教学专用仪器制造行业最新技术应用状况及趋势

第一节 行业最新科技应用状况

1、虚拟仪器的特点及其在教学上的应用

1）基于日益发展的计算机技术，使实验具备先进性和精确性

虚拟仪器是以计算机和软件为核心的，通过软件将计算机硬件资源与仪器有机地融合为一体，能够把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起。

对于实验课程教学来说，提高教学内容的先进性是帮助学生学习前沿科学知识的重要手段。验证现有理论的正确性与探索未知领域的现象和规律是实验的两大首要任务，但一直以来，由于供学生使用的实验仪器相对落后，而先进的仪器价格又过于昂贵，阻碍了学生探索和认识世界的进程。要使得学生能够接触到前沿的科学知识，就必须提供先进的实验仪器帮助学生学习和理解。如何在现有基础上提升实验仪器性能，在不增加或增加少量开支的基础上使实验仪器在精确性、灵敏度、可测范围等方面有一个大的飞跃，让先进的实验内容走进实验教学课堂是摆在从事实验课程教学的教育者面前的一个难题。虚拟仪器充分利用了最先进的计算机技术来提升和完善实验仪器的性能，具备精确性和科学性，同时使用成本又相对低廉，这为前沿科学知识走进实验教学课堂提供了基本却是非常重要的条件。

2）软硬件结合，功能模块重组配置，具备灵活性和开放性

虚拟仪器包括两大部分：硬件和软件，硬件是仪器的基础，软件是仪器的灵魂，软硬件结合的方式使得仪器功能易于增减和修改，改变了以前仪器功能固化在硬件上，无法升级的缺点。

在实验课程教学中，引入先进的教学内容、开发新的实验项目、开设学生自学基地等都需要完备的实验平台作为基础。目前的实验教学设备一直存在着易损坏、功能单一、重复利用率低等问题。虚拟仪器采用软硬件结合、功能模块重组配置的方法，大大提升了实验仪器设备的功能和重复利用率，增强了实验课程教学平台的可扩展性。

3）网络传输和远程控制，具备时间和空间可扩展性

运用虚拟仪器软件，如LabVl2W自带的网络发布功能，可将Intemec与虚拟仪器结合起来，通过网络来传输数据和控制仪器，从而实现异地实时操作，使得实验项目的进行具备了时间和空间的扩展性。

实验课程的远程教学一直是一个很大的难题，它不像理论课的远程教学，可以通过下载教学课件、教学资料、在线点播、收看电视教学节目等形式进行。目前，解决这一问题的途径主要有两种。第一种是目前国内普遍采取的方法，就是让参与远程教学的学生在一个集中的时间到学校参与实验课教学。由于时间紧、课程过于集中等原因，这种方法存在的弊端是显而易见的；第二种方法是让学生邮购专为教育制造的廉价实验仪器，学生自己在家中做实验，目前国外一些远程教育机构采用的就是这种方法。虽然采用这种方法能够让学生自由操作仪器，培养学生自主学习的能力和创新能力，但是由于缺少教师的有效指导，很难保证达到如期的教学目的。另外，人手一套实验教学仪器将耗费大量的资金，对于发展与推广远程教育不是行之有效的方法。利用虚拟仪器，学生可以在个人电脑上安装虚拟仪器软件，即可以实现本地甚至是基于网络的远程操作和实验仪器控制，以及实时真实的数据传输，如同实地操作实验仪器一样方便灵活，同时由于教师或设计者事先定义了虚拟仪器的功能和实验步骤，可以有效地帮助学生完成预定的教学目标。从这个意义上说，虚拟仪器技术在实验教学上的应用是实验课程远程教育发展的突破点和转折点。

2、自制教学仪器在高校教育教学中的应用

随着科技的迅速发展，现代教育仪器设备和教学辅助设备越来越丰富。相对于众多复杂先进的教学仪器，自制教仪仍是教学工作的有力工具。自制教仪是师生按照自己意愿和实际教学需要，创造性地制作出各种合适的教学仪器，以及对现有通用教学仪器的改进。它是教师个人教育观念的体现和教学经验的表达，更加贴近教学实际，更能满足不同课程的个别需求。所以一台好的自制教仪，可以将教学经验、科学知识、制作技术、创造发明凝为一体，是师生进行教学、科研、改革的成果。它可以在有效节约高校日益紧张的实验室建设经费的同时，发挥比其他教育资源更为有效的作用。

自制教仪工作的两点说明目前，高校都有各式各样的教学仪器可供选用，但自制教仪在教学仪器中始终占有一席之地。

自制的教仪并非简陋的教仪自制教仪或教具在中小学教育中应用较为广泛，但在高校教育工作中所涉及的自制教仪与中小学教育中的自制教具相比，前者在理论的严谨性、结构的复杂性和工艺的精确性上，有着更高的要求。高校中的自制教仪并非是一些废旧材料的简单区巫匹E[翻团拼凑。如果有"自制教仪是廉价的，它只是通用教仪的替代品"这种思想，那么就一定不会有高质量的自制教仪产生。实际上，自制教仪是对通用教仪的补充和拓展。自制教仪的设计和制作，是由各专业学科的教学任务和教学方法所决定的。

自制教仪应符合具体教材教学内容的要求，教仪的选材和工艺水平必须反映出本课程的特点和创造者一丝不苟、精益求精的精神。

并非实验条件差的学校才有必要自制教仪事实上，实验设备好的学校更有必要开展自制教仪活动。因为良好的实验设备一般功能强大，操作复杂，甚至一种仪器可以完成多门课程的实验教学。长期使用一种仪器，容易使教师习惯于使用某种常规仪器开展实验教学，因而忽视实验内容的灵活性和多样性。久而久之，学生也会感到实验操作单调乏味。

3、媒体技术在仪器分析教学中的应用

现代仪器分析充分利用了相关学科的新理论、新技术，逐步发展成为一门多学科性的综合性科学。主要分为电化学分析法、光学分析法、色谱分析法和其它仪器分析法。在电化学教学方面，ChemSW软件公司推出了ChemicalTrainingSeries教学辅助课件。它包括：库仑分析、pH口22滴定、化学电池等几部分。用它给出化学电池结构，模拟电化学操作过程，以及电子流向，可以在课堂上提供直观、形象、生动的教学，体现出传统教学无法比拟的优势。

光谱分析法是仪器分析的主要组成部分，在农、林、牧学科中应用较为广泛。光学分析仪器的基本结构、部件也就成为教学的重点。

C1aemSW软件公司的In-teractiveTraining是原子吸收的教学辅助课件。可以让学生利用它预习原子吸收光谱的基本理论，边讲授边动画演示预混合型火焰原子化器进样、雾化、原子化的分析过程。美国马里兰大学分析化学系开发的Simu-lationofuv-Vis.Photometer课件可以模拟紫外可见光谱的分析过程，使学生更好的掌握四谱之一的紫外分析法。此外，随着等离子体，傅立叶变换，激光技术和光导纤维传感技术的引入，出现了电感耦合高频等离子体--原子发射光谱(ICP-AES)，傅立叶变换--红外光谱(FT-IR)，等离子体--质谱(ICP-MS)，激光光谱和化学发光光谱等一系列光谱分析新技术。它们大多价格昂贵，教师可以通过计算机辅助教学，让学生了解到仪器分析发展的最新动态。

色谱分析是仪器分析发展迅速，研究和应用十分活跃的领域之一，可以连续对样品进行浓缩，分离，提纯及测定。目前高等学校仪器分析教学中，讲授的色谱学主要包括：气相色谱、液相色谱、薄层色谱等。讲授的主要内容是色谱基础理论，而色谱仪的操作受实验条件、分析对象的影响很大，规律性较差。采用计算机多媒体技术辅助教学可以将抽象、静止的部件连接成具体、动态的仪器，将各个环节进行局部放大和反复演练。

第二节 行业科技发展趋势

1、加强教学仪器及实验的理论研究。

研究教学仪器在教育事业发展中的地位和作用；研究实验教学在整个教学中的地位与作用；探讨实践能力和创新精神的培养与实验教学的关系；研究实验室建设优化方案；研究个性化的实验方法。从而提高广大教师对实验教学的认识，自觉地开展实验教学。

2、整合信息技术与传统实验的工具性、通用性实验装置，整合信息技术与传统授课方式的交互式多媒体装置，坚持数字化、网络化和智能化的方向，以信息技术在教学过程中的广泛应用促进学校现代化建设。

3、紧密把握现代科学技术与课程的关系，积极促进教学仪器作为反映现代科学技术成果的实物媒介的发展。将微电子技术、生物技术、新材料技术、先进制造技术、先进能源技术、激光技术的最新成果及时应用于教学仪器的设计与开发。

4、大力开发实验材料，为学生动手提供丰富的实物资源。

材料的形式既可以是成品，也可从是半成品，应当根据不同的教学需要为不同年龄层次的学生提供多种形式的实验材料，增加学生动手机会。同时，积极采用信息技术研究开发形象化的演示实验材料，为教学提供交互式、个性化的素材。

5、加强主题性、综合性教学仪器的研究，以适应课程的综合性和教材的多样性。

新一轮课改所提倡的基本理念之一就是课程的综合性，如科学课、艺术课等。综合实践活动贯穿于整个基础教育阶段，包括信息技术教育、研究性学习、社区服务与社会实践，以及劳动与技术教育，都需要大量教学仪器设备。具有主题性和综合性特征的教学仪器能够很好地支撑综合性课程和多样化教材。