儀器分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)思考與實(shí)踐

1、儀器分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)思考與實(shí)踐 摘要：針對目前儀器分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的一些問題和教學(xué)現(xiàn)狀，介紹了仿真軟件運(yùn)用在高等院校儀器分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的必要性。以教學(xué)實(shí)踐中氣相和液相等仿真實(shí)訓(xùn)為例，總結(jié)仿真軟件在大型儀器教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢和長遠(yuǎn)發(fā)展。建立新型的仿真軟件結(jié)合實(shí)際操作的儀器分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)具有科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才。 關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)技術(shù)的思考；仿真軟件；多元化 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門以實(shí)驗(yàn)操作為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)操作作為化學(xué)基礎(chǔ)知識的一部分，對于學(xué)生掌握儀器的操作要領(lǐng)，應(yīng)用大型儀器做好分析工作，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和實(shí)驗(yàn)技能的創(chuàng)新性，以及掌握儀器分析在化學(xué)操作前沿中的應(yīng)用價值具有重

2、要的指導(dǎo)意義。而儀器分析實(shí)驗(yàn)作為分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要組成部分，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中鍛煉學(xué)生掌握大型儀器在檢測和分析中的應(yīng)用技術(shù)，因此在整個分析化學(xué)的教學(xué)環(huán)節(jié)中占有特殊的地位。 1儀器分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀分析 儀器分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程過于單一，紫外分析的操作就占據(jù)了實(shí)驗(yàn)課程的所有環(huán)節(jié)，單一儀器的使用并不能讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)上真正體會這門實(shí)驗(yàn)課的設(shè)置目標(biāo)，這與教學(xué)大綱的要求是相悖的，并且對于學(xué)生掌握其他實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)也是有很大影響的；再者，學(xué)生層次高低不同，對于基本實(shí)驗(yàn)操作的熟練掌握程度也不盡相同，這就造成了良莠不齊的實(shí)驗(yàn)操作結(jié)果，對于學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果的考核也就沒有了合理化的考核標(biāo)準(zhǔn)；以分組為實(shí)驗(yàn)的儀器分析實(shí)驗(yàn)操作

3、，更使得一部分學(xué)生不能真正掌握大型儀器的操作原理和操作方法，進(jìn)而對一些簡單儀器的操作使用也是一知半解，而實(shí)驗(yàn)報告的上交也存在了抄襲和剽竊，千篇一律，造成了教育的失衡和將就。教育部明確在“新世紀(jì)教改工程”中提出來了關(guān)于新世紀(jì)人才培養(yǎng)的宗旨：重視學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α：笃诘膬x器分析課為了讓學(xué)生掌握更多的化學(xué)分析方法，滿足社會對高素質(zhì)、全方位人才的需求，新增設(shè)了液相色譜、氣相色譜、紅外光譜儀和原子吸收儀等幾個大型儀器的使用和操作，在結(jié)合專業(yè)課對基本分析操作的知識基礎(chǔ)上，讓學(xué)生們掌握理論是通過實(shí)際操作來現(xiàn)實(shí)真正的掌握。在儀器分析專業(yè)課中的一些公式數(shù)據(jù)的處理，必須通過儀器的操

4、作和運(yùn)作才能真正理解其中的內(nèi)涵和要義。必須讓學(xué)生地有直觀的感受和操作。那么結(jié)合仿真軟件幫助學(xué)生了解和熟悉大型儀器的使用，是非常有必要的。 2虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用淺析 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的下必然產(chǎn)物，主要是通過電腦客戶端，將設(shè)計購買的仿真實(shí)驗(yàn)軟件安裝在實(shí)驗(yàn)教學(xué)機(jī)房電腦上，主機(jī)直接參考分機(jī)安裝仿真軟件，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理。每個學(xué)生都可以獨(dú)立使用一套操作軟件。仿真軟件中的程序具備虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備和大型儀器等操作和指導(dǎo)說明，能夠讓學(xué)生體驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的儀器操作，以及定性和定量分析物質(zhì)中的離子含量和濃度，新興的仿真軟件能夠真正實(shí)現(xiàn)將專業(yè)理論知識和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作相結(jié)合。仿真實(shí)驗(yàn)軟

5、件的使用，不僅能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)資源提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率，還能指導(dǎo)學(xué)生直接利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行文獻(xiàn)的下載和學(xué)習(xí)，在參考文獻(xiàn)的學(xué)習(xí)下，能很快幫助學(xué)生了解儀器的使用方法和操作流程以及結(jié)果的分析和應(yīng)用；比如在氣相和原子吸收實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生能夠直觀認(rèn)識到各個儀器的組成部分所起的作用和操作注意事項(xiàng)，包括電腦端數(shù)據(jù)的處理和篩選。甚至學(xué)生還可以在網(wǎng)絡(luò)客戶端進(jìn)行操作的驗(yàn)證，電腦端提示操作失誤，幫助學(xué)生很快糾正錯誤的操作和理解。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)操作的仿真軟件完全解放了實(shí)驗(yàn)耗材的成本及儀器的維護(hù)和修理，最主要的是通過在機(jī)房電腦客戶端安裝仿真軟件的形式，真正建立了可實(shí)際操作的網(wǎng)絡(luò)化的化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)室，以仿真實(shí)驗(yàn)軟件為依托，可以讓教師的課堂變得

6、更為靈活和具有選擇性和多元化。既可以設(shè)計真實(shí)的可操作性的實(shí)驗(yàn)師實(shí)驗(yàn)課程，也可以優(yōu)先進(jìn)入機(jī)房體驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)化的可視的仿真實(shí)驗(yàn)操作技能的學(xué)習(xí)。與實(shí)驗(yàn)室的實(shí)操實(shí)驗(yàn)相比，仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚪o學(xué)生以直觀的認(rèn)識和了解，沒有陌生感和無從下手感。當(dāng)學(xué)生有了基本認(rèn)識和掌握儀器操作的要領(lǐng)后，再進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行真實(shí)的操作，比較有利于學(xué)生的層級遞進(jìn)的學(xué)習(xí)方式，而且仿真軟件教學(xué)可以做到重復(fù)利用，也具有環(huán)保性，不會產(chǎn)生試劑中金屬離子對環(huán)境的危害和污染。對于教師開展創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)教改項(xiàng)目新模式的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)來說，仿真軟件的應(yīng)用確實(shí)是一個非常實(shí)用并具有應(yīng)用價值的實(shí)驗(yàn)手段。 3虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的創(chuàng)新意義 有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。由于

7、實(shí)驗(yàn)設(shè)備資源有限，學(xué)生分組操作實(shí)驗(yàn)儀器時受課時時間的影響和學(xué)生自我學(xué)習(xí)水平的限制，不能保證每個學(xué)生都操作儀器，了解儀器的使用和數(shù)據(jù)分析。而仿真實(shí)驗(yàn)通過網(wǎng)絡(luò)操作，能夠?qū)崿F(xiàn)每個學(xué)生對儀器的網(wǎng)絡(luò)操作和對儀器的說明和數(shù)據(jù)處理，包括實(shí)驗(yàn)報告的書寫和總結(jié)。另外，仿真軟件的存在，也使得很多實(shí)驗(yàn)方案的可操作性成為了現(xiàn)實(shí)，以前的很多實(shí)驗(yàn)方案因內(nèi)容和所涉及到的藥品安全性和對儀器的高要求性，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不得不進(jìn)行調(diào)整和更換；仿真虛擬實(shí)驗(yàn)的存在，使得教師在設(shè)計實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時，可以應(yīng)用教學(xué)案例將信息技術(shù)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行整合，這是儀器分析化學(xué)在整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)與信息化教學(xué)的的基本策略，在將兩者整合的過程中總結(jié)了以下幾種教學(xué)途徑：虛

8、擬情景教學(xué)，讓學(xué)生首先對教學(xué)情形有個印象化的認(rèn)知了解；仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，幫助學(xué)生構(gòu)建可視化的教學(xué)實(shí)驗(yàn)場景；網(wǎng)絡(luò)探究教學(xué)，通過網(wǎng)絡(luò)視頻的學(xué)習(xí)和探討，幫助學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)和規(guī)避實(shí)驗(yàn)誤區(qū)；多媒體輔助教學(xué)，比如幻燈片、視頻播放等。仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件平臺的搭建，是為了幫助學(xué)生建立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)認(rèn)知，同時多元化的教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計也使得其具有充分的開放。該模式下的儀器分析實(shí)驗(yàn)是對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的強(qiáng)烈沖擊，仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件的廣泛應(yīng)用，為化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作提供了更為豐富的學(xué)習(xí)資源以及便利，對于推進(jìn)素質(zhì)教育和提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，有效保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革和創(chuàng)新，提供了充分條件。本文設(shè)計了大型分析儀器的仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的改革

9、模式，并簡明扼要地根據(jù)現(xiàn)有條件以及實(shí)施情況，介紹了農(nóng)林院校如何利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件平臺對化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新式實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的具體做法。1）提高學(xué)生對大型儀器的可視化和實(shí)際操作能力的改善，部分學(xué)生由于自身基礎(chǔ)比較薄弱，在實(shí)驗(yàn)操作上存在梯度差異，仿真軟件的存在使得這些學(xué)生在自己薄弱的方面可以反復(fù)進(jìn)行操作和演練，可以直接糾正實(shí)驗(yàn)操作存在的錯誤。在仿真軟件實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法多人同時進(jìn)行一項(xiàng)設(shè)備的操作，導(dǎo)致一部分學(xué)生沒有操作的機(jī)會。仿真實(shí)驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)每個學(xué)生對同一個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作而互不干擾，學(xué)生還可以根據(jù)自身情況調(diào)整實(shí)驗(yàn)的難度和梯度。2）降低了實(shí)驗(yàn)耗材費(fèi)用，也避免了試劑廢液造成的環(huán)境污染。實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的實(shí)

10、驗(yàn)操作等課程需要儀器的使用和開放度，在這個過程中，必定會引起儀器設(shè)備的損耗，加上實(shí)驗(yàn)過程中所購買的相關(guān)試劑，也不是一筆小數(shù)目。應(yīng)用仿真軟件完全可以避免或降低這些問題的存在，甚至對于實(shí)驗(yàn)室廢液的處理及環(huán)保問題，也一律省略，大大降低了實(shí)際操作和實(shí)驗(yàn)廢液處理等對環(huán)境的污染。3）增強(qiáng)了其他實(shí)驗(yàn)課程實(shí)際操作間的交互性和互異性，為理論知識聯(lián)系實(shí)際操作一體化的新式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式提供了契機(jī)和改革方向。依托仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，采用理論加實(shí)際一體化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，可以激發(fā)學(xué)生對儀器使用的好奇心和學(xué)習(xí)的興趣，規(guī)避了部分學(xué)生對真實(shí)實(shí)驗(yàn)中藥品和儀器使用所產(chǎn)生的畏懼心理，既可以讓學(xué)生在仿真軟件中鞏固基本實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)

11、目的、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，又能在逼真的實(shí)際操作環(huán)境中學(xué)到更多的專業(yè)知識和實(shí)驗(yàn)分析技能，完全區(qū)別于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。 4結(jié)束語 利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件，不僅完善了化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式，也彌補(bǔ)了在實(shí)際操作中存在的不經(jīng)濟(jì)、無法模擬、安全性低、重金屬和有機(jī)物帶來的環(huán)境污染等不足。更為每個學(xué)生提供了實(shí)驗(yàn)操作的機(jī)會，讓更多的學(xué)生掌握了實(shí)驗(yàn)儀器的技能和應(yīng)用，提高了學(xué)生的實(shí)踐操作能力和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力，為滿足社會需求輸送了新的力量。當(dāng)然，虛擬仿真軟件雖然在學(xué)生操作普及性上占據(jù)了優(yōu)勢，但是對于學(xué)生真正接觸儀器，從網(wǎng)絡(luò)操作到實(shí)際操作還是存在差距，它只是提高了學(xué)生對實(shí)踐技能的掌握和應(yīng)用，并不能完全代替實(shí)際操作所帶來的效果。只是在傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的展開受到諸多物質(zhì)條件和可操作性條件的限制上，引入計算機(jī)仿真軟件技術(shù)進(jìn)行彌補(bǔ)的一種有效措施。隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，利用實(shí)驗(yàn)仿真軟件進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是現(xiàn)代化學(xué)教學(xué)的大勢所趨，是順應(yīng)科技發(fā)展的潮流。將仿真軟件應(yīng)用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)，不僅