李淑靜　卑占宇　羅曉冰

[摘要]虛擬實驗在線平臺是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的重要組成部分，是開放數(shù)字化教學(xué)的必然要求。本文探討有機化學(xué)在線虛擬實驗學(xué)習(xí)平臺構(gòu)建的必要性，研究在線虛擬實驗學(xué)習(xí)平臺構(gòu)建的思路、方法和內(nèi)容。虛擬實驗在線平臺應(yīng)用于教學(xué)對提高學(xué)生的實驗動手能力、操作能力和實踐能力具有明顯作用。

[關(guān)鍵詞]高職院校；醫(yī)學(xué)檢驗專業(yè)；有機化學(xué)；在線虛擬實驗學(xué)習(xí)平臺

[中圖分類號] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-4721（2018）2（c）-0132-04

[Abstract]Online virtual experiment platform is the important component of network teaching resources and the inevitable requirements of open digital teaching.This paper discusses the necessity of the construction of online virtual experiment learning platform for organic chemistry，and studies the ideas，methods and contents of the construction of online virtual experiment learning platform.The application of the virtual experiment online platform to the teaching has an obvious effect on improving the practical ability，operation ability and practical ability of students.

[Key words]High vocational college；Laboratory Medicine；Organic chemistry；Online virtual experiment learning platform

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（virtual reality technology，VRT）是一種綜合應(yīng)用計算機圖形學(xué)、人機接口技術(shù)、傳感器技術(shù)以及人工智能等技術(shù)，制造逼真的人工模擬環(huán)境，并能有效模擬人在自然環(huán)境中的各種感知的高級的人機交互技術(shù)，實現(xiàn)操作者可以通過鍵盤、鼠標(biāo)、頭盔、數(shù)據(jù)手套等工具與計算機之間交互，真正實現(xiàn)虛擬環(huán)境中的一員，較真實地感知和操作虛擬世界中的各種對象，達(dá)到理解和掌握知識、為生產(chǎn)生活服務(wù)的目的[1]。VRT始于軍事和航空航天領(lǐng)域的需求，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于人工智能、教育培訓(xùn)、醫(yī)療健康、旅游、游戲娛樂、設(shè)計與規(guī)劃、城市仿真、科學(xué)計算可視化等眾多領(lǐng)域[2]。

本文結(jié)合河北省高等學(xué)校人文社會科學(xué)研究項目“檢驗專業(yè)有機化學(xué)在線虛擬實驗的構(gòu)建與應(yīng)用研究”的實施，研究探討以Web技術(shù)為基礎(chǔ)，以Flash技術(shù)為核心，以有機化學(xué)基本操作實驗、性質(zhì)鑒定實驗、綜合設(shè)計性實驗內(nèi)容為支撐，構(gòu)建有機化學(xué)在線虛擬實驗學(xué)習(xí)平臺，為有機化學(xué)實驗的教學(xué)和學(xué)習(xí)提供必要的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，學(xué)生可以在任何時間任何地點，訪問虛擬實驗學(xué)習(xí)平臺，進(jìn)行實驗操作訓(xùn)練，提高學(xué)生的實驗動手能力、操作能力和實踐能力[3]。

1 醫(yī)學(xué)檢驗專業(yè)有機化學(xué)在線虛擬實驗平臺構(gòu)建的必要性

實驗是高等職業(yè)教育實踐教學(xué)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、操作能力、實踐能力的重要途徑[4]。以交互式動畫為核心的有機化學(xué)在線虛擬實驗學(xué)習(xí)平臺，為學(xué)生提供了虛擬條件下，反復(fù)觀摩-眼看，重復(fù)訓(xùn)練-動手，反復(fù)練習(xí)的條件，從而為學(xué)生理解和掌握實驗過程中蘊涵的基本知識、基本理論，獲得必要的實踐技能奠定了基礎(chǔ)。

在線虛擬實驗學(xué)習(xí)平臺的構(gòu)建，使實驗訓(xùn)練不受時間、地點、條件和人數(shù)的限制，因此，虛擬實驗學(xué)習(xí)平臺是解決由于實驗學(xué)時不足、場地不夠、試劑短缺、儀器設(shè)備缺乏而不能滿足實驗需要這一現(xiàn)狀的有效途徑[5]。

在線虛擬實驗室平臺的構(gòu)建，實現(xiàn)了教師和學(xué)生自由地進(jìn)入虛擬實驗室，認(rèn)識實驗儀器，了解儀器的性能，掌握使用方法，進(jìn)行基本操作實驗、綜合性實驗練習(xí)，熟悉實驗操作步驟，避免真實實驗或操作所帶來的易燃、易爆、腐蝕、中毒的危險[6]，使高消耗、高危險的有機化學(xué)實驗得以開展，滿足了實驗教學(xué)的需要。

虛擬實驗在線學(xué)習(xí)平臺是實驗教學(xué)的一個必要的補充，它將實驗教學(xué)從實驗室延伸到課外，從校內(nèi)延伸到校外，使教師的教和學(xué)生的學(xué)，無論在空間和時間上都得到充分?jǐn)U展和延伸，可最大限度地發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主體作用，因此，虛擬實驗在線平臺的構(gòu)建是完善和改進(jìn)傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的重要手段，是創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的重要組成部分，是開放式數(shù)字化教學(xué)的必然要求[7]。

2 醫(yī)學(xué)檢驗專業(yè)在線有機化學(xué)虛擬實驗在線學(xué)習(xí)平臺的構(gòu)建

有機化學(xué)虛擬實驗學(xué)習(xí)平臺制作，要遵循資源共享性、交互性、開放性、先進(jìn)性、安全性等原則[8]。

2.1在線學(xué)虛擬實驗學(xué)習(xí)平臺的制作工具軟件

使用圖形處理技術(shù)軟件Adobe Photoshop進(jìn)行圖像處理與制作；使用動畫制作軟件Macromedia Flash 2004，制作實驗動畫；以Web技術(shù)為基礎(chǔ)，使用網(wǎng)頁制作軟件Macromedia Dreamweaver MX，將圖象、動畫有機組合鏈接，制作虛擬實驗在線學(xué)習(xí)平臺，然后上傳到校園網(wǎng)，用于學(xué)生預(yù)習(xí)、練習(xí)和實驗教學(xué)[9]。

2.2在線虛擬實驗學(xué)習(xí)平臺的整體框架

在線虛擬實驗學(xué)習(xí)平臺的整體框架，要求美觀簡潔、便于操作、比例協(xié)調(diào)、美觀大方、重點突出。導(dǎo)航主要包括：實驗指導(dǎo)、教學(xué)視頻、基本操作虛擬實驗?zāi)K、性質(zhì)鑒定虛擬實驗?zāi)K和綜合設(shè)計性實驗虛擬實驗?zāi)K。學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)需要，進(jìn)入相應(yīng)的實驗內(nèi)容學(xué)習(xí)。

2.3在線虛擬實驗學(xué)習(xí)平臺的內(nèi)容

根據(jù)職業(yè)教育國家整體培養(yǎng)目標(biāo)，依據(jù)檢驗專業(yè)課程標(biāo)準(zhǔn)，在實驗內(nèi)容選擇上，我們以基本操作實驗為基礎(chǔ)，以有機化合物的性質(zhì)、鑒別實驗為重點，以綜合設(shè)計性實驗技術(shù)為核心，以為檢驗專業(yè)后續(xù)專業(yè)課程提供理論支持和實驗技能支撐為目標(biāo)，設(shè)計、選取虛擬實驗在線學(xué)習(xí)平臺的實驗內(nèi)容。

2.3.1實驗指導(dǎo)

實驗指導(dǎo)主要以文字、圖片的形式，講解化學(xué)實驗儀器、性能和技術(shù)，化學(xué)實驗技能是檢驗專業(yè)的一項重要的基本技能，主要包括使用儀器的技能、基本操作技能、綜合實驗技能、實驗記錄和設(shè)計的技能。

使用儀器的技能是指掌握所用儀器的名稱、用途、性能、使用方法和注意事項。例如，試管主要用途是常溫或加熱條件下，用作少量試劑的溶解或反應(yīng)的容器，收集少量氣體和氣體的驗純，盛放少量藥品。試管的使用方法及注意事項包括，裝溶液時不超過試管容量的1/2，加熱時不超過試管的1/3；用滴管向試管內(nèi)滴加液體時滴管不能伸入試管口以下部位；取塊狀固體放入試管要用鑷子，不能使固體直接墜入試管中，防止試管底破裂；加熱試管要用試管夾或固定在鐵架臺上；試管口不應(yīng)對著任何人；加熱盛有固體的試管時，管口稍傾斜向下，加熱液體時應(yīng)向上傾斜約45°；試管夾應(yīng)夾在距管口1/3處；加熱時要預(yù)熱，以便受熱均勻，防止試管驟熱而炸裂；加熱前外壁應(yīng)無水滴；加熱后不能驟冷，以防止試管破裂；加熱后不能在試管未冷卻至室溫時就洗滌試管；使用試管夾夾取試管時，將試管夾從試管的底部往上套，夾在試管中上部；加熱應(yīng)用外焰；用試管刷刷試管時，手持試管刷柄的部位，恰好使試管刷的鐵絲端碰不到管底為好。

基本操作技能是多種儀器聯(lián)合使用的操作技能，主要包括儀器的保養(yǎng)、使用，儀器的操作要領(lǐng)和操作注意事項，如加熱這項實驗操作技能，不僅包括試管、燒杯、燒瓶、蒸發(fā)器、坩鍋五種儀器及酒精燈的使用技能，而且重點是這五種儀器里的物質(zhì)加熱的操作步驟、方法及注意事項，還涉及固體、液體試劑的取用技能。所以，加熱這項實驗操作是一項多種儀器聯(lián)合使用的綜合性實驗操作技能。

化學(xué)實驗基本操作技能能否掌握，關(guān)系到知識的獲得、能力的發(fā)展、科學(xué)方法的培養(yǎng)，關(guān)系到實驗結(jié)果是否準(zhǔn)確和安全可靠?；瘜W(xué)實驗技能是學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)和從事醫(yī)學(xué)檢驗工作所必須的基本技能，是進(jìn)行化學(xué)實驗的基本功，是性質(zhì)鑒別實驗、綜合設(shè)計性實驗的基礎(chǔ)。

綜合實驗技能是在使用儀器的技能和基本操作技能基礎(chǔ)上，開展的綜合應(yīng)用性實驗，是在教師指導(dǎo)下，學(xué)生自己設(shè)計實驗，選擇認(rèn)領(lǐng)儀器設(shè)備，組裝實驗裝置，探討實驗原理，設(shè)計實驗步驟，制定操作要點，明確注意事項，具有一定的設(shè)計性、研究性、綜合性[10]。綜合實驗操作的技能是培養(yǎng)和提高學(xué)生的綜合思維和創(chuàng)造能力重要途徑，對培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、靈活運用知識的能力，激發(fā)創(chuàng)新能力，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)和團隊合作精神，具有獨特的作用和明顯的效果。

2.3.2教學(xué)視頻

通過直觀形象生動的教學(xué)視頻示范講解，介紹常用儀器的用途、性能、使用方法及注意事項，講解玻璃儀器的洗滌、保養(yǎng)和干燥，試劑的取用，液體體積的定量量取，物質(zhì)的加熱，儀器的裝配，物質(zhì)的分離等基本操作以及基本操作需注意的關(guān)鍵點，從而培養(yǎng)學(xué)生掌握正確的實驗操作步驟、方法、要領(lǐng)和實驗注意事項，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、思維能力和動手能力。

2.3.3虛擬實驗室

虛擬實驗室是在線虛擬實驗學(xué)習(xí)平臺的核心內(nèi)容，由基本操作虛擬實驗室、性質(zhì)鑒定實驗虛擬實驗室、綜合設(shè)計性實驗虛擬實驗室組成，每個實驗均以Flash動畫展現(xiàn)在學(xué)生面前，學(xué)生可以通過按鈕控制，按實驗操作步驟，進(jìn)行實驗操作訓(xùn)練[11]。

2.3.3.1基本操作虛擬實驗室 基本操作虛擬實驗室，以Flash動畫的形式，演示實驗儀器的正確使用，通過鼠標(biāo)點擊、拖拽儀器，演示準(zhǔn)確的操作過程，提示實驗操作關(guān)鍵點，強化立體感知，增強學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

2.3.3.2性質(zhì)鑒定實驗虛擬實驗室 性質(zhì)鑒定實驗虛擬實驗室，以Flash動畫的形式，通過鼠標(biāo)點擊、拖拽選取適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)容器，試劑用量，嚴(yán)格按照實驗操作步驟，取用固體、液體反應(yīng)試劑，觀察是否有氣體、沉淀產(chǎn)生，記錄顏色變化等反應(yīng)過程。性質(zhì)鑒定實驗對于豐富學(xué)生的感性認(rèn)識、鞏固理論知識具有重要作用。

2.3.3.3綜合設(shè)計性實驗虛擬實驗室 綜合設(shè)計性實驗虛擬實驗室，以Flash動畫的形式，將“實驗原理、實驗裝置、裝置組裝、實驗步驟、操作要點、注意事項”等實驗項目，集成于同一界面的左側(cè)，占整個畫面的1/4左右。通過鼠標(biāo)點擊左側(cè)實驗項目按鈕，右側(cè)分別顯示“實驗原理、實驗裝置、裝置組裝、實驗步驟、操作要點、注意事項”等具體實驗內(nèi)容，畫面大約占3/4左右。實驗步驟通過鼠標(biāo)點擊或拖拽實現(xiàn)實驗全過程的動畫演示。如常壓蒸餾實驗中，點擊“裝置組裝”按鈕，則在右側(cè)畫面中顯示實驗儀器：鐵架臺、冷凝水、直形冷凝管、圓底燒瓶、乙醇、沸石、電爐、蒸餾頭、溫度計、接液管、接液圓底燒瓶。并可通過鼠標(biāo)拖拽組裝實驗裝置。按照“從下到上，從左到右”組裝規(guī)則，通過鼠標(biāo)分別將電爐、裝好乙醇和沸石的圓底燒瓶、蒸餾頭、溫度計、直形冷凝管、接液管和接液圓底燒瓶準(zhǔn)確拖拽至準(zhǔn)確位置，搭建常壓蒸餾實驗裝置，連接好上下水，如果拖拽儀器的順序或位置有誤，則畫面提示操作錯誤信息。

點擊“操作要點”按鈕，右側(cè)畫面則會顯示如下文字：①安裝裝置應(yīng)自下而上、從左到右順序，拆卸裝置與安裝順序相反；②裝入圓底燒瓶的蒸餾液體體積不超過其容積的2/3，不少于1/4；③溫度計水銀球的上緣部位恰好與蒸餾燒瓶支管接口的下緣部位在同一水平先線上；④先開冷凝水，再加熱，且冷凝水自下而上。

實驗儀器組裝完畢，點擊畫面中的水龍頭開關(guān)，則接通冷凝水，冷凝水開始運行；點擊電爐開關(guān)，接通電流，電爐爐絲變紅，顯示開始加熱，蒸餾液溫度逐漸升高，產(chǎn)生蒸汽，溫度達(dá)到沸點，蒸汽上升進(jìn)入冷凝管，遇冷凝水，蒸汽冷凝為液體，沿冷凝管流到接液管，滴入接液圓底燒瓶中。

綜合設(shè)計性虛擬實驗是由多個基本操作單元的有機組合。通過鼠標(biāo)的點擊、拖拽，可反復(fù)多次、隨機學(xué)習(xí)，以加深對實驗原理的再認(rèn)識，提升實驗基本操作的技術(shù)能力。為此，綜合實驗虛擬實驗是對基本操作實驗所獲得的實驗知識、經(jīng)驗和實驗?zāi)芰Φ臋z驗，是培養(yǎng)綜合實驗技能和應(yīng)用能力的重要途徑。

3 在線虛擬實驗學(xué)習(xí)平臺應(yīng)用教學(xué)效果分析

虛擬實驗學(xué)習(xí)平臺應(yīng)用于教學(xué)，經(jīng)兩個學(xué)期的運用，對2015、2016級檢驗專業(yè)57名學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，發(fā)放問卷 57 份，收回53 份，調(diào)查數(shù)據(jù)用 Excel 處理。

結(jié)果與分析：構(gòu)建虛擬實驗在線學(xué)習(xí)平臺的目的最重要的就是其應(yīng)用性。為實驗教學(xué)服務(wù)；為理論課教學(xué)服務(wù)；為開展綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗服務(wù)；為實驗室開放服務(wù)；為學(xué)生的預(yù)習(xí)、實踐能力提高服務(wù)[12]。

基于校園網(wǎng)絡(luò)的虛擬實驗在線平臺的建立，有效解決了實驗儀器缺乏，師資隊伍不足的現(xiàn)狀，亦使高污染、高危險、高能耗、高消耗、高成本、高溫、高壓等條件下或現(xiàn)實環(huán)境下不具備或難以完成的實驗在虛擬的環(huán)境中得以實現(xiàn)[13]。

經(jīng)過虛擬實驗在線平臺的訓(xùn)練，學(xué)生在實驗室實驗時，認(rèn)領(lǐng)實驗儀器的能力更加準(zhǔn)確，安裝實驗裝置的熟練程度明顯提高，操作的規(guī)范性更加標(biāo)準(zhǔn)，實驗的操作能力和協(xié)作能力明顯增強，實驗進(jìn)行的速度顯著加快，實驗過程中儀器損壞率和試劑消耗率明顯下降，實驗效果明顯提升[14-15]。

4 結(jié)論

有機化學(xué)虛擬實驗在線平臺的建立與應(yīng)用，使得學(xué)生的實驗動手能力、操作能力和實踐能力明顯提高；教師的教學(xué)改革的熱情被激發(fā)，參與教學(xué)改革的激情被點燃，課堂教學(xué)和實踐教學(xué)能力得到提升，對提高學(xué)校辦學(xué)實力、辦學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量起到了推動作用。

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（收稿日期：2017-10-26 本文編輯：許俊琴）