(xué)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(zhì)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(zhì)，而汞標準物質(zhì)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(tǒng)，則可以進行此類實驗。
1.3 提高中學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)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(lián)網(wǎng)的計算機。 課前，中學(xué)生可以使用該軟件提前掌握本課的重點，在一定程度上節(jié)省了教學(xué)過程中的一些必要時間； 課后，中學(xué)生仍然可以使用該軟件來準備本課的內(nèi)容，尤其是臨近結(jié)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(xué)生勢必會對電子產(chǎn)品的探索和學(xué)習(xí)更加感興趣，這也填補了中學(xué)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(xué)生來說看似近在咫尺，但實際上卻很遙遠，但現(xiàn)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(wèi)生檢驗檢疫專業(yè)實驗教學(xué)中的應(yīng)用
2.1 虛擬仿真理論知識教育
在實驗課上，經(jīng)常向中學(xué)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(jié)構(gòu)和原理，但中學(xué)生了解得太具體了。 如果在教學(xué)過程中使用虛擬仿真實驗軟件，中學(xué)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(nèi)部結(jié)構(gòu)。 通過三維動畫，中學(xué)生可以直觀、生動地了解儀器的結(jié)構(gòu)和原理。
2.2 虛擬仿真軟件在實驗課程中的實現(xiàn)
以固相色譜-質(zhì)譜法測定環(huán)境內(nèi)分泌干擾物為例，該實驗需要使用固相色譜-質(zhì)譜法，價??格昂貴，對于每個中學(xué)生來說操作起來都比較困難。 例如，利用虛擬仿真實驗系統(tǒng)可以真實演示儀器的結(jié)構(gòu)和工作原理，讓中學(xué)生在虛擬仿真實驗系統(tǒng)上模擬操作，完成氣相色譜-質(zhì)譜法測定環(huán)境內(nèi)分泌干擾物的整個實驗過程。 實驗內(nèi)容包括樣品預(yù)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(zhì)譜聯(lián)用儀在機檢測中的調(diào)諧、色譜質(zhì)譜模式的編輯、梯度洗脫程序的選擇、儀器操作、質(zhì)譜、色譜圖的顯示和提取、內(nèi)標法定量分析等一系列實驗內(nèi)容。 模擬實驗系統(tǒng)給了中學(xué)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(diào)整等，激勵如何影響最終的實驗結(jié)果，對于操作錯誤系統(tǒng)會給出正確提示。 通過這樣反復(fù)的操作練習(xí)，中學(xué)生已經(jīng)大致掌握了操作要點。 課后，系統(tǒng)會保存每次操作的歷史記錄，中學(xué)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(jié)合、理論教學(xué)與虛擬實驗相結(jié)合，達到了增強中學(xué)生動手能力的目的。 模擬實驗系統(tǒng)也給班主任帶來了方便。 中學(xué)生每次實驗的成績都會以實名的方式記錄在班主任系統(tǒng)后臺。 這個分數(shù)不僅可以成為最終評價的標準，還可以知道哪些中學(xué)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(xué)成為可能，為疫情期間的在線實驗教學(xué)提供技術(shù)支撐。 本文探討虛擬仿真實驗軟件在衛(wèi)生檢驗檢疫專業(yè)實驗教學(xué)中的應(yīng)用。 讓我們看到，這樣的創(chuàng)新模式不僅填補了傳統(tǒng)實驗的不足，而且還帶來了新的便利和用處。 理論教學(xué)與虛擬仿真實驗的有機結(jié)合，可以提高中學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，方便課堂多媒體教學(xué)，實現(xiàn)衛(wèi)生檢驗檢疫專業(yè)操作的模擬訓(xùn)練和考核，使班主任能夠高效了解中學(xué)生的訓(xùn)練效果，提升實驗教學(xué)質(zhì)量。 將理論知識提升為專業(yè)能力物理虛擬實驗室是學(xué)科教學(xué)軟件嗎，培養(yǎng)中學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合知識應(yīng)用能力，為公共衛(wèi)生行業(yè)培養(yǎng)具有較強創(chuàng)新實踐能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，全面推動教學(xué)質(zhì)量提升和教學(xué)模式轉(zhuǎn)變。
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作者：錢俊佳 馮靜 苗猛 楚曉菊 銳創(chuàng) 張靜怡 李佳 單位：北京健康醫(yī)科大學(xué)