李婷婷 代健民 潘洪志

隨著時代的發(fā)展，科技的進步，人才市場對高校畢業(yè)生的綜合素質(zhì)要求逐年提高，社會對創(chuàng)新型人才的需求與日俱增。高等院校為社會輸送人才的質(zhì)量水平，是評判高校聲譽的依據(jù)之一。學(xué)生群體作為人才培養(yǎng)的基石，在充滿信息化技術(shù)的日常生活環(huán)境中，由于接觸的網(wǎng)絡(luò)信息、興趣愛好、教育背景、學(xué)習(xí)意愿、發(fā)展?jié)摿σ约爸饔^能動性等的不同，會產(chǎn)生較大的個性化[1]。因此，應(yīng)該以學(xué)生為中心，從學(xué)生個性化的角度出發(fā)，改變傳統(tǒng)的教育教學(xué)方式，以信息技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建多層次綜合性實驗教學(xué)模式，為學(xué)生搭建由理論走向?qū)嵺`的便捷橋梁，充分開發(fā)學(xué)生的潛力，為社會培養(yǎng)大批高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才。上海健康醫(yī)學(xué)院定位于醫(yī)學(xué)及醫(yī)學(xué)相關(guān)類應(yīng)用型本科醫(yī)學(xué)院校，培養(yǎng)特色鮮明、實用性強、服務(wù)于臨床醫(yī)學(xué)和人類健康的專業(yè)人才。我校衛(wèi)生檢驗檢疫本科專業(yè)于2017年第一屆招生，本虛擬仿真實驗項目主要面向衛(wèi)生檢驗與檢疫專業(yè)，同時還可應(yīng)用于醫(yī)學(xué)檢驗、食品監(jiān)管、生物技術(shù)等相關(guān)中高職專業(yè)學(xué)生。給學(xué)生提供一個高效的學(xué)習(xí)平臺和發(fā)展空間，將學(xué)生培養(yǎng)成公共衛(wèi)生基本能力強、綜合素質(zhì)能力強，可在出入境檢驗與檢疫局和海關(guān)、疾病預(yù)防控制中心、衛(wèi)生監(jiān)督部門、質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局、環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)測部門、食品藥品和化妝品生產(chǎn)企業(yè)和社會檢測機構(gòu)、高等醫(yī)藥院校等機構(gòu)從事衛(wèi)生檢驗、公共衛(wèi)生和國境檢驗與檢疫實際工作的衛(wèi)生檢驗與檢疫復(fù)合性應(yīng)用型人才。在下文中，以綜合性化學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)模式為例進行說明：

1 傳統(tǒng)化學(xué)實驗教學(xué)模式存在的問題

1.1 實驗設(shè)備和課時的限制

由于我國現(xiàn)階段教育行業(yè)發(fā)展的不平衡、不充分，教育資源的缺乏的問題在某些地區(qū)一直存在[2]。教學(xué)經(jīng)費有限，耗資巨大的實驗許多學(xué)校不能開設(shè)；學(xué)生人數(shù)過多，實驗代課教師太少，過多重復(fù)的課時，增加了實驗管理和實驗設(shè)施的維護難度。如此以來，只能壓縮實驗課時，學(xué)生通過課堂上老師的講述對實驗儀器及實驗操作進行想象，缺乏實際操作經(jīng)驗。僅有的實驗受到實驗教室和課時的限制，在規(guī)定的時間內(nèi)學(xué)生無法真正完成實驗，造成實驗課走過場的現(xiàn)象，極大的影響了教學(xué)質(zhì)量和教師的熱情，也不符合新時代的教育教學(xué)要求[3]。

1.2 化學(xué)實驗的安全、污染處理及環(huán)境保護

在化學(xué)實驗中，經(jīng)常使用各種化學(xué)藥品和儀器設(shè)備，以及水、電、氣等，還會經(jīng)常遇到高溫、低溫、高壓、真空、高電壓、高頻和帶有輻射源的實驗條件和儀器，容易產(chǎn)生很強的不安全因素，若缺乏必要的安全防護知識，會造成生命和財產(chǎn)的巨大損失[4]?；瘜W(xué)實驗廢棄的物質(zhì)一般濃度較高，相對集中。例如：無機酸、堿等，這些物質(zhì)如果不加處理直接排放，會腐蝕下水管道，污染附近土壤。有機實驗揮發(fā)性、有毒性物質(zhì)較多，三廢污染物往往得不到妥善的處理[5]。

1.3 以教師為中心的實驗授課傳統(tǒng)

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)在內(nèi)容選取和實施中，不能充分滿足各層次學(xué)生個體發(fā)展需求[6]。教師按照自己的方式授課，主導(dǎo)著課堂和知識。受限于教學(xué)條件（種種因素），很多實驗課程（尤其是基礎(chǔ)實驗課程）在授課過程中隨意性較大，時間周期跨度長，連貫性差。學(xué)生在此類課程中獲取知識較少，實踐和綜合應(yīng)用能力提升很小，教學(xué)效果很差，學(xué)生失去繼續(xù)學(xué)習(xí)的積極性。

2 虛擬仿真實驗平臺構(gòu)建多層次實驗教學(xué)模式

2.1 全面的基礎(chǔ)類實驗

化學(xué)基礎(chǔ)類實驗作為基礎(chǔ)層次實驗，一般多為驗證性實驗，可設(shè)置在大學(xué)一年級課程中。由于新生剛?cè)雽W(xué)，對學(xué)校內(nèi)的傳統(tǒng)化學(xué)實驗并不了解，不能貿(mào)然進入實驗室實踐。受到場地和時間等因素的限制，傳統(tǒng)實驗課程往往進程緩慢，學(xué)生課前預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)的積極性并不是高，學(xué)習(xí)連貫性不足。因此，對于學(xué)有余力的學(xué)生而言是在時間上的浪費，限制了他們的快速進階；對于學(xué)習(xí)積極性不高的學(xué)生，這種緩慢的教學(xué)進程是對于他們的縱容和不負(fù)責(zé)任。

虛擬仿真實驗軟件預(yù)裝在學(xué)生的個人電腦和虛擬仿真實驗室，并可以隨時隨地打開使用。學(xué)生可以在教師的指導(dǎo)下，自由地進行實驗學(xué)習(xí)；也可以把虛擬仿真軟件用于理論課堂，認(rèn)識各種化學(xué)分子式結(jié)構(gòu)、化學(xué)現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)和變化，使課堂變的更加生動有趣，學(xué)生課堂的參與度更高；學(xué)生也可自主的探索和解鎖更多的基礎(chǔ)類化學(xué)實驗，也可以反復(fù)實現(xiàn)某一類實驗，實驗過程安全可靠，符合各層次學(xué)生的學(xué)習(xí)特點。經(jīng)過虛擬仿真實驗軟件的精確練習(xí)，學(xué)生基礎(chǔ)扎實，在進入傳統(tǒng)化學(xué)實驗室時，學(xué)生才會顯得從容不迫，獲得最優(yōu)化的實驗教學(xué)效果。模擬仿真實驗軟件利用動態(tài)數(shù)學(xué)模型實時模擬真實實驗現(xiàn)象和過程，可以使每位學(xué)生都能親自動手做實驗，觀察實驗現(xiàn)象，記錄實驗數(shù)據(jù)，驗證公式、原理定理等。

通過在線平臺的學(xué)習(xí)，加深了對理論知識的理解之后，再進入衛(wèi)生檢驗檢疫實驗室，進行相關(guān)的實驗。通過該平臺，一方面讓學(xué)生熟悉了實驗的操作，避免安全事故，另一方面，通過仿真模擬形式的在線學(xué)習(xí)，激勵了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深了對實驗的理解。本在線平臺面向全校師生開放，使全體學(xué)生都受到了廣泛的訓(xùn)練，通過這種仿真教學(xué)模式，學(xué)生的創(chuàng)新意識、實踐能力和綜合素質(zhì)都得到了培養(yǎng)和提高。

2.2 有利于能力提升的綜合性實驗

綜合性實驗是多層次實驗教學(xué)模式中重要的一環(huán)。完成基礎(chǔ)層次實驗的前提下，學(xué)生可以在虛擬仿真實驗平臺上進行綜合實驗。不同于基礎(chǔ)類驗證性實驗，綜合性實驗是理論走向?qū)嵺`的絕佳方式，是學(xué)生獲得實踐技能和提升綜合素質(zhì)的重要途徑[7]。然而傳統(tǒng)教學(xué)模式下的綜合實驗也存在一些問題，比如：教師為了教學(xué)的便利性，往往指定幾個綜合性實驗題目，學(xué)生可選余地不大。由于受到實驗場地和實驗室開放時間的限制，綜合性實驗的設(shè)計驗證環(huán)節(jié)占用大量的設(shè)備和資源，學(xué)生不能同時展開實驗[8]。

利用虛擬仿真實驗平臺輔助綜合實驗可解決上述問題：虛擬仿真實驗平臺的在線實驗數(shù)據(jù)庫和綜合案例庫是便捷的資料查找和學(xué)習(xí)的工具；學(xué)生可在虛擬仿真實驗平臺上模擬綜合實驗，并向老師提交實驗結(jié)果，當(dāng)沒有理論和原則上錯誤時可進行實際的綜合實驗驗證，提高實驗室的有效利用率，并節(jié)約實驗資源，減少實驗室安全事故發(fā)生的可能性。

2.3 基于行業(yè)熱點的創(chuàng)新型實驗

隨著虛擬仿真實驗平臺的研發(fā)進步，各類元素、單質(zhì)、化合物等材料的研究成熟，這些物質(zhì)的特性都可以錄入虛擬仿真實驗數(shù)據(jù)庫，建立一個“真實”的化學(xué)世界[9]。因此，行業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中遇到的一些問題，都可以在虛擬仿真實驗中模擬，以求得到有利的最優(yōu)化結(jié)果，提高生產(chǎn)和應(yīng)用效率效果，也可以此作為課題項目申報，進行論文和著作的發(fā)表。

2.4 建立學(xué)生實踐檔案

在多層次綜合性虛擬仿真實驗教學(xué)模式中，是以學(xué)生為中心，教師監(jiān)督指導(dǎo)為輔助，充分考慮學(xué)生個性化的教學(xué)模式，并且極大限度的提高了實驗室的有效利用率。因此，虛擬仿真實驗軟件的在線網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，可以記錄學(xué)生的實驗日志，并形成實驗檔案[10]。教師很方便的閱覽學(xué)生實驗學(xué)習(xí)進度，以便因材施教和競賽選拔，也把教師從每學(xué)年都重復(fù)而繁瑣的實驗教學(xué)中解放出來。

綜上所述，虛擬仿真實驗不但能解決傳統(tǒng)實驗教學(xué)中面臨的諸多現(xiàn)實問題。而且，還可以建設(shè)多層次綜合性實驗教學(xué)模式，最大限度的提高實驗室利用效率，進一步提高實驗室的開放程度。使得學(xué)生在有限的大學(xué)學(xué)習(xí)生活中，更高效的獲取綜合知識和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)出社會需要的高質(zhì)量、創(chuàng)新型人才[11-12]。