虛擬網(wǎng)絡實驗室?guī)由锘瘜W教學模式改革

張麗娟， 古同男

(首都醫(yī)科大學 燕京醫(yī)學院，北京 101300)

?

虛擬網(wǎng)絡實驗室?guī)由锘瘜W教學模式改革

張麗娟， 古同男

(首都醫(yī)科大學 燕京醫(yī)學院，北京 101300)

利用網(wǎng)絡平臺構建虛擬實驗室，推動生物化學課程教學模式改革，豐富實驗教學手段，提高教學質(zhì)量。通過網(wǎng)絡技術與計算機技術搭建生物化學虛擬實驗室，充分利用網(wǎng)絡資源，實施多種生物化學虛擬網(wǎng)絡實驗教學。虛擬網(wǎng)絡實驗室建設帶動生物化學案例式、專題化、漸進式、一體化、研究式、多樣化等教學模式的應用。虛擬網(wǎng)絡實驗室建設促進生物化學教學模式的變革，為完善實驗室的規(guī)范化建設，豐富實驗教學手段，提高教學質(zhì)量，更好的培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)新精神和科研興趣提供了思路。

虛擬實驗； 生物化學； 教學模式改革

0 引 言

生物化學是一門研究生物體內(nèi)化學組成和生命過程中化學變化規(guī)律的必修基礎課[1-2]，也是醫(yī)學院校的主干課之一。其發(fā)展較為迅速，醫(yī)學中的許多前沿知識和實驗技術與生物化學密切相關。生物化學又是一門實踐性較強的學科[3]，要求學生理論聯(lián)系實際，在實驗中培養(yǎng)學生的觀察能力、分析能力和動手能力。近年來，隨著科學技術的發(fā)展和教育現(xiàn)代化的不斷推進，尤其是計算機技術和網(wǎng)絡技術[4]的進步，使得脫離傳統(tǒng)“瓶瓶罐罐”的網(wǎng)絡虛擬實驗室成為了現(xiàn)實。

1 虛擬實驗室建立的必要性

國內(nèi)大多數(shù)高校在傳統(tǒng)“重理論，輕實踐”、“重應試，輕素質(zhì)”的教學模式影響下[5-7]，加上實驗教學過程中存在實驗設備短缺，教學儀器不足，實驗課時少，實驗場所相對較小，實驗層次偏低，操作安全性不強和污染隱患等問題，導致學生在實踐環(huán)節(jié)中主體的定位偏差，學習興趣不高，無法實現(xiàn)綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。計算機技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，通過虛擬網(wǎng)絡實驗在一定程度上可以有效解決這些問題，網(wǎng)上虛擬實驗室不僅可以培養(yǎng)學生的基本能力，更重要在于能夠開設反映新技術新成果的綜合性實驗、設計性實驗和探索性實驗，可以成為理論教學的深度延伸和實驗教學的有益補充，從而提高生物化學課程教學的質(zhì)量和水平。

2 虛擬實驗室的功能特點

網(wǎng)絡虛擬實驗室是以計算機和網(wǎng)絡為基礎的虛擬現(xiàn)實技術的應用研究，建立在一個虛擬仿真實驗室環(huán)境，提供可操作的虛擬實驗儀器，使學生在互聯(lián)網(wǎng)上通過接近真實的人機交互界面完成實驗[8-9]。虛擬實驗的逼真性和數(shù)據(jù)運算能力是傳統(tǒng)的計算機模擬實驗無法相比的，注重的是實驗操作交互性和實驗結果仿真性。網(wǎng)絡虛擬實驗室的基本功能是幫助學生更好地掌握實驗步驟和實驗方法，加深學生對理論知識的理解與掌握，提高學生在真實實驗操作中的動手能力[10]，促使學生在實驗過程中積極思考，培養(yǎng)學生獨立發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

3 虛擬網(wǎng)絡實驗室的建設與管理

虛擬網(wǎng)絡實驗室的建設需要注重硬件建設與軟件建設兩方面的內(nèi)容。

(1) 資金投入。虛擬網(wǎng)絡實驗室是建立在計算機網(wǎng)絡的基礎之上，故運行良好覆蓋面廣的網(wǎng)絡環(huán)境是必需的。醫(yī)學院校要重視虛擬網(wǎng)絡實驗室的建設，需要投入資金進行校園網(wǎng)絡建設，為虛擬網(wǎng)絡實驗室的使用提供平臺。首都醫(yī)科大學燕京醫(yī)學院近幾年投入300萬元用于教學系統(tǒng)改擴建和遠程教學系統(tǒng)升級，引進新的、性能更優(yōu)的服務器和網(wǎng)絡教學系統(tǒng)，在基地醫(yī)院開設遠程教學點進行網(wǎng)絡視頻教學，同時購置相應的學習終端、多媒體等輔助設備，開發(fā)相應的虛擬實驗內(nèi)容，豐富實驗室的組成。

(2) 人員投入。虛擬網(wǎng)絡實驗教學無論教學地點和方式都不同于傳統(tǒng)的實體教學，教學過程建立在網(wǎng)絡平臺之上，這就要求高校積極加強網(wǎng)絡虛擬實驗室的人員配備，燕京醫(yī)學院在崗位設置上進行改革，在網(wǎng)絡管理和實驗教學上設立專崗專職，崗位為高級實驗師和實驗師各一名，保障網(wǎng)絡虛擬實驗室的正常運行。

(3) 規(guī)范使用。網(wǎng)絡虛擬實驗室作為課程教學的一個重要組成部分，學院從項目設置、教學目標、實驗模塊、實驗內(nèi)容、評價方法、使用對象、管理權限等方面建立網(wǎng)絡虛擬實驗室使用規(guī)范，并從網(wǎng)絡發(fā)布執(zhí)行，從而保證教學效果和質(zhì)量。

4 虛擬網(wǎng)絡實驗引起的教學模式的變革

(1) 開展代表性實驗，引入案例式教學模式。通過設立典型的代表性實驗，將案例式教學[11]模式引入到實驗教學中，我們在生物化學實驗教學中收集糖尿病、脂肪肝等病例的臨床癥狀與實驗室檢查數(shù)據(jù)，以臨床血糖測定、甘油三酯測定、膽固醇測定的實驗為基礎，要求學生結合所學知識解釋患者體征及實驗室檢查結果的關聯(lián)性，分析代謝性疾病的臨床表現(xiàn)、發(fā)病機理、疾病分型的轉歸和發(fā)展、預后以及代謝性疾病的診斷、治療和預防，從生物化學的角度分析理解三大營養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)的代謝、轉化及調(diào)節(jié)過程。學生通過網(wǎng)絡模擬觀察自己的判斷是否正確，把抽象枯燥的理論知識實體化，在對代表性實驗分析、掌握的過程中主動獲取知識，充分調(diào)動學生學習的主動性和積極性。

(2) 開展專題性實驗，引入專題化教學模式。在教學實踐中，我們以理論教學中的教學知識點為契機，開展糖代謝、脂代謝、氨基酸代謝、DNA、RNA相關內(nèi)容實驗，實施專題化教學[12]。我們把糖酵解、三羧酸循環(huán)、有氧氧化、糖異生、磷酸戊糖途徑等相關內(nèi)容，繪制思維導圖，綜合統(tǒng)一，集中開展糖代謝專題實驗，在專題教學過程中加深學生對于糖的代謝過程中能量與物質(zhì)轉化的理解和貫通。

(3) 開展分級實驗，引入漸進式教學模式。根據(jù)本?？茖W生的教學目標、要求不同，設定不同層次的實驗內(nèi)容。我們開展分級實驗，第一級開展分離純化實驗，主要包括薄層層析法分離混合氨基酸、血清蛋白醋酸纖維素薄膜電泳、凝膠層析分離血紅蛋白和維生素B2，及蛋白質(zhì)含量測定實驗，主要目標是要求學生掌握生物化學基本分析技術和實驗方法，鍛煉學生的動手能力。第二級開展綜合性實驗，比如堿性磷酸酶的提取純化、米氏常數(shù)測定等，主要目標是鍛煉學生的分析問題與解決問題的能力。第三級開展設計性實驗，主要目標是實現(xiàn)學生自主選題，自行設計實驗方案，通過教師批準開展。比如人血清γ-球蛋白的分離純化與鑒定等設計性創(chuàng)新實驗內(nèi)容。通過分級教學，實現(xiàn)從基本實驗、綜合實驗、創(chuàng)新實驗漸進式的教學模式[13]，逐步深入的實施實驗教學過程，培養(yǎng)學生的動手能力。

(4) 開展綜合性實驗，引入一體化教學模式。通過綜合性實驗，引入一體化教學模式，我們在實驗教學中開展大黃酸精氨酸復合物制備及其抗腫瘤活性測定的綜合性實驗，實驗中涵蓋無機化學、有機化學、分析化學、生物化學、分子生物學、細胞生物學等學科知識，相關學科的知識呈現(xiàn)及實驗模擬則通過虛擬網(wǎng)絡實現(xiàn)，有效地拓展了課堂的時間和空間，提升了知識層次，改善了學生的知識結構。多方位，多角度培養(yǎng)學生分析問題，解決問題的能力。

(5) 開展探索性實驗，引入研究式教學模式。在虛擬網(wǎng)絡實驗室中開設探索性實驗，引入研究式教學模式。我們在生物化學實驗教學中，結合燕京醫(yī)學院開展的學生科研資助項目，2010～2013年開展了酶聯(lián)免疫吸附測定法測定胰島素，MTT法測定中藥活性成分對陰道毛滴蟲的殺滅作用，姜黃素與牛血清白蛋白結合的反應機制研究等科研項目，通過自主選題，實驗設計，實驗操作，儀器使用，實驗結果分析等環(huán)節(jié)的實施，提高教學質(zhì)量的同時不僅減輕了實驗室壓力，節(jié)約了實驗經(jīng)費，而且能讓學生身臨其境地體會探索性實驗的整個過程，提高了學生的實驗動手能力、協(xié)作能力和科研思維能力，大大提高學生學習主動性，加強學生發(fā)散性思維能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

(6) 開展第二課堂，引入多樣化教學模式。第二課堂教學[14]作為第一課堂教學的有益補充，目的是彌補第一課堂教學時空、形式等方面的不足，使教學形式靈活多樣，生物化學是一門實踐性很強的專業(yè)課，通過學校資助基金開展第二課堂活動，2013年開展肝組織DNA的酶切鑒定及凝膠成像圖譜分析項目，利用核酸定量方法及電泳凝膠成像技術對純化后的DNA進行定量、酶切鑒定，在虛擬網(wǎng)絡實驗室中擴大第二課堂活動范圍，增加了儀器的使用率，方便學生掌握基本技能、熟悉生物化學與分子生物學大型精密儀器的應用、了解前沿實驗動態(tài)，拓寬學生視野，提高學生科研思維能力。

5 虛擬網(wǎng)絡實驗室的應用實效

(1) 促進了教學觀念的轉變。通過虛擬網(wǎng)絡實驗室的設立與應用，改變以往教師為主體的灌輸教學觀念，通過學生的主體地位，改變生物化學課程內(nèi)容枯燥乏味、學生學習熱情不高的現(xiàn)狀，激發(fā)學生的學習興趣與學習熱情，同時克服專業(yè)理論內(nèi)容陳舊、與時代科技發(fā)展不同步的不足，促進實驗內(nèi)容與實驗大綱的修改，提高實驗效率，達到培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的根本目的。

(2) 解決了時間、空間、經(jīng)費不足的矛盾。虛擬網(wǎng)絡實驗室建立在校園網(wǎng)平臺上，學生可以在自習室、實驗室、圖書館、宿舍等場地進入“虛擬實驗室”，不受時間、空間的限制，極大地提高了學習的方便性，擴展了學生的學習空間。同時將大型儀器的操作、培訓、使用，以及復雜實驗的設計與實施通過網(wǎng)絡實驗室實現(xiàn)，大大節(jié)約了成本，最大限度實現(xiàn)了教育的公平。

(3) 促進了理論與實踐的結合。生物化學課程的發(fā)展與實驗技術的發(fā)展是相互結合的，通過虛擬網(wǎng)絡實驗的人機互動、虛實互動，透過虛擬的實驗環(huán)境，感受實驗氛圍，掌握實驗技術，彌補學生理性認知能力不足，從而提高學生對理論部分的接受和理解程度，改善理論知識的教學效果；反過來，理論知識的掌握又推動了學生實驗操作能力的提高和綜合素質(zhì)的加強。

(4) 發(fā)揮了學生的主觀能動性。虛擬網(wǎng)絡實驗室符合青年學生的認知特點和認知心理[15]，以學生為主體，激發(fā)學生的求知欲和學習熱情。學生的動手能力和創(chuàng)新能力在虛擬網(wǎng)絡實驗室中獲得體現(xiàn)和發(fā)展，帶給學生學習過程中的成就感，滿足感，特別是現(xiàn)在要求參與學生科研與第二課堂的學生熱情高漲，極大地提高學生的參與意識、動手能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

(5) 集共享性與開放性于一體。我們在虛擬實驗室的基礎上，開展了三年制臨床醫(yī)學專業(yè)生物化學精品課程建設，以及生物化學網(wǎng)絡課程建設，利用網(wǎng)絡的開放性和共享性保證了虛擬網(wǎng)絡實驗室的開放性和共享性。學生可以通過授權進入到網(wǎng)絡實驗室參與相同或不同的實驗科目進行實際操作，撰寫實驗報告，提出教學反饋，從而實現(xiàn)實驗教學和管理的統(tǒng)一。另外不同專業(yè)課程、不同院系、不同學校也可以通過網(wǎng)絡系統(tǒng)進行資源共享，實現(xiàn)教學交流與合作。

(6) 提高了教師的業(yè)務水平，起到教學相長的作用。虛擬網(wǎng)絡實驗室的建設需要實驗教師既要懂得實驗課程的相關專業(yè)知識，又要熟悉網(wǎng)絡虛擬實驗室的技術原理，同時對于計算機水平以及網(wǎng)絡溝通能力必須加強，這對教師的業(yè)務水平和自身素質(zhì)提出新的要求。通過生物化學虛擬實驗室建設，教師在活動中積極查閱文獻、技術培訓、申請項目、實驗總結。近三年，共獲得市自然基金1項，院自然基金4項，校長基金5項，學生科研項目2項，第二課堂項目4項，這些都促進教師的業(yè)務能力和科研水平的不斷進步。

6 結 語

虛擬實驗室的建設是一個逐步發(fā)展不斷完善的過程，在今后的工作中，我們要及時的總結經(jīng)驗，提高水平，精選相關的實驗項目，提高實驗水平，及時更新、擴充相關實驗內(nèi)容，加強交流與合作，努力推動生物化學的課程建設和教學改革。

網(wǎng)絡虛擬實驗室建設已經(jīng)納入首都醫(yī)科大學生物化學精品課程建設體系，并在實踐應用中取得良好的反饋結果，教學應用證明，生物化學網(wǎng)絡虛擬實驗室具有實用性強和操作容易上手、教學方法新穎、教學效果明顯的優(yōu)勢，可在國內(nèi)同類醫(yī)學院校中加以推廣和應用，進而推動生物化學課程教學模式的探索和改革的不斷深入。

[1] 查錫良.生物化學[M]．7版．北京：人民衛(wèi)生出版社，2008．

[2] 許麗輝，高 媛.適應醫(yī)學創(chuàng)新人才培養(yǎng)的生物化學實驗教學改革初探[J].生物學雜志，2012，29(4)：99-101.

[3] 王愛英，何大俊.生物類專業(yè)《生物化學實驗》課程教學存在的問題和教學改革[J].陜西教育，2012(9)：96，99.

[4] 朱燕紅， 史美萍， 謝海斌.研究生實驗教學平臺的數(shù)字化建設與實踐[J].實驗室研究與探索，2014，33(9)：215-219.

[5] 王澤榮.論職業(yè)教育課程觀的變革[J].中國職業(yè)技術教育，2012，30:79-82.

[6] 虞錦林，蔣慶漢.對重理論輕實踐現(xiàn)象的思考[J].實驗室研究與探索，2000(6):6-8.

[7] 張敬賢.論“重理論、輕實踐”現(xiàn)象的根源[J].中國電力教育，2011(7)：45-46.

[8] 陳 晶，芮勇宇，王 前，等.《臨床微生物學檢驗》虛擬實驗室的建設及應用[J].中國實驗診斷學，2013，17(3)：601-603.

[9] 張?zhí)煳?，陳雪梅，張雁儒，?局部解剖學虛擬實驗室的設計與應用[J].解剖學雜志，2007，30(5)：659-660.

[10] 潘雪濤， 鄔華芝， 蔡建文， 等.創(chuàng)新虛擬實驗教學模式 培養(yǎng)自主學習能力[J].實驗室研究與探索，2014，33(11)：72-75.

[11] 張秀榮，房春燕，毛淑梅，等.藥理學案例式雙語教學法在地方醫(yī)藥院校的探索與實踐[J].中國醫(yī)藥導報，2012，9(16)：160-162.

[12] 星懿展，張 藝，楊 勁，等.細胞生物學專題教學實踐[J].中華醫(yī)學教育探索雜志，2013，12(4)：392-394.

[13] 程司堃，辛春艷，劉 鵬，等.分析化學漸進式教學模式[J].藥學教育，2009，25(6)：39-40.

[14] 何 劍.深化實踐教學改革的探索:“三課堂融合”模式[J].實驗室研究與探索，2014，33(7)：269-272.

[15] 曹立新，姚會敏.基于認知心理學理論對高職教育高效課堂教學模式結構的探討[J].教育教學論壇，2012，33B:200-202.

Exploration on Biochemistry Teaching Mode Reform Promoted by Virtual Network Laboratory Technique

ZHANGLi-juan，GUTong-nan

(Yanjing Medical College, Capital Medical University, Beijing 101300, China)

To promote the reform of biochemistry teaching mode by using the virtual network laboratory based on the biochemical experiment teaching, the virtual network laboratory was constructed by the network and computer technology. The biochemistry teaching mode was promoted diversity. The virtual network laboratory could improve the standards of the laboratory, enrich the experimental teaching means, improve the teaching quality, cultivate the students’ practical ability, and scientific research interest.

virtual network laboratory; biochemistry; teaching mode reform

2014-06-04

首都醫(yī)科大學校長基金(13JYⅣY51)

張麗娟(1970-)，女，湖北公安人，碩士，副教授，主要從事生物化學與分子生物學教學研究。

Tel.:13552877837;E-mail：zhanglijuan@ccmu.edu.cn

G 642

A

1006-7167(2015)05-0192-03