虚拟仿真技术在“现代分析测...技术”实验教学中的应用探索_刘小娟.pdf
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1、 2023 NO.8 科 教 资 讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION虚拟仿真技术在“现代分析测试技术”实验教学中的应用探索刘小娟 吴锋景 颜东(湖南工程学院材料与化工学院 湖南湘潭 411104)摘要:为了有效地进行“现代分析测试技术”理论教学和实体实验教学的衔接,弥补传统实验教学存在的不足,对虚拟仿真技术在分析测试实验教学的应用进行了探索。该文以气相色谱测试技术为例,引入虚拟仿真技术对实验内容进行设计,能直观展现气相色谱的测试原理和实验过程,旨在提高教学效果,增强学生的学习兴趣,实现创新型
2、人才培养的目的。关键词:虚拟仿真 实验教学 现代仪器分析 教学实践中图分类号:G642.0文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2023)08-0192-04Exploration of the Application of Virtual Simulation Technology in the Experimental Teaching of Modern Analysis and Testing TechnologyLIU Xiaojuan WU Fengjing YAN Dong(College of Materials and Chemical Engineering,Hun
3、an Institute of Engineering,Xiangtan,Hunan Province,411104 China)Abstract:In order to effectively connect the theoretical teaching and physical experiment teaching of Modern Analysis and Testing Technology and make up for the existing shortcomings of traditional experimental teaching,the application
4、 of virtual simulation technology in the experimental teaching of analysis and testing is explored.This paper takes the gas chromatography testing technology as an example,and introduces virtual simulation technology to design the experimental content,which can intuitively show the testing principle
5、 and experimental process of gas chromatography,aiming to improve the teaching effect,enhance students interest in learning,and achieve the goal of the cultivation of innovative talents.Key Words:Virtual simulation;Experimental teaching;Modern instrument analysis;Teaching practice随着学科之间的不断交叉和渗透,越来越多
6、的分析测试技术被应用到化学化工、材料科学、生命科学、食品科学、环境科学等各个领域。“现代分析测试技术”成为了这些学科领域的核心课程。该课程不但具有较强的理论性,还需开设相应的教学实验,是一门综合能力要求较高的应用型课程。学生通过实验了解各类分析仪器设备的构造,理解分析测试技术的基本原理,掌握现代工业分析测试的基本方法,这就能够培养学生DOI:10.16661/ki.1672-3791.2211-5042-5021基金项目:2018年湖南省教育科学“十三五”规划课题“虚拟仿真技术在高校化工实验教学中的应用研究”(项目编号:XJK18CXX012)。作者简介:刘小娟(1981),女,硕士,讲师,主
7、要从事水处理方向的功能材料的研究。吴锋景(1978),男,博士,副教授,主要从事材料腐蚀与防护、应用电化学方面的研究。192科 教 资 讯 2023 NO.8 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATIONSCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯科技资讯的创新意识和科学探索精神,增强学生运用专业知识解决实际问题的能力。但是,大型分析仪器实验课程的开设存在诸多弊端1,如大型仪器价格昂贵,多数设备放置在分析测试中心,且购置设备台套数有限,除了正常的教学使用外,大型仪器还需要服务于科学研究。实验教学时,实验教师一般进行演示实验,学生多以观看为主,不能上机进行
8、操作,积累仪器实操经验有限。此外,大型分析仪器实验课涉及的知识面广,专业知识抽象,且仪器结构复杂,学生理解困难,讲授时理论教学与实验分开进行,容易造成学生理论与实践脱节,学生学习兴趣不强。如何实现将理论教学和实验教学有机地衔接,是当前“现代分析测试技术”课程教学改革的重点和难点。1 虚拟仿真在分析测试实验教学开设的必要性仪器分析类专业是一门以理论、实验和实践为基础的学科,学生对于理论知识的理解和消化,以及解决问题能力的提高和动手能力的强化,均要依托于实验和实践教学。但由于大型分析仪器实验课程的开设存在的诸多弊端,部分实验学生动手实践操作的机会少,学生的实验训练得不到切实的保障。虚拟仿真实验教学
9、是利用计算机创设各种虚拟环境来模拟真实环境的,根据真实环境中的理论和实际操作情况来虚拟仿真的环境,并进行验证、设计、运行的教学方式2-4。虚拟仿真技术以现代信息技术为手段,将图片、声音、动画、视频等多种信息整合,提供一种与教学内容相关的虚拟场景,将教学内容可视化、形象化、情景化。近年来,国内许多高校根据专业特点,为了提高实验教学效果,相继构建了虚拟仿真实验教学平台。虚拟仿真实验教学的发展,减少了受场地和时间等条件的制约,提高设备利用率,能有效地降低实验教学成本,可提供多人在线学习,教师在线答疑,增进师生互动,提高学习效率。为解决传统分析测试实验教学开设不能达到预期的效果,湖南工程学院材料与化工
10、学院开发了虚拟仿真分析测试的实验教学平台,力图将虚拟仿真实验技术同传统的分析测试实验结合。通过虚拟的分析仪器学习平台进行教学,并结合实体的分析测试实验的开展,能有效提高教学效率,提升教学效果。2 虚拟仿真在“现代分析测试技术”课程中的建设笔者学院虚拟仿真分析测试实验教学平台,是同东方仿真公司一起开发的,利用先进的计算机模拟技术,选择UNITY 3D作为开发引擎,支持Android移动端系统平台,形成一套智能化仿真系统。该系统能够逼真模拟大型分析仪器的开机、样品配制、样品分析、数据采集、数据处理等各个过程的操作,可作为“现代分析测试技术”实验教学的有益补充或者作为实验教学的组成部分。学生通过移动
11、端即可随时随地实现大型分析仪器操作流程的学习,如可以进行课前预习、课上学习、课后复习,学习内容丰富,学习地点灵活,是一种高校开设仪器分析相关课程教学的创新形式。3 虚拟仿真在“材料现代分析技术”实验教学的实践目前,该院虚拟仿真分析测试实验主要包括4种仪器相关的虚拟仿真实验,即气相色谱仪、液相色谱仪、红外光谱仪以及原子吸收光谱仪。实验教学一般是以“案例教学”开展的5,利用虚拟仿真软件中呈现的仪器的结构图和3D动画图,使学生能较快地掌握仪器的工作原理,熟悉仪器设备的内部构造及各构件的作用。3.1 气相色谱法测试原理气相色谱法测试原理是基于待分离组分的物理化学性质的差异,如沸点、极性等,利用待测组分
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