虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用分析

劉玉蓮，紀(jì)朋艷，李慶華，方青

吉林醫(yī)藥學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，吉林吉林 132013

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)生為生活帶來了無數(shù)便捷，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中是以人為主體，人類從中獲得從未有過的體驗(yàn)。該研究所說的虛擬的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是通過計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)以及網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)相結(jié)合形成的系統(tǒng)軟件。它應(yīng)用了Flash編寫課件，匯集了圖片、視頻、音頻、動畫，創(chuàng)造了一個虛擬中的實(shí)驗(yàn)室。通過操作計(jì)算機(jī)就能夠進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)。具有多重特點(diǎn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)這種新型的仿真技術(shù)與分子生物學(xué)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)相互結(jié)合，完善了老師教授實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，彌補(bǔ)了生物教學(xué)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的不足之處，把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)發(fā)揮出最好的效果。為學(xué)生教學(xué)提供了更多的途徑。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已應(yīng)用在分子生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生獨(dú)立思考的能力以及創(chuàng)造力，取得了不錯的成果。針對這一技術(shù)，該研究作出了深刻具體的分析，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的含義

所謂虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是指人類利用計(jì)算機(jī)根據(jù)真實(shí)的環(huán)境設(shè)計(jì)并構(gòu)造的模擬世界的一項(xiàng)技術(shù)。它是一種多種信息組合交集成為三維立體視圖以及有真實(shí)能動性的仿真系統(tǒng)。它幾乎和真實(shí)世界一模一樣，人們仿佛置身其中。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）[1]是開啟這一類技術(shù)大門的鑰匙，是仿真技術(shù)的指路標(biāo)，是多種多媒體技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的組合。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)走在多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最前端，是值得更多的網(wǎng)絡(luò)人深入研究的課題。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)包含有：模擬環(huán)境、行為能力、感覺、感應(yīng)設(shè)備。所謂模擬環(huán)境，它是電腦設(shè)計(jì)出來的具有3D真實(shí)效果的場景。行為能力是說場景中的人物有自己的行為能力，和現(xiàn)實(shí)中的人物是一樣的，身體的各部位都可以活動，電腦進(jìn)行操控他們的行為能力。當(dāng)電腦發(fā)出某個指令時(shí)，他們會根據(jù)指令做出相應(yīng)的反應(yīng)，我們就可以看到他們的動作。感覺，眾所周知，是場景中的人物擁有五官的感受，比如，嗅覺、味覺、聽覺等等。感應(yīng)設(shè)備是指使三維立體視圖交匯在一起的設(shè)備。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)

作為新發(fā)展起來的仿真技術(shù)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)有很多特點(diǎn)，如下所示。

①與現(xiàn)實(shí)交集。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以說是一個仿真世界，它擁有著真實(shí)世界所擁有的一些事物，包括人類在內(nèi)。仿真世界里的人物和我們一樣有著感官以及能動性，唯一不同的是，它們需要我們用計(jì)算機(jī)來操作它們的行為[2]。

②很安全。安全是說可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行場景模擬演練，比如，演練各種火災(zāi)場景、各種地震場景等等。這樣有助于在現(xiàn)實(shí)生活中遇到這些情況時(shí)能夠冷靜處理，及時(shí)躲避，能夠自救以及救助別人，確保我們?nèi)祟惖娜松戆踩?/p>

③感覺置身其中。當(dāng)我們操作電腦時(shí)，就會覺得仿真世界里面的人物就是自己，仿佛置身其中，體驗(yàn)不同的世界。仿真世界的真實(shí)程度會讓你覺得和現(xiàn)實(shí)沒有任何區(qū)別。

④擁有感知能力。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)其中包含有感覺，這是說里面人物的感覺，他們有聽覺，味覺，嗅覺，以及它們還有運(yùn)動能力。

⑤有針對的處理問題。在虛擬演練中，我們可以根據(jù)自身的弱點(diǎn)進(jìn)行有針對性的練習(xí)，比如，當(dāng)自己無法處理火災(zāi)事故時(shí)，我們可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行演練，提高自己的應(yīng)對能力。

2 分子生物學(xué)

2.1 分子生物學(xué)概念

分子生物學(xué)是指以分子為單位來探究生命活動規(guī)律的一門科學(xué)。分子生物學(xué)主要是研究蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-核酸這一類分子的構(gòu)造以及合成[3]。探究其生命活動主要包括了人類的癌癥的病變，植物的光合作用生命活動中神經(jīng)的原理等等。

分子生物學(xué)是需要通過不斷試驗(yàn)，不斷用實(shí)踐證明理論的學(xué)科。它也是一門開放性學(xué)科，要求學(xué)生通過動手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析探究實(shí)驗(yàn)，最后得出結(jié)論。所以又說分子生物學(xué)的實(shí)踐性很強(qiáng)。

2.2 研究分子生物學(xué)的意義

所有生命現(xiàn)象的活動都是有規(guī)律的。就像生物都是由蛋白質(zhì)還有核酸組成的。分子生物學(xué)的研究為人類帶來了了解生命活動規(guī)律的機(jī)會，人們可以進(jìn)一步改變生物構(gòu)造作進(jìn)一步的研究，為人類造福。

2.3 相關(guān)應(yīng)用

①克隆技術(shù)。分子生物學(xué)作為一門新興邊緣的學(xué)科，它的研究成果能夠?yàn)槿祟愒旄?。雖然目前我們?nèi)蕴幵诳寺〖夹g(shù)的最初級階段，隨著科學(xué)家不斷探究以及實(shí)驗(yàn)，未來定會看到克隆技術(shù)所帶給我們的福音。

②DNA鑒定。隨著分子生物技術(shù)的不斷深入探索，科學(xué)家對基因的研究也有了很大的成果。DNA鑒定也為偵破案件提供了重要的證據(jù)。同時(shí)親子鑒定也可以通過DNA檢測獲得幫助。

③轉(zhuǎn)基因。轉(zhuǎn)基因（GMF）[4]是通過轉(zhuǎn)換物種之間的基因而得到的另一個物種。轉(zhuǎn)基因食品擁有了其它食品所沒有的能力，例如，轉(zhuǎn)基因食品防蟲蛀，延長了保質(zhì)期，而且是大批量生產(chǎn)，使生產(chǎn)成本減到最低，轉(zhuǎn)基因食品不分季節(jié)，可以隨時(shí)供應(yīng)，滿足人類的需要。但由于轉(zhuǎn)基因食品的好壞尚不明確，還有待進(jìn)一步研究實(shí)驗(yàn)。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的特點(diǎn)

虛擬實(shí)驗(yàn)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與生物教學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的產(chǎn)物，是利用操作計(jì)算機(jī)讓學(xué)生體驗(yàn)?zāi)M的生物實(shí)驗(yàn)，實(shí)質(zhì)上他就是計(jì)算機(jī)利用Flash技術(shù)開發(fā)的軟件系統(tǒng)，為學(xué)生提供環(huán)境、設(shè)備，就像在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室一樣。正是如此，虛擬實(shí)驗(yàn)有著真實(shí)實(shí)驗(yàn)室不可比擬的特點(diǎn)：①共同的系統(tǒng)。眾所周知，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的資源都是可以通過網(wǎng)絡(luò)共享的。也就是說，人人都可以看到、用到。而虛擬實(shí)驗(yàn)證正是有這一特點(diǎn)，它可以通過計(jì)算機(jī)目錄檢索，學(xué)生所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)、文件、電子圖書，甚至是以前操作的實(shí)驗(yàn)都能找到。學(xué)生通過共享資源，節(jié)省了時(shí)間，提高了學(xué)習(xí)效率。②交流信息。資源可以在計(jì)算機(jī)上共享，同樣的，在虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，學(xué)生可以盡情的交流，交換意見。③學(xué)生自由操作。虛擬實(shí)驗(yàn)是由計(jì)算機(jī)操作完成，學(xué)生通過操作計(jì)算機(jī)完成實(shí)驗(yàn)成果。所以學(xué)生擁有操作的權(quán)利，可以對虛擬儀器的使用進(jìn)行操作。還可以隨時(shí)上傳相關(guān)數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)等等。④軟件升級。隨著社會發(fā)展迅速，信息步伐加快。虛擬實(shí)驗(yàn)也需要更新?lián)Q代，軟件需要升級。各種環(huán)境都需要被改變。我們也要跟上時(shí)代的腳步，隨時(shí)準(zhǔn)備虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行擴(kuò)充。⑤設(shè)備先進(jìn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是新興的一種技術(shù)，所以在設(shè)備上都是采用最先進(jìn)的。當(dāng)然，虛擬實(shí)驗(yàn)的儀器也是最好的。

4 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

經(jīng)過多次總結(jié)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有以下幾個問題。

4.1 兩者發(fā)展不健全

在分子生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容一直都很盲目注重實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，對于實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方面設(shè)想的偏少。教學(xué)中更注重實(shí)驗(yàn)，而忽略了學(xué)生的綜合能力的培養(yǎng)。學(xué)生沒有設(shè)計(jì)過程，就不會了解整個實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路，及時(shí)得到了實(shí)驗(yàn)結(jié)論，也只是匆匆記住結(jié)果而已。老師的這種教學(xué)模式，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生的能力發(fā)展。學(xué)生并沒有從教學(xué)中學(xué)到任何技能。學(xué)生應(yīng)該全面掌握實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，從設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析探究實(shí)驗(yàn)，最后得出結(jié)論。這樣才能與現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行銜接。

而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也是目前新興的仿真技術(shù)，還需要不斷的完善。對于生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)這一模塊沒有進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，使用起來會很困難。在使用計(jì)算機(jī)操作虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)上，老師和學(xué)生應(yīng)提高使用計(jì)算機(jī)的能力。

4.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件設(shè)計(jì)和上機(jī)操作問題

在設(shè)計(jì)軟件時(shí)，設(shè)計(jì)者要和相關(guān)實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行溝通，使設(shè)計(jì)出來的軟件能夠方便使用。讓老師能夠教會學(xué)生應(yīng)用軟件，同時(shí)能夠讓學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)并得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。老師與學(xué)生共同學(xué)習(xí)，不僅有生物實(shí)驗(yàn)，還有計(jì)算機(jī)軟件操作的問題。

4.3 現(xiàn)實(shí)與虛擬的空間問題

使用了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)生就進(jìn)入到了另一個世界，在其中體驗(yàn)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)。兩者的感受是截然不同的，學(xué)生不能沉浸在虛擬的世界中而忘記了教學(xué)的重點(diǎn)[5]。

5 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的對策

5.1 加強(qiáng)對計(jì)算機(jī)軟件的學(xué)習(xí)

首先，學(xué)生要進(jìn)行計(jì)算機(jī)培訓(xùn)，以保證學(xué)生都能夠達(dá)到操作計(jì)算機(jī)的能力。其次，統(tǒng)一由軟件人員進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)的生物實(shí)驗(yàn)的軟件的培訓(xùn)課程。教會學(xué)生操作軟件，并能靈活掌握。以便學(xué)生能順利操作實(shí)驗(yàn)，并得出正確結(jié)論。

5.2 完善分子生物教學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)

進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生教育中必行之路，而且教學(xué)目標(biāo)中明確提出要求學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與操作。有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，提高學(xué)生的專業(yè)知識水平。

5.3 加強(qiáng)兩者合作交流

軟件設(shè)計(jì)者與生物實(shí)驗(yàn)人員要多溝通，使兩者的結(jié)合得到更好地發(fā)展。同時(shí)也促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用在教育中有更好的發(fā)展前景。

5.4 課前對學(xué)生進(jìn)行教學(xué)指導(dǎo)

要讓學(xué)生充分了解軟件操作的目的是為了更好地、更加逼真地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，分清現(xiàn)實(shí)與虛擬。學(xué)生在軟件操作中學(xué)習(xí)知識，理解知識，充分了解實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程與操作過程及最后得出的結(jié)論。提高了分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

6 結(jié)語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種新興的仿真技術(shù)，它為人類的生活帶來了便捷，解決了人類對危險(xiǎn)環(huán)境的及時(shí)應(yīng)對問題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)深入教學(xué)作為一種模式值得被重視。它解決了學(xué)校教育中教學(xué)過程的不完善，硬件設(shè)施的缺乏，教學(xué)環(huán)境等問題。從更開闊的視野以及多重的角度參透教育的特點(diǎn)，并對其開展一系列問題的分析研究。學(xué)生可以在過程當(dāng)中進(jìn)行深入探索和自主學(xué)習(xí)，為學(xué)生學(xué)習(xí)知識增加了樂趣，提高了學(xué)習(xí)的積極性。同時(shí)對計(jì)算機(jī)的操作，也提高了學(xué)生的綜合能力，獨(dú)立思考能力以及主觀能動性。使學(xué)生更加積極向上，提高教學(xué)的質(zhì)量和效果。不過，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展尚處于起步階段，還存在很多問題沒有得到解決，還需要進(jìn)一步研究[6]。

[1]Ruwei Yun.VR for explaining the concept“relative motion in physics”Eurographics/ACM SIGGRAPH Workshop on Compute[J].Graphics Education，2014（6）.

[2]徐輝，馬秀峰.虛擬現(xiàn)實(shí)教育應(yīng)用探析[J].山西師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2013,24(6):95-97.

[3]張璇.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的探討[J].邢臺職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2014,26(3):6-8.

[4]Brent G Wilson.Metaphors for Instruction:Why We Talk About Learning Environments Educational Technology[J].2013.

[5]陳曉歡，王穎穎，左云飛．虛擬實(shí)驗(yàn)室在分子診斷學(xué)中的應(yīng)用[J]．實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理，2015，14（1）：126－128.

[6]劉梅.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用探究[J].時(shí)代人物教學(xué)園地,2014(11):145.