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开放性实验课中虚拟实验教学手段的应用探索


□ 许树军,邹淑君

  摘要:在现实实验的基础上,利用虚拟实验教学手段,让虚拟实验与现实实验相辅相成,能够使学生在虚拟实验中形成对客观事物的认识和解决问题,充分发挥主动性和创造精神,也能够使学生利用多种机会在不同的情境下应用他们所学的知识。本文就黑龙江中医药大学开放性实验课实施过程中应用虚拟实验教学手段的必要性、虚拟实验教学手段的优点、我们在开放性实验课中应用虚拟实验的实践及效果、实施虚拟实验过程发现存在的问题做简略探讨。
  关键词:实验教学;开放性实验;虚拟实验
  收稿日期:2010-03-12
  基金项目:2008-2009黑龙江中医药大学教育教学研究基金项目;黑龙江省教育厅“十一五”规划课题,项目编号:XGGH08111。
  作者简介:许树军(1973-),男,内蒙古赤峰人,黑龙江中医药大学实验中心实验师,硕士,主要从事化学实验教育与研究。
  
  一、开放性实验课应用虚拟实验教学手段的必要性
  
  实验教学是实现素质教育和创新人才培养目标的重要环节。培养学生严肃认真的科学态度,综合运用能力和创造能力是实验教学的重要目标。而开放性实验课能够使学生变被动为主动,积极地投入到学习中,充分利用已学知识联系实际,在实验中发现问题、总结规律,较好地实现知识和能力的迁移和转化。同时对拓宽学生的知识面,培养学生的创造性思维,提高学生全面素质,增强社会适应能力发挥重要作用。所以充分利用教学资源,设置适当的开放性实验课以促进教学目标的实现是必要的。
  但是目前,在黑龙江总医药大学化学实验室中开放性实验教学实施过程中还存在一些问题。1.本科生人数多,实验室面积有限,导致开放性实验不能充分自由地得以实施;2.开放性实验往往综合性强,完成每个实验内容所涉及的仪器类别较多,更是经常涉及到诸如高效液相色谱仪、气相色谱仪、紫外-可见光谱仪、红外光谱仪等高精密的仪器。但是对于这样的仪器由于数量有限,不可能保证参与开放性实验课的学生自由地、随时地应用;3.实验过程中,涉及有些贵重实验材料、试剂及药品资源有限,有些开放性实验有时可能因此而终结。所以开放性实验课真正得到较好的实施,需要解决这些矛盾。为此,我们设想将虚拟实验教学手段应用到部分开放性实验中以使开放性实验课能够有效进行。而且虚拟实验与传统实验手段相结合,能够从多种途径来培养学生的能力。
  
  二、虚拟实验教学手段的优点
  
  虚拟实验是计算机技术、虚拟现实技术,人机交互技术结合的产物,也是教育领域应用信息技术的一种创新。它是通过多媒体计算机模拟仿真技术同仪器设备性能相结合在电脑屏幕上创造出模拟的仪器性能、实验条件和实验环境,实验者可以像在真实的环境中一样完成各种预定的实验项目,从而达到真实或接近真实实验的效果,有时所取得的学习或训练效果甚至优于在真实环境中所取得的效果。[1]比如,1.完成现实实验不能完成的任务。对于一些有高危险性的实验、涉及高精密仪器的实验或实验场地及实验材料缺乏等等的情况下,学生很难达到在真实实验室里自由执行开放性实验计划,则应用虚拟实验室进行虚拟实验可完成这类任务并达到预期目的。而且可以让学生接触和掌握更多、更新、更好的仪器。可见虚拟实验室能够弥补现实实验室的不足,发挥现实实验室的作用;2.与现实实验相辅相成。在虚拟实验室中,学生可以自由地、随时上机进入虚拟实验室进行操作,完成各种分析测试任务。在计算机上对虚拟实验达到熟练后再进入实验室进行真实操作就会轻车熟路,大大增加现实实验的操作熟练度和速度,因此虚拟和现实实验相结合会起到事半功倍的作用;3.节约成本,降低损失。充分发挥计算机技术网络的优势,利用计算机图形技术、虚拟现实技术、网络技术等可以仿真出可视化的实验环境,引入多种多样先进、昂贵的实验仪器设备,同时降低误操作的危害与损耗。4.学生可充分发挥主动性和创新精神。学生有多种机会在不同的情境下应用他们所学的知识,能够根据自身行动的反馈信息来形成对客观事物的认识和解决实际问题的方案。[2]另外,虚拟实验可为学生提供仿真的实用知识与技能等等。 ......
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