仿真仪器分析教学的几点思考

[摘 要]仿真仪器分析建立了与真实仪器相同的虚拟系统，有助于加强学生对仪器分析理论和仪器的理解。本文讨论了仿真仪器分析教学的优点，提出了仿真仪器分析教学的注意事项和存在问题。

[关键词]仿真仪器分析 教学 思考

[中图分类号] G648 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）10-0029-02

一、引言

仪器分析是化学领域的一个重要分支，它是以物质的物理或物理化学性质为基础建立起来的一种现代化分析方法，利用各种特殊的仪器设备，对物质进行定性和定量分析及形态或结构的分析。仪器分析实验课程理论深、综合性强，已成为化学、化工、材料、地质等学生必须掌握的一门重要课程。仪器分析实验课程不仅使学生加强对理论知识的理解，同时还让学生掌握了物质的检测和分析手段。分析仪器有紫外分析仪、红外光谱仪、色谱分析仪、质谱分析仪、原子吸收仪、核磁共振分析仪、热重分析仪等。由于各学校仪器资源有限，学生不能独自操作实验，因此，可采用仿真仪器分析教学，也就是分析仪器的仿真教学，它是利用建立分析仪器的教学模型，利用计算机、网络技术、仿真技术和信息技术，在计算机上建立一套反应特性与真实分析仪器完全相同的虚拟分析系统进行教学，学生通过操作这台虚拟分析仪器，可以获得与操作真实仪器一样的丰富经验。

仿真仪器分析教学可满足每个学生学习需求，促进学生感性地理解仪器分析中的理论，快速地操作仪器以满足各企事业单位的需求。

二、仿真仪器分析教学的优点

（一）提高教学质量

仪器分析根据分析原理不同，涉及多种类型仪器，且很多仪器价格昂贵，新建本科院校和一些普通本科院校，部分仪器未采购，大型仪器实验由老师演示给学生。而仿真仪器分析提供了仪器操作实训，计算机的普遍使用可使每个学生都能根据仿真系统进行模拟操作，达到了解真实仪器的操作方法，形象理解理论知识。

在操作仿真系统中，每一个仪器的操作步骤都有评分，学生参考评分就可知道自己操作是否正确，如果操作不对可重复操作。同时学生可查阅仪器的说明、结构、原理和方法，从而锻炼他们解决问题和分析问题的能力。

仿真仪器分析教学，基本包括核磁共振分析仪、质谱分析仪、红外分析仪、色谱分析仪等仪器的组成、操作以及相关理论，学生能基本掌握仪器的结构、原理、使用方法、注意事项和数据处理。仿真模拟真实仪器环境的直观、可操作性，在一定程度上激发了学生学习兴趣，让学生对仪器有一个具象认识，是一种图文并茂的教学方式，进而提高教学质量。

（二）低成本

采用仿真仪器分析系统，可大大地降低教学成本。首先，减少购买实验仪器的费用。一台国产热重分析仪需十几万，高效液相色谱需十几万，甚至上百万；其次，无需花钱配置高标准实验室。部分仪器操作条件苛刻，实验室需配置空调、除湿机等；最后，仪器维修费高，有些仪器耗材很贵，部分试剂价格较贵而其用量大，在考虑教学成本的问题上，这些实验就很可能被取消，仿真系统在计算机上进行虚拟操作，这样就无需高价的试剂。

三、仿真仪器分析教学的注意事项

仿真仪器分析教学具有得天独厚的优势，但要获得较好的教学效果，还需注意以下几个方面：

（一）激发学生兴趣

仿真软件教学枯燥难懂，为激发学生兴趣，在每一种分析仪器和分析方法背后都蕴藏着艰辛或有趣的故事，回顾和追踪科学家走过的足迹，能极大地提高学生学习兴趣，激发学生参与科研和追求创新的热情。例如，色谱法起源于20世纪初，1903年俄国植物学家米哈伊尔·茨维特用碳酸钙填充竖立的玻璃管，以石油醚洗脱植物色素的提取液，经过一段时间淋洗后，植物色素在碳酸钙柱中实现分离，在管内形成了具有不同颜色的谱带。1952年英国科学家阿切尔·马丁、理查德·辛格因发明分配色谱分离法而共同获得诺贝尔化学奖。通过这些事实，让学生领会仪器分析在化学界所起的作用，引起学生对仿真软件操作的兴趣。

（二）与真实仪器教学相结合

原子吸收分析仪操作条件复杂，采用仿真软件系统较好，每个学生都能操作。红外光谱仪、紫外光谱仪等操作简单、迅速，这些仪器能满足1人或几人的小组操作，单一采用软件系统，不免有些单调，学生希望进行实际操作，可让他们操作真实仪器，之后操作仿真软件，两者相比较，加深对仪器和理论知识的理解。

（三）重视操作过程

仿真仪器分析，例如北京东方仿真分析仪器仿真软件，每一种分析仪器的操作步骤都有评分，操作正确给满分。在这种情况下，要检查学生获得的分析数据是否正确，例如，学生在仿真紫外分光光度计时，操作满分，但结果不对；有时结果对，但操作不完全对。所以教师要仔细检查学生的操作过程。

教师必须要求学生对仿真系统反复操作，达到熟练程度。在仿真下一个实验前，需要重复练习上一个仿真实验。

（四）重视信息反馈

仿真仪器分析是让学生形象地理解仪器分析理论，同时还要掌握分析仪器的操作。通过提问，可检查学生对以上两点的掌握情况。例如，提问学生气相色谱仪能否分析混合液体？依据什么原理将其分开？载气流速对色谱图有何影响？气化室的温度、柱温对色谱图有何影响等。通过学生的回答可了解他们掌握情况，同时让他们更好地理解仿真仪器分析软件中的操作。

四、仿真仪器分析教学中存在的问题

仿真仪器分析教学在设备、师资投入上具有优势，但也存在不足之处，例如，软件的仿真程度，教学多样性低，还具有一定的机械性，学生学习主动性不足等。

（一）仿真软件开发问题

为提高仪器分析模拟效果，需开发仿真软件，且要求软件种类和功能齐全。软件公司开发的软件大多是常用的几种，而仪器分析所涉及的仪器至少十几种。

同时，科技迅速发展，新仪器层出不穷，使得新仿真软件开发备受重视。而软件开发人员不懂仪器的相关理论和知识，所以要密切跟分析化学专业人士探讨，设计软件操作模块，使模型参数、环境与实际仪器的样品采集、分析相同。

（二）仿真软件升级问题

传统仿真软件有待于升级。例如，仿真原子吸收软件，增加不同种类的阴极灯；气相色谱软件中的检测器，除了热导检测器、氢火焰电离检测器外，还可增加电子俘获检测器和火焰光度检测器等，加深学生对真实仪器的全面认识。某些软件存在缺陷，例如，液相色谱软件，溶剂的设置与否，都被系统默认为初始值，学生可不进行设置；紫外分光光度计软件，紫外光波长若不调整，也有出现正确的实验结果，而误导学生认为自己操作正确等。以上这些问题，影响学生对真实仪器的理解，所以仿真软件升级迫在眉睫。

（三）仿真教学开放性问题

仿真教学不能限于实验室，更应网络化，便于学生利用课外时间，在宿舍或网络上进行自主学习；同时也加大实验室的开放力度，实验教师安排一定时间，让仪器分析课程的学生学习和操作。

五、总结

仿真仪器分析具有明显的优势，被很多教学者认可，在新建本科院校和普通高校中具有较强的实用性，但也存在不足之处。在仿真仪器教学中更需要激发学生兴趣，重视学生操作，学生信息反馈等方面，使学生能理解仪器分析理论，熟练操作仿真系统，同时仿真软件开发和升级也迫在眉睫。

[ 参 考 文 献 ]

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[2] 黄芳，吴晓，霞邵阳.仪器分析课程的教学思考[J].江苏教育学院学报（自然科学），2011，（4）.

[3] 陈韵.加强地方院校仪器分析实验的几项措施[J].韶关学院学报（自然科学），2011，（2）.

[4] 禹羡.仿真软件在仪器分析教学中的应用与发展.科技风，2010，（3）.

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[责任编辑：左 芸]

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