利用網絡虛擬實驗技術提升中醫藥類院校學生科研能力

劉博　劉葉舟　成紹武

摘 要：信息技術的快速發展對發達國家大學生物實驗教育的方式產生了重大的影響。發達國家大學利用多媒體、仿真及網絡等技術運用在計算機硬件操作環境上， 建立網絡虛擬實驗室。此類實驗起到輔助、部分替代甚至全部替代傳統實驗各操作環節。實驗者在模擬真實的操作環境中完成各種實驗項目，所取得的實驗效果等同于或優于在真實環境中所獲得的效果，這已成為現代實驗教育技術發展的必然趨勢[1]。

關鍵詞：信息技術 科研能力 虛擬實驗

一、概述

大學實驗是培養學生實驗能力、科研素養和科研方法的基礎課程，是大學本科生接受系統實驗方法和實驗技能訓練的開始階段。隨著網絡 3D 技術、虛擬現實實驗平臺技術的發展，發達國家大學構建開放式網絡虛擬實驗教學系統，把教學實驗室的數字化和虛擬化，為學生建立了虛擬實驗平臺和開放實驗室管理系統。學生在此平臺上可動手設置、連接、調節和使用虛擬實驗儀器設備。與真實實驗類似，師生可利用虛擬器材庫中的器材自由設計、搭建合理的經典實驗[2]。

二、虛擬現實實驗介紹

1.低年級虛擬教學模式

美國伊利諾伊大生物學專業從 2001 年就開始使用遠程網絡實驗（iLabs） 教育系統。學生接觸到先進的生物學技術。具體虛擬實驗包括疾病的診斷、DNA 指紋圖譜實驗、DNA限制性內切酶酶，學生通過上機操作、數據輸入和分析獲得實驗結果[3-4]

2.高年級虛擬實驗模擬真實工廠實驗操作間

在美國俄勒岡大學高年級生物學專業的學生的實驗模式是圍繞模擬復雜的生物反應過程而展開[5]。通過計算機建模。除了增加提供的重要背景信息過程，此前要召開討論會，指導教師舉行討論會有兩個目的： ①確保學生準備實驗完善。②提高學生在討論會上表達能力。教師也會根據學生在不同實驗階段的的表現打分。學生在模擬實驗后，要做15 min的口頭報告。最后，學生要匯總書寫一個完整的報告包括實驗結果和備忘錄。

3.高級虛擬實驗的四個優點

（1）經濟：虛擬實驗材料可反復使用，比真實實驗要節約成本。

（2）安全：一個在模擬工廠作業的實驗中，學生不使用危險的化學試劑，實驗也不產生任何有毒的化學廢物。

（3）真實性：時間和預算成本都需要學生提前做好計劃，這種預算計劃更接近模擬真實工廠化作業。

（4）靈活性：充分發揮高級實驗室的功能，這些模式可被用于其他課程。

4.高級虛擬實驗相比普通虛擬實驗的三個特點

①為學生提供整合知識和技能的平臺。②為學生做真實實驗打基礎，即要求學生完成一些應用性的科研項目，為學生提供參與真實實驗的機會，讓學生把所學知識和技能用于解決實際問題。③鍛煉學生的科研能力，為學生進入更高層次研究領域的學習或職業領域的工作做準備。

三、總結

1.網絡虛擬實驗室的積極作用體現在：

（1）打破實驗地理空間的限制。充分利用網絡， 降低理工科學生在實驗中對真實實驗設備的依賴性， 學生在有網絡的地方都可以做實驗， 自由安排自己的實驗時間， 促進了建立良好的自主學習環境和自主的學習習慣。

（2） 打破實驗教學時間的限制 。充分利用網絡， 可降低對真實實驗學時數的制約， 學生可以在任何時候， 通過課堂外時間的彌補， 有效地提高了實驗的效果。尤其是學生的任何一個思想火花或者突發的思考， 都可以及時驗證， 為學生的創新思維提供了保障。

（3）隨著城市空間資源的進一步緊張， 許多高校都存在多校區、跨校區的問題。網絡虛擬實驗可以全天候在網上開放， 學生做實驗不受時間、場地的限制， 使實驗內容更靈活、設計更多元化，自我發揮的空間更大。

2.信息技術、網絡技術革新了實驗教學手段

21 世紀是網絡的時代， 是信息技術高速發展的時代， 只有充分利用和使用各種新技術， 才能使教學適應時代發展的需要。采用信息技術、網絡技術和現代化的實驗教學手段相結合是未來高等教育實驗教學改革研究的主要方向] 。這種網絡虛擬實驗教學， 是對實驗教學方法、實驗內容的改革 ， 在重視學生基本技能訓練的同時， 培養學生的自主設計能力和創新能力， 而且， 一定程度上改變學生網絡利用上的一些錯誤傾向， 起到良好的引導作用， 使信息技術和教學手段得到了無縫鏈接。

參考文獻

[1]劉志廣，楊二霞，劉素花.基于外部數據傳遞構建綜合化學實驗網絡虛擬實驗室[J].計算機與應用化學，2008，20（1）：115-119.

[2]孫銘娟，王梁華，黃才國，等.分子生物學虛擬實驗教學軟件的設計與應用探索[J].中國醫學教育技術，2011，25（3）：284.[3]劉新鈺，任雪浩，郭亞軍，等.基于條碼技術的檔案條碼管理系統設計與研究[J].檔案管理，2008（2）：53-54.

[3]胡清讓.條碼技術在檔案管理中的應用研究[J].開封大學學報，2007，21（2）：86-87.

[4]勞力.高校人事檔案管理引入條形碼技術初探[J].北京科技大學學報：社會科學版，2008，24（2）：26-28.

[5]克里斯汀·凱利，伊迪絲·格默，米路科·列茨基.使用虛擬實驗室教實驗設計———發展、實施和評估虛擬生物實驗室[J].美國工程教育學會.

作者簡介

劉博，男，漢，湖南長沙，講師，博士，湖南中醫藥大學藥學院。

通訊作者

成紹武，男，漢，湖南長沙，特聘教授，博士，湖南中醫藥大學中西醫結合學院。