虛擬仿真實驗在分子生物學(xué)教學(xué)中應(yīng)用模式的探索

[摘 要] 為應(yīng)對傳統(tǒng)實驗教學(xué)的局限性，以“虛實結(jié)合、教研相長”為教學(xué)理念，設(shè)計了分子生物學(xué)虛擬仿真實驗教學(xué)互動平臺的教學(xué)流程，通過將虛擬仿真與真實實驗有機(jī)結(jié)合，可以為學(xué)生提供一種全方位、多樣化的學(xué)習(xí)體驗，并在解決分子生物學(xué)實驗教學(xué)存在的問題和實現(xiàn)未來遠(yuǎn)程教育等方面有重要意義。

[關(guān) 鍵 詞] 虛擬實驗；仿真實驗；分子生物學(xué)

[中圖分類號] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）29-0187-01

一、引言

仿真技術(shù)，是用一個系統(tǒng)模仿另一個真實系統(tǒng)的技術(shù)。虛擬仿真實際上是一種可創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機(jī)系統(tǒng)。此種虛擬世界由計算機(jī)生成，可以是現(xiàn)實世界的再現(xiàn)，也可以是構(gòu)想中的世界，用戶可借助視覺、聽覺及觸覺等多種傳感通道與虛擬世界進(jìn)行自然的交互。虛擬仿真實驗指借助多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實等技術(shù)在計算機(jī)上營造輔助、部分或全部替代傳統(tǒng)實驗各操作的相關(guān)操作環(huán)境，在于使研究人員和教育者可以有效利用相關(guān)數(shù)據(jù)、信息、設(shè)備、人力等資源從事科研與教育活動。

分子生物學(xué)是一門重要的醫(yī)學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課，致力于闡明生物大分子結(jié)構(gòu)、功能、調(diào)控機(jī)制的分子機(jī)制，從分子水平上揭示生物世界奧秘，是生命科學(xué)的前沿學(xué)科。同時，分子生物學(xué)又是一門實驗性非常強(qiáng)的學(xué)科，分子生物學(xué)實驗技能不但是對理論知識的重要延伸，還可直接體現(xiàn)學(xué)生的動手能力，對培養(yǎng)、提升學(xué)生觀察問題、分析問題和解決問題的能力有十分重要的作用。但是囿于設(shè)備、經(jīng)費(fèi)、場地等因素，使分子生物學(xué)實踐教學(xué)存在著成本高、效率低、耗時長、直觀性差、安全性欠缺等不利現(xiàn)狀[1]。隨著互聯(lián)網(wǎng)科技的迅速發(fā)展，多種適合應(yīng)用于教學(xué)中的多媒體技術(shù)也逐步被開發(fā)，因此利用虛擬仿真技術(shù)來創(chuàng)造一個讓學(xué)生隨時可以進(jìn)行實驗的平臺與媒介也成了可能，這對解決分子生物學(xué)實驗教學(xué)存在的問題和實現(xiàn)未來遠(yuǎn)程教育等方面有重要意義。

二、分子生物學(xué)虛擬仿真實驗的教學(xué)設(shè)計

（一）教學(xué)設(shè)計理念：虛實結(jié)合、教研相長

虛實結(jié)合，即系統(tǒng)由虛擬完成，細(xì)節(jié)由真實驗證。通過虛擬仿真實驗平臺，學(xué)生可以完成分子生物學(xué)相關(guān)綜合性實驗的實驗流程，獲得完整的知識系統(tǒng)與操作技能。通過生物化學(xué)與分子生物學(xué)開展的實驗課程，學(xué)生可以將虛擬實驗時獲得的技能，在真實的實驗課程中操作驗證，如“小鼠DNA、RNA的分離、提純與定量”“質(zhì)粒提取、酶切及電泳鑒定”“蛋白質(zhì)印跡分析”。通過種虛擬仿真與真實實驗的有機(jī)結(jié)合，為學(xué)生提供了全方位、多樣化的學(xué)習(xí)體驗，創(chuàng)造自主化、個性化的教學(xué)模式。

教研相長，即教學(xué)由實驗完善，科研由討論啟發(fā)。通過虛擬仿真實驗平臺，學(xué)生完成實驗，由此完善并反饋了理論教學(xué)。虛擬仿真實驗平臺中的學(xué)生提問、話題討論、師生互動環(huán)節(jié)，既能啟發(fā)教師的教學(xué)、科研思維，又有助于培養(yǎng)學(xué)生實驗思維體系的建立。

（二）教學(xué)設(shè)計路線：學(xué)生主體、教師評判、反饋互動

為實現(xiàn)教、學(xué)統(tǒng)一，構(gòu)建虛擬仿真實驗教學(xué)互動平臺時，應(yīng)滿足以下幾點基本要素（如下圖）：（1）學(xué)生主體，學(xué)生通過登錄個人中心，完善個人信息，留下學(xué)習(xí)痕跡記錄；通過課程中心，完成虛擬仿真實驗、實驗報告及相關(guān)習(xí)題訓(xùn)練。（2）教師評判，教師通過登錄評價中心，對學(xué)生的實驗操作進(jìn)行評價、實驗報告進(jìn)行批改，并對學(xué)生進(jìn)行階段性在線考試測評。（3）反饋互動，學(xué)生通過實驗操作的完成與教師評價的反饋發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，通過與教師進(jìn)行的討論、溝通、答疑解決問題，最終使學(xué)生的知識體系得到完善。

三、存在的問題及展望

我國虛擬實驗室尚未發(fā)展成熟，但是近幾年來，多媒體計算機(jī)技術(shù)日新月異，硬件設(shè)施不斷更新?lián)Q代，以及國家對虛擬仿真研究的政策支持，使國內(nèi)虛擬仿真技術(shù)不斷增強(qiáng)。但在分子生物學(xué)虛擬仿真實驗平臺的建立上還存在一些問題，例如，（1）技術(shù)單一，虛擬實驗軟件設(shè)計多基于Flash技術(shù)建立[2]，許多成熟的虛擬VR技術(shù)有待開發(fā)運(yùn)用。（2）合作共享不夠完善，各高校的虛擬仿真實驗教學(xué)平臺間缺乏完善的合作與共享機(jī)制，資源未能得到最優(yōu)化利用。（3）思維轉(zhuǎn)變有待加強(qiáng)，教師和學(xué)生在對待教與學(xué)的方式、方法方面需要突破固有的傳統(tǒng)和習(xí)慣，走出習(xí)慣思維，改變思考方式，才能適應(yīng)虛擬實驗環(huán)境，實現(xiàn)虛實結(jié)合、教研相長。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁小麗.虛擬實驗在分子生物學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].考試周刊，2015（2）.

[2]張玉山.基于Flash技術(shù)的基因工程網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗的開發(fā)[J].高校實驗室工作研究，2012（3）.