第一節(jié) 行業(yè) 最新科技應(yīng)用狀況

1、虛擬儀器的特點及其在教學(xué)上的應(yīng)用

1）基于日益發(fā)展的計算機技術(shù)，使實驗具備先進性和精確性

虛擬儀器是以計算機和軟件為核心的，通過軟件將計算機硬件資源與儀器有機地融合為一體，能夠把計算機強大的計算處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結(jié)合在一起。

對于實驗課程教學(xué)來說，提高教學(xué)內(nèi)容的先進性是幫助學(xué)生學(xué)習(xí)前沿科學(xué)知識的重要手段。驗證現(xiàn)有理論的正確性與探索未知領(lǐng)域的現(xiàn)象和規(guī)律是實驗的兩大首要任務(wù)，但一直以來，由于供學(xué)生使用的實驗儀器相對落后，而先進的儀器價格又過于昂貴，阻礙了學(xué)生探索和認識世界的進程。要使得學(xué)生能夠接觸到前沿的科學(xué)知識，就必須提供先進的實驗儀器幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和理解。如何在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提升實驗儀器性能，在不增加或增加少量開支的基礎(chǔ)上使實驗儀器在精確性、靈敏度、可測范圍等方面有一個大的飛躍，讓先進的實驗內(nèi)容走進實驗教學(xué)課堂是擺在從事實驗課程教學(xué)的教育者面前的一個難題。虛擬儀器充分利用了最先進的計算機技術(shù)來提升和完善實驗儀器的性能，具備精確性和科學(xué)性，同時使用成本又相對低廉，這為前沿科學(xué)知識走進實驗教學(xué)課堂提供了基本卻是非常重要的條件。

2）軟硬件結(jié)合，功能模塊重組配置，具備靈活性和開放性

虛擬儀器包括兩大部分：硬件和軟件，硬件是儀器的基礎(chǔ)，軟件是儀器的靈魂，軟硬件結(jié)合的方式使得儀器功能易于增減和修改，改變了以前儀器功能固化在硬件上，無法升級的缺點。

在實驗課程教學(xué)中，引入先進的教學(xué)內(nèi)容、開發(fā)新的實驗項目、開設(shè)學(xué)生自學(xué)基地等都需要完備的實驗平臺作為基礎(chǔ)。目前的實驗教學(xué)設(shè)備一直存在著易損壞、功能單一、重復(fù)利用率低等問題。虛擬儀器采用軟硬件結(jié)合、功能模塊重組配置的方法，大大提升了實驗儀器設(shè)備的功能和重復(fù)利用率，增強了實驗課程教學(xué)平臺的可擴展性。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸和遠程控制，具備時間和空間可擴展性

運用虛擬儀器軟件，如LabVl2W自帶的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能，可將Intemec與虛擬儀器結(jié)合起來，通過網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)據(jù)和控制儀器，從而實現(xiàn)異地實時操作，使得實驗項目的進行具備了時間和空間的擴展性。

實驗課程的遠程教學(xué)一直是一個很大的難題，它不像理論課的遠程教學(xué)，可以通過下載教學(xué)課件、教學(xué)資料、在線點播、收看電視教學(xué)節(jié)目等形式進行。目前，解決這一問題的途徑主要有兩種。第一種是目前國內(nèi)普遍采取的方法，就是讓參與遠程教學(xué)的學(xué)生在一個集中的時間到學(xué)校參與實驗課教學(xué)。由于時間緊、課程過于集中等原因，這種方法存在的弊端是顯而易見的；第二種方法是讓學(xué)生郵購專為教育制造的廉價實驗儀器，學(xué)生自己在家中做實驗，目前國外一些遠程教育機構(gòu)采用的就是這種方法。雖然采用這種方法能夠讓學(xué)生自由操作儀器，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和創(chuàng)新能力，但是由于缺少教師的有效指導(dǎo)，很難保證達到如期的教學(xué)目的。另外，人手一套實驗教學(xué)儀器將耗費大量的資金，對于發(fā)展與推廣遠程教育不是行之有效的方法。利用虛擬儀器，學(xué)生可以在個人電腦上安裝虛擬儀器軟件，即可以實現(xiàn)本地甚至是基于網(wǎng)絡(luò)的遠程操作和實驗儀器控制，以及實時真實的數(shù)據(jù)傳輸，如同實地操作實驗儀器一樣方便靈活，同時由于教師或設(shè)計者事先定義了虛擬儀器的功能和實驗步驟，可以有效地幫助學(xué)生完成預(yù)定的教學(xué)目標。從這個意義上說，虛擬儀器技術(shù)在實驗教學(xué)上的應(yīng)用是實驗課程遠程教育發(fā)展的突破點和轉(zhuǎn)折點。

2、自制教學(xué)儀器在高校教育教學(xué)中的應(yīng)用

隨著科技的迅速發(fā)展，現(xiàn)代教育儀器設(shè)備和教學(xué)輔助設(shè)備越來越豐富。相對于眾多復(fù)雜先進的教學(xué)儀器，自制教儀仍是教學(xué)工作的有力工具。自制教儀是師生按照自己意愿和實際教學(xué)需要，創(chuàng)造性地制作出各種合適的教學(xué)儀器，以及對現(xiàn)有通用教學(xué)儀器的改進。它是教師個人教育觀念的體現(xiàn)和教學(xué)經(jīng)驗的表達，更加貼近教學(xué)實際，更能滿足不同課程的個別需求。所以一臺好的自制教儀，可以將教學(xué)經(jīng)驗、科學(xué)知識、制作技術(shù)、創(chuàng)造發(fā)明凝為一體，是師生進行教學(xué)、科研、改革的成果。它可以在有效節(jié)約高校日益緊張的實驗室建設(shè)經(jīng)費的同時，發(fā)揮比其他教育資源更為有效的作用。

自制教儀工作的兩點說明目前，高校都有各式各樣的教學(xué)儀器可供選用，但自制教儀在教學(xué)儀器中始終占有一席之地。

自制的教儀并非簡陋的教儀自制教儀或教具在中小學(xué)教育中應(yīng)用較為廣泛，但在高校教育工作中所涉及的自制教儀與中小學(xué)教育中的自制教具相比，前者在理論的嚴謹性、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和工藝的精確性上，有著更高的要求。高校中的自制教儀并非是一些廢舊材料的簡單區(qū)巫匹E[翻團拼湊。如果有"自制教儀是廉價的，它只是通用教儀的替代品"這種思想，那么就一定不會有高質(zhì)量的自制教儀產(chǎn)生。實際上，自制教儀是對通用教儀的補充和拓展。自制教儀的設(shè)計和制作，是由各專業(yè)學(xué)科的教學(xué)任務(wù)和教學(xué)方法所決定的。

自制教儀應(yīng)符合具體教材教學(xué)內(nèi)容的要求，教儀的選材和工藝水平必須反映出本課程的特點和創(chuàng)造者一絲不茍、精益求精的精神。

并非實驗條件差的學(xué)校才有必要自制教儀事實上，實驗設(shè)備好的學(xué)校更有必要開展自制教儀活動。因為良好的實驗設(shè)備一般功能強大，操作復(fù)雜，甚至一種儀器可以完成多門課程的實驗教學(xué)。長期使用一種儀器，容易使教師習(xí)慣于使用某種常規(guī)儀器開展實驗教學(xué)，因而忽視實驗內(nèi)容的靈活性和多樣性。久而久之，學(xué)生也會感到實驗操作單調(diào)乏味。

3、媒體技術(shù)在儀器 分析 教學(xué)中的應(yīng)用

現(xiàn)代儀器 分析 充分利用了相關(guān)學(xué)科的新理論、新技術(shù)，逐步發(fā)展成為一門多學(xué)科性的綜合性科學(xué)。主要分為電化學(xué) 分析 法、光學(xué) 分析 法、色譜 分析 法和其它儀器 分析 法。在電化學(xué)教學(xué)方面，ChemSW軟件公司推出了ChemicalTrainingSeries教學(xué)輔助課件。它包括：庫侖 分析 、pH口22滴定、化學(xué)電池等幾部分。用它給出化學(xué)電池結(jié)構(gòu)，模擬電化學(xué)操作過程，以及電子流向，可以在課堂上提供直觀、形象、生動的教學(xué)，體現(xiàn)出傳統(tǒng)教學(xué)無法比擬的優(yōu)勢。

光譜 分析 法是儀器 分析 的主要組成部分，在農(nóng)、林、牧學(xué)科中應(yīng)用較為廣泛。光學(xué) 分析 儀器的基本結(jié)構(gòu)、部件也就成為教學(xué)的重點。

C1aemSW軟件公司的In-teractiveTraining是原子吸收的教學(xué)輔助課件?？梢宰寣W(xué)生利用它預(yù)習(xí)原子吸收光譜的基本理論，邊講授邊動畫演示預(yù)混合型火焰原子化器進樣、霧化、原子化的 分析 過程。美國馬里蘭大學(xué) 分析 化學(xué)系開發(fā)的Simu-lationofuv-Vis.Photometer課件可以模擬紫外可見光譜的 分析 過程，使學(xué)生更好的掌握四譜之一的紫外 分析 法。此外，隨著等離子體，傅立葉變換，激光技術(shù)和光導(dǎo)纖維傳感技術(shù)的引入，出現(xiàn)了電感耦合高頻等離子體--原子發(fā)射光譜(ICP-AES)，傅立葉變換--紅外光譜(FT-IR)，等離子體--質(zhì)譜(ICP-MS)，激光光譜和化學(xué)發(fā)光光譜等一系列光譜 分析 新技術(shù)。它們大多價格昂貴，教師可以通過計算機輔助教學(xué)，讓學(xué)生了解到儀器 分析 發(fā)展的最新動態(tài)。

色譜 分析 是儀器 分析 發(fā)展迅速， 研究 和應(yīng)用十分活躍的領(lǐng)域之一，可以連續(xù)對樣品進行濃縮，分離，提純及測定。目前高等學(xué)校儀器 分析 教學(xué)中，講授的色譜學(xué)主要包括：氣相色譜、液相色譜、薄層色譜等。講授的主要內(nèi)容是色譜基礎(chǔ)理論，而色譜儀的操作受實驗條件、 分析 對象的影響很大，規(guī)律性較差。采用計算機多媒體技術(shù)輔助教學(xué)可以將抽象、靜止的部件連接成具體、動態(tài)的儀器，將各個環(huán)節(jié)進行局部放大和反復(fù)演練。

第二節(jié) 行業(yè) 科技發(fā)展趨勢

1、加強教學(xué)儀器及實驗的理論 研究 。

研究 教學(xué)儀器在教育事業(yè)發(fā)展中的地位和作用； 研究 實驗教學(xué)在整個教學(xué)中的地位與作用；探討實踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)與實驗教學(xué)的關(guān)系； 研究 實驗室建設(shè)優(yōu)化方案； 研究 個性化的實驗方法。從而提高廣大教師對實驗教學(xué)的認識，自覺地開展實驗教學(xué)。

2、整合信息技術(shù)與傳統(tǒng)實驗的工具性、通用性實驗裝置，整合信息技術(shù)與傳統(tǒng)授課方式的交互式多媒體裝置，堅持數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向，以信息技術(shù)在教學(xué)過程中的廣泛應(yīng)用促進學(xué)?，F(xiàn)代化建設(shè)。

3、緊密把握現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與課程的關(guān)系，積極促進教學(xué)儀器作為反映現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成果的實物媒介的發(fā)展。將微電子技術(shù)、生物技術(shù)、新材料技術(shù)、先進制造技術(shù)、先進能源技術(shù)、激光技術(shù)的最新成果及時應(yīng)用于教學(xué)儀器的設(shè)計與開發(fā)。

4、大力開發(fā)實驗材料，為學(xué)生動手提供豐富的實物資源。

材料的形式既可以是成品，也可從是半成品，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的教學(xué)需要為不同年齡層次的學(xué)生提供多種形式的實驗材料，增加學(xué)生動手機會。同時，積極采用信息技術(shù) 研究 開發(fā)形象化的演示實驗材料，為教學(xué)提供交互式、個性化的素材。

5、加強主題性、綜合性教學(xué)儀器的 研究 ，以適應(yīng)課程的綜合性和教材的多樣性。

新一輪課改所提倡的基本理念之一就是課程的綜合性，如科學(xué)課、藝術(shù)課等。綜合實踐活動貫穿于整個基礎(chǔ)教育階段，包括信息技術(shù)教育、 研究 性學(xué)習(xí)、社區(qū)服務(wù)與社會實踐，以及勞動與技術(shù)教育，都需要大量教學(xué)儀器設(shè)備。具有主題性和綜合性特征的教學(xué)儀器能夠很好地支撐綜合性課程和多樣化教材。

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