淺談醫學生物化學虛擬實驗

摘要：醫學生物化學是醫學生最重要的基礎課程之一，但醫學生物化學實驗技術往往耗時長、試劑價格高，無法滿足太多學生參與實驗。虛擬實驗是現代計算機和網絡技術發展的必然產物，它有傳統實驗無法替代的優點。本文簡要介紹醫學生物化學的現狀、該課程開設虛擬實驗的原因、虛擬實驗的優勢和醫學生物化學中逆轉錄RT虛擬實驗的實例。

關鍵詞：醫學生物化學；虛擬；實驗條件

醫學生物化學是醫學生最重要的基礎課程之一，是目前發展最迅速，也是最具活力的。它是在分子水平探討生命的本質、研究生物體的分子結構與功能、物質代謝與調節、基因表達及其調控等的科學。進入21世紀后，生命科學發展更加迅速，醫學生物化學實驗技術已滲透到醫學科學的各個領域，為疾病的預防、診斷和治療提供基礎。

然而，隨著近幾年高校招生規模不斷擴大，醫學院校招生人數迅速增長，實驗教學條件不足與學生需求增大的矛盾逐漸凸顯。再加上有些試劑有毒有害，考慮到教師和學生的身體健康問題，相關實驗技術被漸漸從實驗課程中剔除。再者，有些實驗試劑成本高，學?？紤]教學成本等問題，也無法將相關實驗在本科教學中全面展開。以上因素都阻礙了醫學生物化學實驗在學生中的全面開展。而進入21世紀后，網絡和計算機技術的進步，以及虛擬實驗技術的發展為解決以上問題提供了可能。即利用各種數字化和虛擬化完全可以滿足醫學生物化學實驗需求。但如何建立醫學生物化學虛擬實驗教學平臺是一個值得大家關注的問題。

虛擬實驗的概念最早由美國弗吉尼亞大學的威廉·沃爾夫教授于1989年提出，它是一種以虛代實、以軟代硬的實驗教學形式。通常按照實驗教學的目標和要求，利用微機系統，采用數字化技術建立各種虛擬實驗環境，使實驗者仿佛身處真實的實驗室一般，利用虛擬實驗室的各種試劑、儀器、材料等，對虛擬實驗模型進行仿真操作，完成預設的各項實驗任務。虛擬實驗是建立在真實實驗的基礎上的，以真實實驗的經驗和結果作為實驗依據。實驗過程中所使用的虛擬試劑、器材、儀器等都和真實實驗形似，實驗者通過微機操作，可以像在真實實驗室一樣完成操作，在學習過程中，學生獲取的知識和操作技能等于甚至優于在現實操作中所得。

一、 虛擬實驗教學的優勢

醫學生物化學課程中，實驗是非常重要的部分。前文提到，其實驗往往具有價格貴、試劑有毒有害、實驗周期長等特點，所以，虛擬實驗有助于緩解實驗資源不足與教學需求之間存在的矛盾。筆者利用長沙醫學院數字化校園建設平臺與醫學生物化學省級精品課程建設平臺，利用校園網絡的發展對醫學生物化學虛擬實驗項目進行設計，以期推進實驗教學手段改革和醫學生物化學精品課程建設。

虛擬實驗相對于傳統實驗方法其優越性主要體現在以下幾個方面：第一，虛擬實驗不受傳統的面對面的統一教學模式的限制，學生可以通過計算機或手機網絡，將零散的學習時間利用起來，且不受時間和地點的限制，在實驗室以外的任何有網絡的地方都可進行實驗；可容納大批學生同時開展實驗，不受實驗室數目和人數制約；零試劑消耗，在降低實驗成本的同時也保證了學生實驗中的人身安全；內容更加廣泛，能將前沿的新型實驗項目引入課程體系，知識更新快。

二、 虛擬實驗教學實例

傳統的醫學生物化學實驗是不會對本科生開設逆轉錄RT實驗的，有了虛擬實驗教學平臺，我們可以引入這些之前無法向本科生開出的價格貴又耗時的實驗項目了。學生可以在計算機上模擬逆轉錄的全過程，掌握RT的基本概念，熟悉所需的試劑、儀器設備、操作方法，了解其臨床意義。

如圖1所示，進入RT虛擬實驗后，學生首先可以根據理論課所學內容，選擇所需器材；然后點下一步，逐漸進入操作界面，完成各項預定的任務如體系確定（圖2）、水浴溫度選擇（圖3）、利用渦旋混勻儀混勻試劑、反應條件確定、虛擬RT-PCT等。

就2016～2017學年第一學期，試點開設虛擬實驗的情況來看，學生對其反應良好，能接受該實驗技術，通過完成相關任務，可以很好地把握重要的知識點，也能掌握基本實驗技能。

三、 結語

綜上所述，虛擬實驗是在現代計算機和網絡技術發展基礎上建立起來的新型的教育技術手段，它的運用能避免傳統醫學生物化學實驗耗時長、試劑價格貴、無法同時容納太多學生參與實驗等弊端，促使教學方法、手段改革，有非常重要的現實意義，值得推廣。

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