虛擬分光光度計在《植物生理學(xué)實驗》中的教學(xué)論文
引言
紫外可見分光光度計是一種很重要的分析儀器，它經(jīng)過長期的研究和不斷改進，在物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)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(yīng)用。[1]在實驗教學(xué)中，分光光度計占有重要地位。但是在實際的分光光度計的教學(xué)中，往往存在以下三個問題：第一，對于需要使用分光光度計這樣操作復(fù)雜的實驗儀器，學(xué)生僅看實驗講義文字的內(nèi)容很難清晰地了解其操作過程。第二，在傳統(tǒng)的植物生理學(xué)實驗課堂上，往往都是一個教師輔導(dǎo)全班的幾十個學(xué)生做實驗，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(fù)講解多次，這樣大大增加了教師的勞動強度，也降低了課堂教學(xué)的效果以及學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。第三，實驗教學(xué)所采用的方法比較單一，學(xué)生在實驗課中面對著分光光度計，不知從何下手，往往很被動，教師怎么說就怎么做。操作儀器就停留在不動腦的機械勞動階段，達不到提高學(xué)生動手操作能力的目的。
這些問題嚴重制約了植物生理學(xué)實驗教學(xué)正常進行。而采用虛擬技術(shù)改進教學(xué)和實驗方法， 可以較好地解決這些問題， 提高教學(xué)質(zhì)量。因此，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)條件和手段，引入Flash對分光光度計虛擬開發(fā)，以重現(xiàn)實驗內(nèi)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限，最終可以提高實驗教學(xué)的效果，豐富教學(xué)手段和教學(xué)表現(xiàn)力。[2]
一、虛擬分光光度計的構(gòu)成
虛擬分光光度計是利用計算機軟件技術(shù)將實驗的內(nèi)容及過程在計算機屏幕上模擬出來，學(xué)生或者教師可利用網(wǎng)絡(luò)平臺或個人計算機隨時隨地虛擬儀器操作的全過程。所以它的基本構(gòu)成包括計算機和虛擬儀器軟件，而多媒體計算機是基礎(chǔ)，虛擬軟件是核心。因此虛擬分光光度計主要用Flash軟件設(shè)計和制作，并利用Corledit、Photoshop等軟件進行優(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)生個人特長和培養(yǎng)學(xué)生共同解決問題的能力，增強學(xué)生對分光光度計的興趣，降低了實驗成本。而將開發(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(xí)，實現(xiàn)實驗資源的共享以及有利于學(xué)生的交流探索。
根據(jù)植物生理學(xué)的實際，儀器虛擬的是VIS-723N型分光光度計，例如虛擬波長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，虛擬時間掃描可用于愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶活性等。
二、虛擬分光光度計的應(yīng)用
1.學(xué)生課前預(yù)習(xí)的應(yīng)用
對于植物生理學(xué)的實驗課，實驗課程比較緊湊，所以實驗預(yù)習(xí)對于提高課堂效率是十分必要的。通過預(yù)習(xí)，學(xué)生可以對所要學(xué)習(xí)的實驗有一個整體的感知，能理解簡單的知識。但是分光光度計的操作要求高、功能多、儀器調(diào)試過程復(fù)雜，學(xué)生很難僅憑閱讀實驗講義就能弄清儀器的操作方法和步驟。而讓學(xué)生在實驗前進入實驗室了解實驗儀器又受到實驗經(jīng)費、實驗室開放時間的限制。所以在進行真實實驗前，讓學(xué)生在虛擬實驗中進行演練，可以增大預(yù)習(xí)效果。對實驗?zāi)康�、操作步驟、實驗過程及結(jié)果有了一定的了解后，再進行實際操作，學(xué)生可做到心中有數(shù)，實驗的目的性更明確，對一些關(guān)鍵的細節(jié)和易出現(xiàn)的問題，已經(jīng)有所準(zhǔn)備，也有利于在實驗課上騰出更多的時間進行創(chuàng)新嘗試。例如在進行波長掃描葉綠體時，學(xué)生可根據(jù)不同濃度的葉綠體進行掃描，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儀器發(fā)出錯誤警告外，還能列出相應(yīng)的提示反饋，方便學(xué)生的操作。
2.實驗課演示的應(yīng)用
植物生理學(xué)實驗課程教學(xué)，重點是培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力，所以在每個實驗前先由實驗教師對實驗原理和步驟進行詳細的講解，然后學(xué)生按照教師講解的實驗步驟完成一些驗證性的實驗操作。而對于需要用到分光光度計的實驗，教師講解清楚有一定的難度，這時可以利用虛擬分光光度計來進行演示。演示示范具有直觀性和過程性的特點，通過動態(tài)的演示，學(xué)生能一目了然知道實驗的操作步驟，掌握相應(yīng)的技能，并且得到理論結(jié)果。演示分光光度計的過程由教師進行操作，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(guī)則、操作步驟的記憶。教師還可以針對在現(xiàn)實實驗中比較容易出錯的操作、操作儀器的注意事項或者對實驗結(jié)果有幫助的細節(jié)在演示的過程中給予說明。通過演示儀器，培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析和解決問題的能力。
3.個別指導(dǎo)的應(yīng)用
有些學(xué)生對實驗課上部分內(nèi)容還沒完全理解或者因為操作錯誤而導(dǎo)致實驗失敗，但由于分光光度計價格昂貴，很多學(xué)校都沒有給學(xué)生提供開放的實驗室，這樣學(xué)生的學(xué)習(xí)就不能得到較好的反饋。因此在書寫實驗報告時往往就會抄襲他人的實驗結(jié)果，學(xué)生就沒有真正掌握實驗的操作要領(lǐng)。利用學(xué)院網(wǎng)站虛擬分光光度計軟件，學(xué)生可以觀察實驗現(xiàn)象、理解實驗原理和實驗結(jié)果，熟記實驗的操作步驟，甚至能在網(wǎng)站留言，方便同學(xué)之間交流和教師的指導(dǎo)，從而培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，也有利于教師對自己的教學(xué)進行反思以及分析。虛擬儀器軟件配套相應(yīng)的練習(xí)，學(xué)生可以根據(jù)自己所掌握知識的薄弱環(huán)節(jié)進行操作鞏固。這樣針對不同的學(xué)生的學(xué)習(xí)特點和情況，具體問題具體分析，實現(xiàn)因材施教，使其能達到最佳的學(xué)習(xí)效果。
4.綜合實驗的應(yīng)用
畢業(yè)論文、課外科研、設(shè)計性綜合實驗在實驗進行過程或結(jié)果的測定方面都有可能用到分光光度計。但學(xué)生如果沒有經(jīng)常使用，很快就忘了如何操作，使實驗無法進行。因此，學(xué)生可先利用虛擬儀器復(fù)習(xí)操作過程，再進行真實實驗。虛擬儀器是按照真實的操作步驟進行設(shè)置的，操作簡便，不用擔(dān)心會損壞儀器，能幫助學(xué)生快速掌握正確的儀器操作程序。由于綜合實驗大多是探究性實驗，所以在虛擬實驗中，學(xué)生可以通過各種嘗試，了解各種錯誤的實驗操作，分析錯誤的原因，在真實的實驗中避免錯誤操作的發(fā)生。并且能夠結(jié)合虛擬實驗自主探究，在真實實驗中實現(xiàn)更好的探索。
三、虛擬分光光度計的應(yīng)用價值
1.豐富教學(xué)手段
虛擬分光光度計儀器改變了傳統(tǒng)單一的教學(xué)方法，通過虛擬實驗教學(xué)，教師可以隨時進行實驗演示和分析，將有關(guān)理論教學(xué)和實驗教學(xué)有機地結(jié)合起來，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(xí)方式，學(xué)習(xí)不再受實驗室的限制，自主地選擇自己所需的操作內(nèi)容，實現(xiàn)了學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)方式。
2.節(jié)約實驗成本
分光光度計價格昂貴，維修成本大，學(xué)生的不規(guī)范操作容易導(dǎo)致機器的損壞。用虛擬技術(shù)，不用擔(dān)心會損壞機器，能對學(xué)生進行規(guī)范操作訓(xùn)練，減少機器的損傷程度，也沒有原材料的消耗，大大節(jié)約了植物生理學(xué)實驗的成本。
3.激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
高校實驗室的開放程度還不夠，學(xué)生對分光光度計儀器設(shè)備、實驗內(nèi)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(xí)動機，增強學(xué)習(xí)興趣。多媒體技術(shù)將文本、圖形、圖像、動畫、音效等呈現(xiàn)在學(xué)生面前， 能激起學(xué)生更大的學(xué)習(xí)興趣。而學(xué)生在虛擬儀器上多次練習(xí)進行操作訓(xùn)練，可大大提高實際操作效果。
結(jié)束語
利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)有效輔助實驗教學(xué)，通過虛擬訓(xùn)練，加強了學(xué)生的基本實驗技能，通過真實實驗又進一步培養(yǎng)了實際動手能力。一方面減輕了實驗室管理的負擔(dān)以及教師上課的勞動強度；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(xí)興趣，提高了學(xué)生解決實際問題的能力，取得了令人滿意的效果。雖然虛擬實驗儀器在實驗教學(xué)中扮演著重要的角色，但是虛與實畢竟是兩種不同的形態(tài)。無論虛擬實驗多么“真實”，它都不取代不了真實實驗。對于生物科學(xué)的學(xué)生，實驗技能也非常重要，因此實踐動手能力的培養(yǎng)是教師教學(xué)的重要任務(wù)之一，而動手能力單靠仿真模擬實驗是練不出來的。[3] 模擬操作只是一個輔助的工具，認知過程必須有一個從模擬到實物的過程，否則將永遠停留在一個虛構(gòu)的過程中，不能真正地認識事物的本質(zhì)。虛擬實驗儀器的最終目標(biāo)不是讓學(xué)生掌握虛擬狀態(tài)的實驗技能，而是更好地掌握真實情境下的實驗技能。所以掌握實際實驗技能才是根本之所在。真實實驗和虛擬實驗都是實驗中的重要組成部分，二者相互結(jié)合、相互促進。利用并發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，才能更好地為實驗服務(wù)。
參考文獻：
[1]尹揚嵐.新型紫外可見分光光度計光源光學(xué)系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].廈門：廈門大學(xué)，2008.
[2]王磊.虛擬教學(xué)的理論架構(gòu)[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(yīng)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)實驗教學(xué)改革論文03-19
MPA-2000在病理生理學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用11-20
基于LabVIEW 與Access 的虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)論文03-03
物理教學(xué)中的演示實驗論文01-03
水產(chǎn)動物生理學(xué)實驗教學(xué)改革與實踐論文11-22
金融數(shù)學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用論文02-13
淺談物理實驗在教學(xué)中地位論文02-18
口腔解剖生理學(xué)教學(xué)質(zhì)量論文03-02
- 相關(guān)推薦