虛擬分光光度計在《植物生理學(xué)實(shí)驗》中的教學(xué)論文
引言
紫外可見(jiàn)分光光度計是一種很重要的分析儀器，它經(jīng)過(guò)長(cháng)期的研究和不斷改進(jìn)，在物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫學(xué)、材料學(xué)、環(huán)境科學(xué)等科學(xué)研究領(lǐng)域都有廣泛而重要的應用。[1]在實(shí)驗教學(xué)中，分光光度計占有重要地位。但是在實(shí)際的分光光度計的教學(xué)中，往往存在以下三個(gè)問(wèn)題：第一，對于需要使用分光光度計這樣操作復雜的實(shí)驗儀器，學(xué)生僅看實(shí)驗講義文字的內容很難清晰地了解其操作過(guò)程。第二，在傳統的植物生理學(xué)實(shí)驗課堂上，往往都是一個(gè)教師輔導全班的幾十個(gè)學(xué)生做實(shí)驗，在課堂上演示分光光度計的使用受到空間的限制，教師可能需要重復講解多次，這樣大大增加了教師的勞動(dòng)強度，也降低了課堂教學(xué)的效果以及學(xué)生的學(xué)習效率。第三，實(shí)驗教學(xué)所采用的方法比較單一，學(xué)生在實(shí)驗課中面對著(zhù)分光光度計，不知從何下手，往往很被動(dòng)，教師怎么說(shuō)就怎么做。操作儀器就停留在不動(dòng)腦的機械勞動(dòng)階段，達不到提高學(xué)生動(dòng)手操作能力的目的。
這些問(wèn)題嚴重制約了植物生理學(xué)實(shí)驗教學(xué)正常進(jìn)行。而采用虛擬技術(shù)改進(jìn)教學(xué)和實(shí)驗方法， 可以較好地解決這些問(wèn)題， 提高教學(xué)質(zhì)量。因此，根據現有技術(shù)條件和手段，引入Flash對分光光度計虛擬開(kāi)發(fā)，以重現實(shí)驗內容，形成虛擬教學(xué)方式。利用虛擬技術(shù)創(chuàng )造虛擬儀器，教學(xué)的視野將拓寬，教學(xué)空間從某一特定的物理空間延伸到虛擬的賽伯空間，教學(xué)資源的界限從少量有限伸展到大量無(wú)限，最終可以提高實(shí)驗教學(xué)的效果，豐富教學(xué)手段和教學(xué)表現力。[2]
一、虛擬分光光度計的構成
虛擬分光光度計是利用計算機軟件技術(shù)將實(shí)驗的內容及過(guò)程在計算機屏幕上模擬出來(lái)，學(xué)生或者教師可利用網(wǎng)絡(luò )平臺或個(gè)人計算機隨時(shí)隨地虛擬儀器操作的全過(guò)程。所以它的基本構成包括計算機和虛擬儀器軟件，而多媒體計算機是基礎，虛擬軟件是核心。因此虛擬分光光度計主要用Flash軟件設計和制作，并利用Corledit、Photoshop等軟件進(jìn)行優(yōu)化。Flash強大的交互功能和虛擬軟件友好的人機界面，有利于發(fā)揮學(xué)生個(gè)人特長(cháng)和培養學(xué)生共同解決問(wèn)題的能力，增強學(xué)生對分光光度計的興趣，降低了實(shí)驗成本。而將開(kāi)發(fā)的分光光度計軟件放在學(xué)院網(wǎng)站上，學(xué)生憑學(xué)號登錄學(xué)習，實(shí)現實(shí)驗資源的共享以及有利于學(xué)生的交流探索。
根據植物生理學(xué)的實(shí)際，儀器虛擬的是VIS-723N型分光光度計，例如虛擬波長(cháng)掃描和光度測量可用于葉綠體色素含量測定，虛擬定量分析可用于植物組織中可溶性糖含量的測定，虛擬時(shí)間掃描可用于愈創(chuàng )木酚法測定過(guò)氧化物酶活性等。
二、虛擬分光光度計的應用
1.學(xué)生課前預習的應用
對于植物生理學(xué)的實(shí)驗課，實(shí)驗課程比較緊湊，所以實(shí)驗預習對于提高課堂效率是十分必要的。通過(guò)預習，學(xué)生可以對所要學(xué)習的實(shí)驗有一個(gè)整體的感知，能理解簡(jiǎn)單的知識。但是分光光度計的操作要求高、功能多、儀器調試過(guò)程復雜，學(xué)生很難僅憑閱讀實(shí)驗講義就能弄清儀器的操作方法和步驟。而讓學(xué)生在實(shí)驗前進(jìn)入實(shí)驗室了解實(shí)驗儀器又受到實(shí)驗經(jīng)費、實(shí)驗室開(kāi)放時(shí)間的限制。所以在進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗前，讓學(xué)生在虛擬實(shí)驗中進(jìn)行演練，可以增大預習效果。對實(shí)驗目的、操作步驟、實(shí)驗過(guò)程及結果有了一定的了解后，再進(jìn)行實(shí)際操作，學(xué)生可做到心中有數，實(shí)驗的目的性更明確，對一些關(guān)鍵的細節和易出現的問(wèn)題，已經(jīng)有所準備，也有利于在實(shí)驗課上騰出更多的時(shí)間進(jìn)行創(chuàng )新嘗試。例如在進(jìn)行波長(cháng)掃描葉綠體時(shí)，學(xué)生可根據不同濃度的葉綠體進(jìn)行掃描，找出最合適的濃度。如果學(xué)生操作錯誤，虛擬儀器除了能像真實(shí)儀器發(fā)出錯誤警告外，還能列出相應的提示反饋，方便學(xué)生的操作。
2.實(shí)驗課演示的應用
植物生理學(xué)實(shí)驗課程教學(xué)，重點(diǎn)是培養學(xué)生的動(dòng)手操作能力，所以在每個(gè)實(shí)驗前先由實(shí)驗教師對實(shí)驗原理和步驟進(jìn)行詳細的講解，然后學(xué)生按照教師講解的實(shí)驗步驟完成一些驗證性的實(shí)驗操作。而對于需要用到分光光度計的實(shí)驗，教師講解清楚有一定的難度，這時(shí)可以利用虛擬分光光度計來(lái)進(jìn)行演示。演示示范具有直觀(guān)性和過(guò)程性的特點(diǎn)，通過(guò)動(dòng)態(tài)的演示，學(xué)生能一目了然知道實(shí)驗的操作步驟，掌握相應的技能，并且得到理論結果。演示分光光度計的過(guò)程由教師進(jìn)行操作，教師按照一定的程序演示，有助于學(xué)生對儀器的使用原理、操作規則、操作步驟的記憶。教師還可以針對在現實(shí)實(shí)驗中比較容易出錯的操作、操作儀器的注意事項或者對實(shí)驗結果有幫助的細節在演示的過(guò)程中給予說(shuō)明。通過(guò)演示儀器，培養學(xué)生觀(guān)察、分析和解決問(wèn)題的能力。
3.個(gè)別指導的應用
有些學(xué)生對實(shí)驗課上部分內容還沒(méi)完全理解或者因為操作錯誤而導致實(shí)驗失敗，但由于分光光度計價(jià)格昂貴，很多學(xué)校都沒(méi)有給學(xué)生提供開(kāi)放的實(shí)驗室，這樣學(xué)生的學(xué)習就不能得到較好的反饋。因此在書(shū)寫(xiě)實(shí)驗報告時(shí)往往就會(huì )抄襲他人的實(shí)驗結果，學(xué)生就沒(méi)有真正掌握實(shí)驗的操作要領(lǐng)。利用學(xué)院網(wǎng)站虛擬分光光度計軟件，學(xué)生可以觀(guān)察實(shí)驗現象、理解實(shí)驗原理和實(shí)驗結果，熟記實(shí)驗的操作步驟，甚至能在網(wǎng)站留言，方便同學(xué)之間交流和教師的指導，從而培養學(xué)生發(fā)現問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，也有利于教師對自己的教學(xué)進(jìn)行反思以及分析。虛擬儀器軟件配套相應的練習，學(xué)生可以根據自己所掌握知識的薄弱環(huán)節進(jìn)行操作鞏固。這樣針對不同的學(xué)生的學(xué)習特點(diǎn)和情況，具體問(wèn)題具體分析，實(shí)現因材施教，使其能達到最佳的學(xué)習效果。
4.綜合實(shí)驗的應用
畢業(yè)論文、課外科研、設計性綜合實(shí)驗在實(shí)驗進(jìn)行過(guò)程或結果的測定方面都有可能用到分光光度計。但學(xué)生如果沒(méi)有經(jīng)常使用，很快就忘了如何操作，使實(shí)驗無(wú)法進(jìn)行。因此，學(xué)生可先利用虛擬儀器復習操作過(guò)程，再進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗。虛擬儀器是按照真實(shí)的操作步驟進(jìn)行設置的，操作簡(jiǎn)便，不用擔心會(huì )損壞儀器，能幫助學(xué)生快速掌握正確的儀器操作程序。由于綜合實(shí)驗大多是探究性實(shí)驗，所以在虛擬實(shí)驗中，學(xué)生可以通過(guò)各種嘗試，了解各種錯誤的實(shí)驗操作，分析錯誤的原因，在真實(shí)的實(shí)驗中避免錯誤操作的發(fā)生。并且能夠結合虛擬實(shí)驗自主探究，在真實(shí)實(shí)驗中實(shí)現更好的探索。
三、虛擬分光光度計的應用價(jià)值
1.豐富教學(xué)手段
虛擬分光光度計儀器改變了傳統單一的教學(xué)方法，通過(guò)虛擬實(shí)驗教學(xué)，教師可以隨時(shí)進(jìn)行實(shí)驗演示和分析，將有關(guān)理論教學(xué)和實(shí)驗教學(xué)有機地結合起來(lái)，改變了以往“紙上談兵”的教學(xué)模式。而學(xué)生也可以改變學(xué)習方式，學(xué)習不再受實(shí)驗室的限制，自主地選擇自己所需的操作內容，實(shí)現了學(xué)生為主體的學(xué)習方式。
2.節約實(shí)驗成本
分光光度計價(jià)格昂貴，維修成本大，學(xué)生的不規范操作容易導致機器的損壞。用虛擬技術(shù)，不用擔心會(huì )損壞機器，能對學(xué)生進(jìn)行規范操作訓練，減少機器的損傷程度，也沒(méi)有原材料的消耗，大大節約了植物生理學(xué)實(shí)驗的成本。
3.激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣
高校實(shí)驗室的開(kāi)放程度還不夠，學(xué)生對分光光度計儀器設備、實(shí)驗內容等不是很清楚，因此興趣不是很大。利用虛擬分光光度計可以激發(fā)學(xué)習動(dòng)機，增強學(xué)習興趣。多媒體技術(shù)將文本、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、音效等呈現在學(xué)生面前， 能激起學(xué)生更大的學(xué)習興趣。而學(xué)生在虛擬儀器上多次練習進(jìn)行操作訓練，可大大提高實(shí)際操作效果。
結束語(yǔ)
利用虛擬現實(shí)技術(shù)有效輔助實(shí)驗教學(xué)，通過(guò)虛擬訓練，加強了學(xué)生的基本實(shí)驗技能，通過(guò)真實(shí)實(shí)驗又進(jìn)一步培養了實(shí)際動(dòng)手能力。一方面減輕了實(shí)驗室管理的負擔以及教師上課的勞動(dòng)強度；另一方面，也給學(xué)生提供了更廣闊的空間，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習興趣，提高了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，取得了令人滿(mǎn)意的效果。雖然虛擬實(shí)驗儀器在實(shí)驗教學(xué)中扮演著(zhù)重要的角色，但是虛與實(shí)畢竟是兩種不同的形態(tài)。無(wú)論虛擬實(shí)驗多么“真實(shí)”，它都不取代不了真實(shí)實(shí)驗。對于生物科學(xué)的學(xué)生，實(shí)驗技能也非常重要，因此實(shí)踐動(dòng)手能力的培養是教師教學(xué)的重要任務(wù)之一，而動(dòng)手能力單靠仿真模擬實(shí)驗是練不出來(lái)的。[3] 模擬操作只是一個(gè)輔助的工具，認知過(guò)程必須有一個(gè)從模擬到實(shí)物的過(guò)程，否則將永遠停留在一個(gè)虛構的過(guò)程中，不能真正地認識事物的本質(zhì)。虛擬實(shí)驗儀器的最終目標不是讓學(xué)生掌握虛擬狀態(tài)的實(shí)驗技能，而是更好地掌握真實(shí)情境下的實(shí)驗技能。所以掌握實(shí)際實(shí)驗技能才是根本之所在。真實(shí)實(shí)驗和虛擬實(shí)驗都是實(shí)驗中的重要組成部分，二者相互結合、相互促進(jìn)。利用并發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，才能更好地為實(shí)驗服務(wù)。
參考文獻：
[1]尹揚嵐.新型紫外可見(jiàn)分光光度計光源光學(xué)系統的研究與設計[D].廈門(mén)：廈門(mén)大學(xué)，2008.
[2]王磊.虛擬教學(xué)的理論架構[J].電大教學(xué)，2001，（5）：4-7.
[3]王玉秋.Flash模擬演示課件在教學(xué)中的應用[J].遼寧教育行政學(xué)院學(xué)報，2009，（4）：174-715.
【虛擬分光光度計在《植物生理學(xué)實(shí)驗》中的教學(xué)論文】相關(guān)文章：
學(xué)生自主選擇生理學(xué)實(shí)驗教學(xué)改革論文03-19
MPA-2000在病理生理學(xué)實(shí)驗教學(xué)中的應用11-20
基于LabVIEW 與Access 的虛擬實(shí)驗教學(xué)系統論文03-03
水產(chǎn)動(dòng)物生理學(xué)實(shí)驗教學(xué)改革與實(shí)踐論文11-22
金融數學(xué)實(shí)驗教學(xué)中的應用論文02-13
口腔解剖生理學(xué)教學(xué)質(zhì)量論文03-02
- 相關(guān)推薦