韋壽蓮，潘嘉賢，余漢昭

（肇慶學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，廣東 肇慶 526061）

分析化學(xué)是發(fā)展和應(yīng)用各種方法、儀器及策略以獲得有關(guān)物質(zhì)在空間與時(shí)間方面的組成及性質(zhì)的一門科學(xué).分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)融容量分析、儀器分析等有關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為一體，具有合成分析、藥物分析、質(zhì)量控制檢測(cè)、創(chuàng)意研究等多項(xiàng)功能，它能使學(xué)生通過(guò)“基本技能訓(xùn)練—綜合實(shí)驗(yàn)—設(shè)計(jì)研究型實(shí)驗(yàn)”等多層次的教學(xué)實(shí)踐，強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)，提高綜合分析問(wèn)題的能力.

近年來(lái)，通識(shí)教育在高等院校越來(lái)越受到重視.通識(shí)教育的課程選擇需要體現(xiàn)學(xué)科發(fā)展的相互交叉、滲透和綜合，關(guān)注科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)的密切聯(lián)系，強(qiáng)化人文、社會(huì)、理工、信息和管理科學(xué)的相互促進(jìn)[1].為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展，肇慶學(xué)院也在開(kāi)展“通識(shí)教育”實(shí)踐，縮減了大部分專業(yè)基礎(chǔ)課和實(shí)驗(yàn)課的課時(shí).實(shí)驗(yàn)課時(shí)的壓縮，使學(xué)生的實(shí)踐機(jī)會(huì)減少，不利于學(xué)生專業(yè)技能的提高和強(qiáng)化，也不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng).而擴(kuò)招使學(xué)生人數(shù)逐年增加，給實(shí)驗(yàn)室?guī)?lái)了巨大的壓力，導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)驗(yàn)參與度急劇下降，教師也難以對(duì)每位學(xué)生進(jìn)行一對(duì)一的指導(dǎo).當(dāng)今社會(huì)對(duì)專業(yè)人才的各方面要求越來(lái)越高，就業(yè)形勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)峻，因此，改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，引入現(xiàn)代化的教學(xué)手段進(jìn)行輔助教學(xué)勢(shì)在必行.

仿真實(shí)驗(yàn)是計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的產(chǎn)物，是利用計(jì)算機(jī)創(chuàng)建一個(gè)可視化的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境，通過(guò)提供簡(jiǎn)單通用的交互界面,準(zhǔn)確地計(jì)算并模擬實(shí)際實(shí)驗(yàn)狀態(tài)和儀器操作狀態(tài),能正確地分析判斷用戶的操作流程,具有仿真性、交互性和實(shí)效性[2].學(xué)生通過(guò)對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的反復(fù)多次模擬操作，可以加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理及操作步驟的理解，還可節(jié)省大量時(shí)間進(jìn)行綜合性、設(shè)計(jì)性、探究性的實(shí)驗(yàn).這為學(xué)生綜合能力、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了保障，對(duì)于解決通識(shí)教育帶來(lái)的課時(shí)縮減和社會(huì)對(duì)人才需求的矛盾也有著重要的意義.

1 仿真實(shí)驗(yàn)的制作

1.1 設(shè)計(jì)思路

常用的仿真實(shí)驗(yàn)制作技術(shù)有JAVA技術(shù)、VRML技術(shù)以及Flash技術(shù)等.JAVA技術(shù)和VRML技術(shù)需要有較高的網(wǎng)絡(luò)編程知識(shí)，入門難且制作難度大，而Flash技術(shù)入門較容易，開(kāi)發(fā)難度較低，開(kāi)發(fā)周期短，所以很多院校都采用Flash技術(shù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的制作.例如：中山大學(xué)的分析化學(xué)精品課程[3]和大連理工大學(xué)建成的分析化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)[4]就都采用了Flash技術(shù).中山大學(xué)建成的仿真分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)側(cè)重于背景知識(shí)的介紹，實(shí)驗(yàn)原理不夠突出，在實(shí)驗(yàn)基本操作中沒(méi)有演示出具體操作的手勢(shì)；大連理工大學(xué)的分析化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)得較早，演示滴定過(guò)程時(shí)只有幾個(gè)簡(jiǎn)單的滴定畫(huà)面.為了彌補(bǔ)上述不足，有必要對(duì)現(xiàn)有的分析化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，或者研發(fā)出更適合新建本科院校學(xué)生使用的仿真實(shí)驗(yàn).

滴定分析包括酸堿滴定、絡(luò)合滴定、氧化還原滴定等，它們的實(shí)驗(yàn)原理不同，但基本操作相同.滴定分析中各種滴定分析法的實(shí)驗(yàn)原理雖不同，但都是以滴定反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系為基礎(chǔ)的.絡(luò)合滴定法的實(shí)驗(yàn)原理是所有滴定分析方法中最難掌握的，如果學(xué)生真正掌握了其實(shí)驗(yàn)原理，就可以舉一反三，理解、掌握其他滴定分析的實(shí)驗(yàn)原理.鑒于此，我們確定采用Macromedia公司的Flash8研制“絡(luò)合滴定法”分析化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)，通過(guò)Flash動(dòng)畫(huà)突出絡(luò)合滴定法的難點(diǎn)（原理）和重點(diǎn)（滴定分析基本操作）.

1.2 制作

制作仿真實(shí)驗(yàn)通常要遵循科學(xué)性原則、直觀性原則以及交互性原則[5]，還要有一定的藝術(shù)欣賞價(jià)值，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則，在參考中山大學(xué)分析化學(xué)精品課程虛擬實(shí)驗(yàn)室制作的基礎(chǔ)上，為了使制作出的“絡(luò)合滴定法”仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)芎芎玫亟鉀Q目前分析化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題，同時(shí)能很好地突出絡(luò)合滴定法的難點(diǎn)（原理）和重點(diǎn)（滴定分析基本操作），我們將“絡(luò)合滴定法”仿真實(shí)驗(yàn)制作分為實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)演示、實(shí)驗(yàn)儀器和試劑、數(shù)據(jù)處理、思考與討論6個(gè)部分，并按圖1所示流程進(jìn)行制作.

在制作過(guò)程中，以實(shí)驗(yàn)原理為主線突出實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn).實(shí)驗(yàn)框架設(shè)計(jì)、素材采集與處理、動(dòng)畫(huà)制作、數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)等步驟均圍繞實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行.具體制作過(guò)程如下：

1）實(shí)驗(yàn)原理.絡(luò)合滴定法，又稱配位滴定法，是以配位反應(yīng)為基礎(chǔ)的一種滴定分析方法.

實(shí)驗(yàn)條件：以絡(luò)黑T（EBT）為指示劑，在pH值≈10的氨性緩沖溶液中.

圖1 “絡(luò)合滴定法”仿真實(shí)驗(yàn)制作流程圖

滴定前：Mg＋EBT＝Mg－EBT.

滴定中：Ca＋Y＝CaY，Mg＋Y＝MgY.

終點(diǎn)時(shí)：Mg－EBT＋Y＝MgY＋EBT.

由于實(shí)驗(yàn)原理是絡(luò)合滴定法的難點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知程度，我們編寫(xiě)了上述簡(jiǎn)明的實(shí)驗(yàn)原理并通過(guò)Flash中的遮罩層來(lái)實(shí)現(xiàn).遮罩層是Flash中一個(gè)非常特殊的層.如果在某一層建立遮罩層時(shí)，它下面的一層就會(huì)自動(dòng)變成被遮罩層，或者建立圖層后將需要遮罩的圖層進(jìn)行設(shè)置.遮罩層的圖形可畫(huà)成任意形狀，該形狀就是一個(gè)“視窗”.Flash播放時(shí)，被遮罩層上的對(duì)象就通過(guò)這個(gè)“視窗”顯示出來(lái)，而“視窗”之外的對(duì)象將不會(huì)顯示出來(lái).實(shí)驗(yàn)原理的內(nèi)容運(yùn)用了遮罩層，通過(guò)遮罩層顯示出來(lái)的實(shí)驗(yàn)原理更突出、更清晰、更有條理性，也更便于學(xué)生理解和掌握.

2）實(shí)驗(yàn)操作.滴定分析實(shí)驗(yàn)都涉及到溶液配制的計(jì)算問(wèn)題，因此，制作時(shí)加入了輸入文本，要求實(shí)驗(yàn)者在溶液配制時(shí)計(jì)算并錄入配制一定濃度溶液所需稱取試劑的質(zhì)量，然后，才能進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)操作.為避免有些學(xué)生因?yàn)橛?jì)算錯(cuò)誤或不會(huì)計(jì)算試劑質(zhì)量而無(wú)法進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)，在制作中采取以下措施：錄入3次錯(cuò)誤數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給出正確答案或相關(guān)提示.輸入文本框的基本源程序結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖2 輸入文本框的基本源程序結(jié)構(gòu)圖

每次數(shù)據(jù)錄入可通過(guò)3幀腳本控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，每幀中具有相同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：一個(gè)按鈕、一個(gè)動(dòng)態(tài)文本框.首尾幀賦予動(dòng)作語(yǔ)句“stop();”，中間幀的腳本語(yǔ)言（ActionScript）如下：

if(t1＞0.120)＆＆ (t1＜0.130)｛gotoAnd－Stop(3150);｝//輸入數(shù)值在0.120至0.130之間，播放畫(huà)面跳轉(zhuǎn)到3 150幀的畫(huà)面.else｛gotoAndStop(3143)｝;//若輸入數(shù)值不在0.120至0.130之間，播放畫(huà)面則跳轉(zhuǎn)到3 143幀的畫(huà)面.

本仿真實(shí)驗(yàn)只允許學(xué)生在圖2中虛線框內(nèi)最多錄入3次錯(cuò)誤的數(shù)據(jù).如果學(xué)生3次錄入的數(shù)據(jù)均錯(cuò)誤，畫(huà)面會(huì)立即轉(zhuǎn)到圖2中的3 142至3 150幀，此時(shí)會(huì)給出提示或正確答案，使學(xué)生能進(jìn)行下一步操作.

在實(shí)驗(yàn)操作中，重點(diǎn)制作了滴定操作的過(guò)程，突出快滴、慢滴和半滴的操作.通過(guò)示例按鈕同步顯示正確的操作手勢(shì)，如拿錐形瓶的手勢(shì)（圖3）和控制滴定管開(kāi)關(guān)的手勢(shì)（圖4）等；同時(shí)，同步顯示已滴入標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積及相應(yīng)指示劑顏色的變化，如圖3、圖4所示：

當(dāng)點(diǎn)擊“錐形瓶手勢(shì)”按鈕或“開(kāi)關(guān)手勢(shì)”按鈕時(shí)，會(huì)分別進(jìn)入圖3、圖4的畫(huà)面，展示“拿錐形瓶的手勢(shì)”或“旋開(kāi)關(guān)的手勢(shì)”的圖片會(huì)以從小變大的效果顯示出來(lái).

3）數(shù)據(jù)處理.為了體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的完整性及數(shù)據(jù)處理在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，我們?cè)诜抡鎸?shí)驗(yàn)制作中增加了“數(shù)據(jù)處理”功能.數(shù)據(jù)處理部分以表格的形式顯示，表中對(duì)如何正確記錄數(shù)據(jù)（注意有效數(shù)字）、如何計(jì)算和表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、如何評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的好壞等均有提示，條理性強(qiáng)，便于學(xué)生模仿、學(xué)習(xí)和掌握.

與其他院校的仿真實(shí)驗(yàn)相比，我們制作完成的“絡(luò)合滴定法”仿真實(shí)驗(yàn)解決了在進(jìn)行分析化學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)的文本輸入時(shí)，由于輸入了錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而無(wú)法進(jìn)入下一步的問(wèn)題，并突出了“絡(luò)合滴定法”仿真實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，因而更適合新建本科院校的學(xué)生使用.

目前，我們制作的仿真實(shí)驗(yàn)已上傳至“肇慶學(xué)院——分析化學(xué)精品課程”網(wǎng)站上，網(wǎng)址為http:// 210.38.176.58/ec2006/C81/zcr－1.htm.

圖3 滴定時(shí)握錐形瓶的手勢(shì)圖

圖4 控制滴定管開(kāi)關(guān)的手勢(shì)圖

2 仿真實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用

在2008級(jí)部分已做過(guò)“絡(luò)合滴定法”實(shí)驗(yàn)的非師范生和未做過(guò)“絡(luò)合滴定法”實(shí)驗(yàn)的師范生中，我們將制作的仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué).對(duì)于已做過(guò)“絡(luò)合滴定法”實(shí)驗(yàn)的非師范生，在進(jìn)行“絡(luò)合滴定法”仿真實(shí)驗(yàn)前，先考查了其對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的掌握程度.考查發(fā)現(xiàn)他們對(duì)實(shí)驗(yàn)原理比較模糊，多數(shù)學(xué)生未能完整寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)原理.在進(jìn)行“絡(luò)合滴定法”仿真實(shí)驗(yàn)后，80%的學(xué)生掌握并加深了對(duì)原理的理解，提高了對(duì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的興趣.學(xué)生們認(rèn)為，仿真實(shí)驗(yàn)圖、聲、文并茂，形象地展示了整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，使實(shí)驗(yàn)原理易于接受和理解.由于仿真實(shí)驗(yàn)中每一步滴定操作都很清晰，因此，學(xué)生們反映對(duì)其實(shí)驗(yàn)的規(guī)范性操作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確記錄均有指導(dǎo)作用.對(duì)于未做過(guò)“絡(luò)合滴定法”實(shí)驗(yàn)的師范生，進(jìn)行“絡(luò)合滴定法”仿真實(shí)驗(yàn)后，85%的學(xué)生對(duì)滴定實(shí)驗(yàn)過(guò)程有了一定的認(rèn)識(shí)，激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣——嘗試親自實(shí)踐.為此，我們安排他們進(jìn)行了酸堿滴定實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)前啟發(fā)學(xué)生從“絡(luò)合滴定法”仿真實(shí)驗(yàn)的原理對(duì)“酸堿滴定”的原理進(jìn)行討論，使其深刻理解滴定分析法原理的本質(zhì).在進(jìn)行酸堿滴定實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，學(xué)生們模仿仿真實(shí)驗(yàn)的滴定操作，操作基本能達(dá)到規(guī)范化，也能正確判斷滴定終點(diǎn)和正確記錄數(shù)據(jù).由此可見(jiàn)，制作的“絡(luò)合滴定法”仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)滴定分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有較好的輔助作用.

3 小結(jié)

以Flash軟件為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用Flash豐富的表現(xiàn)力，我們研制了“絡(luò)合滴定法”的flash仿真實(shí)驗(yàn).與目前一些研究型高等院?；蛑袊?guó)科學(xué)院開(kāi)發(fā)的仿真實(shí)驗(yàn)相比，我們開(kāi)發(fā)的仿真實(shí)驗(yàn)原理清晰易懂，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能同步顯示規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作手勢(shì)，而且解決了數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤無(wú)法進(jìn)入下一步實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題，因而更適合新建本科院校學(xué)生學(xué)習(xí)和使用.

分析化學(xué)Flash仿真實(shí)驗(yàn)的直觀性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單且針對(duì)性強(qiáng).將“絡(luò)合滴定法”仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，促進(jìn)了學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣?

[1] 李平.地方普通高等學(xué)校通識(shí)教育課程設(shè)置研究——以內(nèi)蒙古自治區(qū)普通高等學(xué)校為例[D].呼和浩特:內(nèi)蒙古師范大學(xué),2008：15-16.

[2] 張冰.計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)應(yīng)用及發(fā)展前景[J].理工高教研究,2005,24(3):116-118.

[3] 中山大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院.分析化學(xué)精品課程網(wǎng)站—教學(xué)資源—虛擬實(shí)驗(yàn)室[EB/OL].廣州:中山大學(xué),2008-06-18.http:// jpkc.sysu.edu.cn/second/fenxihuaxue/index.htm.

[4] 大連理工大學(xué).分析化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室[EB/OL].大連：大連理工大學(xué),2008-06-18.http://202.118.73.170/analyticalchemistry/_ netware/html_lab/lab.htm.

[5] 張曉玲.基于FLASH技術(shù)的大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)的研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2007:19-20.