仿真實(shí)驗(yàn)室在化學(xué)檢驗(yàn)工培養(yǎng)中的建設(shè)及應(yīng)用:化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室

　　摘要:化學(xué)檢驗(yàn)工培養(yǎng)的關(guān)鍵內(nèi)容是實(shí)習(xí)教學(xué)和專業(yè)技能的培養(yǎng)和提高,仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)在化學(xué)檢驗(yàn)職業(yè)技能培養(yǎng)中有著積極作用和美好的發(fā)展前景。 　　關(guān)鍵詞:仿真實(shí)驗(yàn)室;化學(xué)檢驗(yàn)工培養(yǎng)
　　中圖分類號:G710文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1003-2851(2010)08-0101-02
　　
　　隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)模擬仿真實(shí)驗(yàn)室輔助教學(xué)的應(yīng)用日益廣泛。然而計(jì)算機(jī)模擬仿真化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室建設(shè)受到辦學(xué)理念、教學(xué)場地、投人資金,以及人員水平等條件的制約,發(fā)展水平差別很大。
　　一、計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)的概述
　　計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)是利用計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的一個(gè)可視化實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境,其中的每一個(gè)可視化仿真物體代表一種實(shí)驗(yàn)儀器或設(shè)備,通過操作這些虛擬的實(shí)驗(yàn)儀器或設(shè)備,即可以進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn),達(dá)到與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相一致的教學(xué)要求和目的。計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)是虛擬仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和專業(yè)理論知識多方面結(jié)合的結(jié)晶。各種仿真實(shí)驗(yàn)室一般具有兩個(gè)基本特點(diǎn)。
　　(一)仿真性
　　實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)儀器具有高度真實(shí)感,學(xué)生在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行操作就如同置身于真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,面對真實(shí)的實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行操作。
　　(二) 交互性
　　仿真實(shí)驗(yàn)使實(shí)驗(yàn)成為學(xué)生與計(jì)算機(jī)的雙向交流,學(xué)生利用鼠標(biāo)或鍵盤自由地對儀器進(jìn)行操作,自由地選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)進(jìn)程,極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
　　二、技校專業(yè)技能培養(yǎng)的現(xiàn)狀
　　由于培養(yǎng)目標(biāo)和知識結(jié)構(gòu)的要求,技校教育課程設(shè)置具有應(yīng)用性、實(shí)踐性和綜合性等特點(diǎn)。技校教育強(qiáng)調(diào)對學(xué)生進(jìn)行專業(yè)核心技能的培養(yǎng),對教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置、教學(xué)手段和教學(xué)設(shè)施的要求較高。但是,當(dāng)前技�；�工化學(xué)實(shí)習(xí)教育還不能滿足技能培養(yǎng)的要求,其中主要影響教學(xué)質(zhì)量的因素如下:
　　(一)教師的知識體系結(jié)構(gòu)不合理
　　目前多數(shù)技工學(xué)校的專業(yè)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師是從學(xué)校畢業(yè)后又直接走進(jìn)學(xué)校,缺乏實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),因此相當(dāng)比例的專業(yè)教師需要知識更新。
　　(二)教學(xué)內(nèi)容陳舊
　　改革開放三十年,使我國工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程加快。以電力、化工及石油化工為例,工業(yè)自動(dòng)化水平已進(jìn)入計(jì)算機(jī)為核心的集散型( D C S ) 控制時(shí)代。現(xiàn)代工業(yè)的特征是,高科技含量大、系統(tǒng)復(fù)雜程度高、涉及知識面廣。相比之下當(dāng)前化學(xué)化工實(shí)習(xí)教育的內(nèi)容顯得有些陳舊。
　　(三) 教學(xué)設(shè)備不足
　　化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)所須的設(shè)備投入很大,而且跟蹤技術(shù)發(fā)展逐年更新,而當(dāng)下多數(shù)技校受資金的限制的投入不足,實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備臺數(shù)不足,一直是困擾實(shí)驗(yàn)教學(xué)的瓶頸。如儀器分析實(shí)驗(yàn)室的氣相色譜、液相色譜、原子吸收、紅外光譜儀等儀器。
　　綜上所述,專業(yè)技能培養(yǎng)的過程有大量的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),需要大量的教學(xué)設(shè)備及教學(xué)指導(dǎo)人員。其中許多化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)由于裝置復(fù)雜、藥品稀貴、操作技術(shù)要求高、危險(xiǎn)性大、反應(yīng)速率過慢等原因而無法進(jìn)行,在一定程度上影響了實(shí)習(xí)教學(xué)過程的完整性。模擬化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室將為開發(fā)此類實(shí)習(xí)教學(xué)提供了一個(gè)有效途徑。此外,建立計(jì)算機(jī)模擬化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室,有利于化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)的綠色化改革;有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?有利于提高化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的投資效益。
　　三、 仿真化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)
　　(一)硬件配置
　　對計(jì)算機(jī)要求:一般配置的電腦就能滿足要求
　　(二) 軟件配置
　　仿真實(shí)驗(yàn)室的軟件平臺由系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件和專用的仿真軟件構(gòu)成。
　　系統(tǒng)軟件:主要為服務(wù)器和工作站的兩大系統(tǒng)軟件。服務(wù)器采用Windows 2003 Server或以上操作系統(tǒng),工作站操作系統(tǒng)為Windows XP或更高版本。
　　應(yīng)用軟件:主要有FLASH動(dòng)畫播放軟件,常用視屏播放軟件以及OFFICE辦公軟件等。
　　專用的仿真軟件分為以下兩大類:
　　1、專業(yè)素材庫類:以flash和3D為主制作的電子掛圖,將各類化工設(shè)備和化學(xué)儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理、工作流程等均以立體或平面的動(dòng)畫形式呈現(xiàn)出來, 利用仿真室的網(wǎng)絡(luò)多媒體系統(tǒng)在各終端機(jī)上進(jìn)行演示和講解。
　　2、實(shí)驗(yàn)類仿真系統(tǒng):主要包括化工類仿真系統(tǒng)和化學(xué)類仿真系統(tǒng)。北京東方仿真軟件技術(shù)有限公司開發(fā)的化學(xué)化工類仿真軟件已廣泛應(yīng)用于學(xué)校和企業(yè)。
　　(三)建設(shè)過程及費(fèi)用
　　仿真實(shí)驗(yàn)室從籌劃到初步建成歷時(shí)數(shù)月, 由于軟、硬件市場提供了豐富的產(chǎn)品, 只要統(tǒng)一謀劃, 精打細(xì)算, 充分了解市場行情, 引進(jìn)招標(biāo)機(jī)制, 按高性價(jià)比購買, 30萬元人民幣基本上可以完成上述工作。
　　四、仿真化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用
　　(一)形象化教學(xué)
　　仿真實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用,改變了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,模擬化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室可以拓展傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的領(lǐng)域,將信息技術(shù)融入化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)教學(xué),對傳統(tǒng)的教育思想和教學(xué)方法無疑是一場革命。將抽象的知識轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)的具體的形象,以使技校教育向現(xiàn)代化、信息化發(fā)展。
　　計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的信息處理能力,使教學(xué)中枯燥的理論和設(shè)備得到形象化的表達(dá),精確地反映對象的內(nèi)在本質(zhì)。仿真技術(shù)不但可以模擬對象的視、聽等外部形態(tài),而且可形象地描述其內(nèi)在的本質(zhì)。大型儀器的仿真軟件,將常用的原子吸收、氣相色譜、液相色譜、紅外光譜儀的工作原理、操作過程等立體地呈現(xiàn)在學(xué)生面前,可調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;對這些儀器的結(jié)構(gòu)和工作原理有了深入的了解,能解決傳統(tǒng)教學(xué)中平面圖形難以解決的問題 ,同時(shí)也可增加師生互動(dòng),節(jié)省課時(shí),提高教學(xué)效果和設(shè)備利用率。
　　(二)節(jié)省了實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi),保證了實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目和數(shù)量
　　傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,通常是在學(xué)生自己動(dòng)手操作前,教師花費(fèi)較多的時(shí)間板書或利用掛圖對實(shí)驗(yàn)原理及步驟進(jìn)行講解,然后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的簡單示范,教學(xué)手段單調(diào),學(xué)習(xí)枯燥 ,效率不高,實(shí)驗(yàn)操作過程的演示不夠全面及細(xì)致,有的學(xué)生甚至看不到教師的演示操作,對理解整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程及掌握規(guī)范的分析操作技術(shù)有很大的影響,學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不夠理想。
　　模擬實(shí)驗(yàn)作為一種現(xiàn)代化的教學(xué)手段,具有形象直觀、生動(dòng)便捷、經(jīng)濟(jì)省時(shí)等多種優(yōu)點(diǎn)。如典型化工設(shè)備的模擬軟件,通過設(shè)計(jì)友好的對話窗口,可使學(xué)生根據(jù)自己的需要和水平,選擇不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容或不同的學(xué)習(xí)層次,從而使學(xué)生能真正自主地控制學(xué)習(xí)進(jìn)程,并給不同水平的學(xué)生以不同的幫助。自動(dòng)跟蹤模擬實(shí)驗(yàn)的進(jìn) 展,對操作信息進(jìn)行分析和校正,如操作過程的提示、錯(cuò)誤操作的危險(xiǎn)警告等。學(xué)生用模擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行操作,不僅可鞏固所學(xué)知識,而且可增加學(xué)習(xí)的趣味性和靈活性,調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
　　(三) 實(shí)驗(yàn)技能評測
　　實(shí)驗(yàn)技能的掌握對學(xué)生來說有著重要的意義,然而,當(dāng)前實(shí)驗(yàn)技能測評的主要手段僅限于紙筆測驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、表現(xiàn)性評定和檢核表等幾種,遠(yuǎn)不能滿足教學(xué)的需要,但是仿真實(shí)驗(yàn)室能夠?qū)崿F(xiàn)基于計(jì)算機(jī)仿真的實(shí)驗(yàn)技能測評。仿真實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建了一個(gè)可以協(xié)同工作的虛擬實(shí)驗(yàn)平臺,根據(jù)集體測評的要求,學(xué)生在該虛擬實(shí)驗(yàn)室中完成各種規(guī)定的試驗(yàn)內(nèi)容,該內(nèi)容可以是封閉的,如提供實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)操作,也可以是開放的,如沒有任何約束的物質(zhì)鑒別等,在學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的過程中,計(jì)算機(jī)將記錄整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程,其中包括實(shí)驗(yàn)操作的過程,協(xié)同工作的過程,實(shí)驗(yàn)操作的結(jié)果等,在測評的最后,計(jì)算機(jī)根據(jù)已有的評分規(guī)則和主體的操作過程及結(jié)果,給出一個(gè)正確的評價(jià)。
　　(四)仿真實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合能大大提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量
　　仿真實(shí)驗(yàn)是計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的必然產(chǎn)物, 是一種現(xiàn)代化的教學(xué)手段, 它能彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足, 具有許多優(yōu)點(diǎn), 但是我們也不能將實(shí)驗(yàn)教學(xué)完全建立在仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上, 因?yàn)榉抡鎸?shí)驗(yàn)畢竟也有自己的缺陷, 比如完全用仿真實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)會淡化學(xué)生對真實(shí)儀器的感受, 減弱學(xué)生的基本操作技能。學(xué)生長期缺乏必要的實(shí)際操作體驗(yàn)無疑會影響他們的實(shí)驗(yàn)技能。最理想的情況是仿真實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合�？梢韵扔梅抡鎸�(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí), 熟悉實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理、內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)操作, 等對實(shí)驗(yàn)有一定感性認(rèn)識后再進(jìn)行實(shí)際操作, 課后學(xué)生也可用仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行復(fù)習(xí), 這樣不僅可以加深學(xué)生對該實(shí)驗(yàn)的理解, 提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量, 也能提高實(shí)驗(yàn)效率。仿真實(shí)驗(yàn)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作相結(jié)合是今后實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的必然趨勢。
　　(五) 促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)
　　模擬化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室與互聯(lián)網(wǎng)對接,可以成為網(wǎng)絡(luò)化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生可以不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制,完成模擬化學(xué)化工實(shí)驗(yàn),上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告,與教師交流等。還可以實(shí)現(xiàn)跨單位、跨地區(qū)乃至全國范圍的教學(xué)協(xié)作。建設(shè)高水平的大型計(jì)算機(jī)模擬化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)室,可以使優(yōu)勢的教學(xué)資源得到共享。
　　五、 結(jié)論
　　計(jì)算機(jī)仿真模擬實(shí)驗(yàn)是計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的必然產(chǎn)物,是一種現(xiàn)代化的教學(xué)手段,可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)手段的不足,具有傳統(tǒng)教學(xué)手段無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。將計(jì)算機(jī)仿真模擬實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作相結(jié)合,能夠加深對實(shí)驗(yàn)過程的理解,提高實(shí)習(xí)教學(xué)的質(zhì)量和效率。
　　
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