摘要:化学检验工培养的关键内容是实习教学和专业技能的培养和提高,仿真实验室的建设在化学检验职业技能培养中有着积极作用和美好的发展前景。 关键词:仿真实验室;化学检验工培养
中图分类号:G710文献标识码:A文章编号:1003-2851(2010)08-0101-02
随着计算机软件和硬件技术的发展,计算机模拟仿真实验室辅助教学的应用日益广泛。然而计算机模拟仿真化学化工实验室建设受到办学理念、教学场地、投人资金,以及人员水平等条件的制约,发展水平差别很大。
一、计算机仿真实验技术的概述
计算机仿真实验是利用计算机创建的一个可视化实验操作环境,其中的每一个可视化仿真物体代表一种实验仪器或设备,通过操作这些虚拟的实验仪器或设备,即可以进行各种实验,达到与真实实验相一致的教学要求和目的。计算机仿真实验是虚拟仿真技术、计算机技术和专业理论知识多方面结合的结晶。各种仿真实验室一般具有两个基本特点。
(一)仿真性
实验环境和实验仪器具有高度真实感,学生在计算机上进行操作就如同置身于真实的实验环境,面对真实的实验仪器进行操作。
(二) 交互性
仿真实验使实验成为学生与计算机的双向交流,学生利用鼠标或键盘自由地对仪器进行操作,自由地选择实验内容和实验进程,极大地调动了学生的学习积极性。
二、技校专业技能培养的现状
由于培养目标和知识结构的要求,技校教育课程设置具有应用性、实践性和综合性等特点。技校教育强调对学生进行专业核心技能的培养,对教学内容的设置、教学手段和教学设施的要求较高。但是,当前技校化工化学实习教育还不能满足技能培养的要求,其中主要影响教学质量的因素如下:
(一)教师的知识体系结构不合理
目前多数技工学校的专业实习指导教师是从学校毕业后又直接走进学校,缺乏实际工作经验,因此相当比例的专业教师需要知识更新。
(二)教学内容陈旧
改革开放三十年,使我国工业现代化进程加快。以电力、化工及石油化工为例,工业自动化水平已进入计算机为核心的集散型( D C S ) 控制时代。现代工业的特征是,高科技含量大、系统复杂程度高、涉及知识面广。相比之下当前化学化工实习教育的内容显得有些陈旧。
(三) 教学设备不足
化学化工实验所须的设备投入很大,而且跟踪技术发展逐年更新,而当下多数技校受资金的限制的投入不足,实验室仪器设备台数不足,一直是困扰实验教学的瓶颈。如仪器分析实验室的气相色谱、液相色谱、原子吸收、红外光谱仪等仪器。
综上所述,专业技能培养的过程有大量的实践教学环节,需要大量的教学设备及教学指导人员。其中许多化学化工实验由于装置复杂、药品稀贵、操作技术要求高、危险性大、反应速率过慢等原因而无法进行,在一定程度上影响了实习教学过程的完整性。模拟化学化工实验室将为开发此类实习教学提供了一个有效途径。此外,建立计算机模拟化学化工实验室,有利于化学化工实验的绿色化改革;有利于培养学生综合实验能力;有利于提高化学化工实验室建设的投资效益。
三、 仿真化学化工实验室的建设
(一)硬件配置
对计算机要求:一般配置的电脑就能满足要求
(二) 软件配置
仿真实验室的软件平台由系统软件、应用软件和专用的仿真软件构成。
系统软件:主要为服务器和工作站的两大系统软件。服务器采用Windows 2003 Server或以上操作系统,工作站操作系统为Windows XP或更高版本。
应用软件:主要有FLASH动画播放软件,常用视屏播放软件以及OFFICE办公软件等。
专用的仿真软件分为以下两大类:
1、专业素材库类:以flash和3D为主制作的电子挂图,将各类化工设备和化学仪器的内部结构、工作原理、工作流程等均以立体或平面的动画形式呈现出来, 利用仿真室的网络多媒体系统在各终端机上进行演示和讲解。
2、实验类仿真系统:主要包括化工类仿真系统和化学类仿真系统。北京东方仿真软件技术有限公司开发的化学化工类仿真软件已广泛应用于学校和企业。
(三)建设过程及费用
仿真实验室从筹划到初步建成历时数月, 由于软、硬件市场提供了丰富的产品, 只要统一谋划, 精打细算, 充分了解市场行情, 引进招标机制, 按高性价比购买, 30万元人民币基本上可以完成上述工作。
四、仿真化学化工实验室的应用
(一)形象化教学
仿真实验的运用,改变了传统的实验教学模式,模拟化学化工实验室可以拓展传统实验教学的领域,将信息技术融入化学化工实验教学,对传统的教育思想和教学方法无疑是一场革命。将抽象的知识转变为动态的具体的形象,以使技校教育向现代化、信息化发展。
计算机强大的信息处理能力,使教学中枯燥的理论和设备得到形象化的表达,精确地反映对象的内在本质。仿真技术不但可以模拟对象的视、听等外部形态,而且可形象地描述其内在的本质。大型仪器的仿真软件,将常用的原子吸收、气相色谱、液相色谱、红外光谱仪的工作原理、操作过程等立体地呈现在学生面前,可调动学生的学习兴趣;对这些仪器的结构和工作原理有了深入的了解,能解决传统教学中平面图形难以解决的问题 ,同时也可增加师生互动,节省课时,提高教学效果和设备利用率。
(二)节省了实验经费,保证了实验的项目和数量
传统的实验教学方法,通常是在学生自己动手操作前,教师花费较多的时间板书或利用挂图对实验原理及步骤进行讲解,然后再进行实验操作的简单示范,教学手段单调,学习枯燥 ,效率不高,实验操作过程的演示不够全面及细致,有的学生甚至看不到教师的演示操作,对理解整个实验过程及掌握规范的分析操作技术有很大的影响,学生的学习效果不够理想。
模拟实验作为一种现代化的教学手段,具有形象直观、生动便捷、经济省时等多种优点。如典型化工设备的模拟软件,通过设计友好的对话窗口,可使学生根据自己的需要和水平,选择不同的学习内容或不同的学习层次,从而使学生能真正自主地控制学习进程,并给不同水平的学生以不同的帮助。自动跟踪模拟实验的进 展,对操作信息进行分析和校正,如操作过程的提示、错误操作的危险警告等。学生用模拟实验室进行操作,不仅可巩固所学知识,而且可增加学习的趣味性和灵活性,调动了学生学习的积极性。
(三) 实验技能评测
实验技能的掌握对学生来说有着重要的意义,然而,当前实验技能测评的主要手段仅限于纸笔测验、实验报告、表现性评定和检核表等几种,远不能满足教学的需要,但是仿真实验室能够实现基于计算机仿真的实验技能测评。仿真实验室构建了一个可以协同工作的虚拟实验平台,根据集体测评的要求,学生在该虚拟实验室中完成各种规定的试验内容,该内容可以是封闭的,如提供实验指导下的实验操作,也可以是开放的,如没有任何约束的物质鉴别等,在学生完成实验的过程中,计算机将记录整个实验过程,其中包括实验操作的过程,协同工作的过程,实验操作的结果等,在测评的最后,计算机根据已有的评分规则和主体的操作过程及结果,给出一个正确的评价。
(四)仿真实验与传统实验教学相结合能大大提高实验教学质量
仿真实验是计算机技术飞速发展的必然产物, 是一种现代化的教学手段, 它能弥补传统实验教学的不足, 具有许多优点, 但是我们也不能将实验教学完全建立在仿真实验的基础上, 因为仿真实验毕竟也有自己的缺陷, 比如完全用仿真实验来进行实验教学会淡化学生对真实仪器的感受, 减弱学生的基本操作技能。学生长期缺乏必要的实际操作体验无疑会影响他们的实验技能。最理想的情况是仿真实验与传统实验相结合。可以先用仿真实验进行预习, 熟悉实验仪器、实验原理、内容和实验操作, 等对实验有一定感性认识后再进行实际操作, 课后学生也可用仿真实验系统对该实验进行复习, 这样不仅可以加深学生对该实验的理解, 提高实验质量, 也能提高实验效率。仿真实验与实际实验操作相结合是今后实验教学发展的必然趋势。
(五) 促进网络教学
模拟化学化工实验室与互联网对接,可以成为网络化学化工实验室。学生可以不受时间和地点的限制,完成模拟化学化工实验,上传实验报告,与教师交流等。还可以实现跨单位、跨地区乃至全国范围的教学协作。建设高水平的大型计算机模拟化学化工实验室,可以使优势的教学资源得到共享。
五、 结论
计算机仿真模拟实验是计算机技术飞速发展的必然产物,是一种现代化的教学手段,可以弥补传统教学手段的不足,具有传统教学手段无法比拟的优点。将计算机仿真模拟实验与传统实验操作相结合,能够加深对实验过程的理解,提高实习教学的质量和效率。
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