，

(1．天津现代职业技术学院，天津 300350；2.山东省烟台新时代健康产业有限公司，烟台 264006)

《仪器分析》课程是化工、环保、食品、制药技术和医学技术等各类高职专业重要专业基础课之一，是学生了解仪器分析方法，掌握仪器应用技能的重要途径。通过学习本门课程及相关专业课，将为学生从事相关行业的生产和检验工作打下坚实基础。在本门课程教学中，要重视理论教学与实践教学相结合，基础知识与应用相结合，注重培养学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力，传统的课堂教学方式已难以满足本门课程的教学要求。实训是一种使学生参与教学实践的教学方式，有助于学生掌握仪器设备的分析原理及操作技能，较适于本门课程教学。但是，仪器分析原理较抽象，操作步骤较繁杂，学生往往需要较多学时才能掌握操作技能，另外，还存在仪器设备维护和实训耗材成本较高等问题，制约了实训开展，影响了教学效果。仿真实验技术随着计算机硬件和软件技术的发展而兴起，能够演示仪器设备的分析原理，模拟实训场景并供学生仿真操作，是《仪器分析》课程教学中一种有效的辅助手段。《国家教育事业发展第十二个五年规划》中也明确提出了要推动建设虚拟仿真实训系统。

一、仿真教学的意义

1.加强学习效果

仿真软件能演示仪器的分析原理，把抽象的测定原理形象的展现出来，降低了学习难度。仿真软件还能模拟仪器分析过程中主要元器件的变化过程，利于学生了解仪器设备的工作原理及组件的作用，这些在实训中学生都是无法看到的。学生处于仿真环境中，观看分析原理，并操作完成分析过程，可以充分调动感官和思维，明显提高了学习效率。

2.提高教学效率

完成一个仪器分析的实训项目往往需要3～4学时，再加上课前仪器设备维护、调试、预热和试剂配制等所消耗的时间，教师需为实训投入大量的时间和精力，教师的工作强度较大。仿真软件调试成功后可反复使用，只需维护好计算机即可，仿真操作不需要运行设备和配制试剂，节约了师生的大量时间，一般2学时就可以完成一个仿真实验，大大提高了教学效率，减少了教师的工作量。

3．节约教学经费

实训教学中需配备足够的仪器设备，而购买仪器设备成本较高，色谱仪等每台价值数万，甚至几十万，即使是价格便宜的可见分光光度计价格也达数千元。实训消耗大量的试剂，并可能生成一些需处理后排放的有害废物，进一步增加了实训费用。仿真教学不需配备分析仪器和试剂，既节约了教学成本，又避免了对环境和人类有害物质的出现。模拟实验的载体是计算机，核心是软件。仪器分析仿真软件通用性强，仿真实验室建立后，可供各专业本门课程教学使用；计算机中可安装各门课程的仿真软件，可为其他课程仿真教学搭建了平台。

4．操作安全可靠

实训操作需配备专业的大型仪器设备和化学试剂，其中可能有一些对人体有毒有害、可燃和易爆炸的危险性试剂和操作步骤，而仿真操作不需真实操作，排除了实训过程中潜在的危险。实训操作包括样品的预处理、进样、测定和结果分析等过程，繁琐易出错，初学的学生可能会由于某步骤的失误导致实训失败，无法得出准确的结果，实验重复性差；仿真操作流程是在模拟标准化的操作流程，即使出现失误，在改正错误后仍可继续完成流程，得出相应的操作结果。

5.教学形式灵活

仿真教学具有开放性，消除了教学的时间和空间限制，学生可在教室统一学习，也可依靠网络灵活掌握学习时间和地点，学生还可方便地随时学习和复习教学内容。仿真教学软件还能拓展为高职院校服务社会的工具，用于相关技术人员培训，学员使用该软件可远程学习和练习测定方法和仪器操作技能。

6.客观评判效果

仿真软件开发有智能评价系统，根据各分析流程特点，每个仿真实验被划分为多个操作步骤，针对每步骤的操作难度设置了分值。在仿真操作过程中评价系统会指示操作所处的步骤，并及时判断操作是否正确，给出得分。当某操作步骤出现的错误得到更正后将会重新获得分数。智能评价系统有助于学习者了解学习效果，指导学习者做出正确操作，利于学习者独立学习。

二、仿真教学的定位

仿真教学是实训的有益补充，但不能完全替代真实的实训。仿真软件能模拟各种仪器设备的操作流程和操作要点，可供学生开展模拟操作，能帮助学生安全地、高效地、低成本地掌握各种仪器设备的使用方法和软件操作技能，模拟仿真教学是高职《仪器分析》课程教学中的重要教学手段。但是，模拟操作并非亲手在企业中操作设备，在教学中学生不会遇见真实生产环境可能出现的各种状况，无法全面锻炼样品分析的实际操作技能；该课程涉及专业较多，学生之前所学的基础知识不同，毕业后应用仪器设备所从事的工作也不同。因此，仿真软件与真实的生产应用有一定差距，根据各专业特点开展实训是本门课程教学中不可或缺的。教学过程中，应先开展仿真教学，在掌握了分析原理、仪器设备和软件操作方法后再开展实训教学，使学生轻松地、全面地掌握仪器设备的操作技能。

三、仿真教学实施要点

1．合理设置仿真项目

涉及高档分析仪器的使用，且操作过程复杂时，要先进行仿真操作；仪器操作费用高、耗材损耗大的实训内容，用仿真实训替代；仪器数量不能满足学生进行操作时，用仿真实训补充；对时间、场地要求较苛刻的实训内容，用仿真实训代替。

2.开发适宜的教材

理论教学和仿真教学宜同时开展，仿真软件有助于学生更好掌握仪器分析的理论知识，而仿真教学是实训教学的补充或替代。开发理论教学、仿真教学和实训教学并重的教材是实施本门课程教学的基础。

3.重视信息反馈

本门课程仿真教学的目的是让学生形象地理解仪器分析理论，并掌握分析仪器的操作。由于仪器分析的复杂性和仿真软件的局限性等原因，仿真软件可能还有不足之处。教师需通过提问和与学生交流等形式获知仿真软件的教学效果，并指导学生使用，必要时向软件开发公司提出改进意见，升级软件版本，共同提高仿真软件的实用性。

四、仿真教学实例

以与北京东方仿真软件技术开发公司合作开发的仪器分析模拟操作软件为基础，我院建立了分析仿真实验室。分析仿真实验设有多个实训单元，每个实训单元着重练习一种仪器设备的使用技能，各个单元包含多个模拟不同类型样品操作流程的培训项目。培训单元及具体项目见：表1。本文以《铁含量测定》培训项目为例，简述仿真操作软件的使用方法。

表-1 分析仪器仿真实验实训单元及培训项目

1．培训项目简介

《铁含量测定》是紫外-可见分光光度计实训单元的一个培训项目，通过学习该项目，学员能够了解分光光度法的测定原理、方法，掌握紫外-可见分光光度计的操作技能。打开项目后，会出现分析仿真实验室界面和智能评价系统界面，共两个界面。分析仿真实验室界面有四个选项：起始界面、实验课件、思考题和实验帮助。(1)起始界面：点击起始界面即开始本次教学项目的仿真操作，开展技能训练；(2)实验课件：内容为紫外-可见分光光度法的基础知识，课件中除文字外，还对难点予以讲解和演示，如以双原子分子为例形象地展示了转动运动和振动运动，使学生直观地了解这两种运动；(3)思考题：以覆盖主要基础知识的选择题为主，配有答案，可供学生测试知识掌握情况；(4)实验帮助：对仿真操作的各个步骤予以讲解，可辅助学生独立完成操作技能训练。智能评价系统能实时对关键步骤操作效果予以打分，帮助学生判断操作是否正确，评价技能训练效果。

2．仿真操作

打开分析仿真实验软件，选择单机运行或网络运行，启动仿真软件。依次打开击紫外-可见分光光度计/铁含量测定/启动培训单元/起始界面即开始本仿真项目的操作，操作要点简述如下：

(1)实验准备工作：所需准备工作很多，本软件以文字和图片形式展示了标准溶液和待测样品的配制过程，点击“确定”，然后点击“返回”回到流程图界面。

(2)启动工作站软件：模拟工作站的操作过程。步骤：“启动工作站软件”—最小化—点击桌面instrument online启动工作站-密码为空-启动，自检-返回首页。左键点击 “软件操作”按钮，进入操作化学工作站软件的仿真流程。

(3)绘制吸收光谱曲线： 在Task工具栏的下拉菜单中的“Fixed Wavelengths”模式下，点击 “Blank”扫描背景。然后，点击“Sample”测定试样，绘制吸收光谱曲线。选择 “Spectrum/Peaks”模式，自动查找吸收曲线中波峰和波谷，确定最大吸收波长，以此为检测波长。

(4)建立工作曲线：选择“Quantification”模式，点击“Blank”按钮扫描背景后，点击Standard，测定标准溶液吸收光谱曲线，每个标准溶液点击一次Standard。所有标准溶液测定后，自动生成工作曲线。为了优化工作曲线和数据点的线性，还可点击Task工具栏的“Setup”按钮，在Calibration curve type选项的下拉菜单中选择LineOffSet，点击“OK”，完成工作曲线优化。

(5)测定样品：点击“Sample”按钮，系统会在检测波长下测定样品的吸光度。并自动计算出样品浓度。

参考文献：

[1]马青竹.仿真技术在高职仪器分析实训中的应用探讨[J].实验技术与管理，2010，(06).