虛擬仿真實(shí)驗(yàn)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(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的局限性，以“虛實(shí)結(jié)合、教研相長(zhǎng)”為教學(xué)理念，設(shè)計(jì)了分子生物學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)互動(dòng)平臺(tái)的教學(xué)流程，通過(guò)將虛擬仿真與真實(shí)實(shí)驗(yàn)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(yàn)，并在解決分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題和實(shí)現(xiàn)未來(lái)遠(yuǎn)程教育等方面有重要意義。

[關(guān) 鍵 詞] 虛擬實(shí)驗(yàn)；仿真實(shí)驗(yàn)；分子生物學(xué)

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

一、引言

仿真技術(shù)，是用一個(gè)系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)。虛擬仿真實(shí)際上是一種可創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。此種虛擬世界由計(jì)算機(jī)生成，可以是現(xiàn)實(shí)世界的再現(xiàn)，也可以是構(gòu)想中的世界，用戶可借助視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)及觸覺(jué)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(shí)驗(yàn)指借助多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)在計(jì)算機(jī)上營(yíng)造輔助、部分或全部替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(dòng)。

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(shí)，分子生物學(xué)又是一門實(shí)驗(yàn)性非常強(qiáng)的學(xué)科，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技能不但是對(duì)理論知識(shí)的重要延伸，還可直接體現(xiàn)學(xué)生的動(dòng)手能力，對(duì)培養(yǎng)、提升學(xué)生觀察問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力有十分重要的作用。但是囿于設(shè)備、經(jīng)費(fèi)、場(chǎng)地等因素，使分子生物學(xué)實(shí)踐教學(xué)存在著成本高、效率低、耗時(shí)長(zhǎng)、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(lái)創(chuàng)造一個(gè)讓學(xué)生隨時(shí)可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)與媒介也成了可能，這對(duì)解決分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題和實(shí)現(xiàn)未來(lái)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(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）教學(xué)設(shè)計(jì)理念：虛實(shí)結(jié)合、教研相長(zhǎng)

虛實(shí)結(jié)合，即系統(tǒng)由虛擬完成，細(xì)節(jié)由真實(shí)驗(yàn)證。通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可以完成分子生物學(xué)相關(guān)綜合性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)流程，獲得完整的知識(shí)系統(tǒng)與操作技能。通過(guò)生物化學(xué)與分子生物學(xué)開展的實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)生可以將虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)獲得的技能，在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)課程中操作驗(yàn)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(guò)種虛擬仿真與真實(shí)實(shí)驗(yàn)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(yàn)，創(chuàng)造自主化、個(gè)性化的教學(xué)模式。

教研相長(zhǎng)，即教學(xué)由實(shí)驗(yàn)完善，科研由討論啟發(fā)。通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，由此完善并反饋了理論教學(xué)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的學(xué)生提問(wèn)、話題討論、師生互動(dòng)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(shí)驗(yàn)思維體系的建立。

（二）教學(xué)設(shè)計(jì)路線：學(xué)生主體、教師評(píng)判、反饋互動(dòng)

為實(shí)現(xiàn)教、學(xué)統(tǒng)一，構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)互動(dòng)平臺(tái)時(shí)，應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)基本要素（如下圖）：（1）學(xué)生主體，學(xué)生通過(guò)登錄個(gè)人中心，完善個(gè)人信息，留下學(xué)習(xí)痕跡記錄；通過(guò)課程中心，完成虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及相關(guān)習(xí)題訓(xùn)練。（2）教師評(píng)判，教師通過(guò)登錄評(píng)價(jià)中心，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行批改，并對(duì)學(xué)生進(jìn)行階段性在線考試測(cè)評(píng)。（3）反饋互動(dòng)，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作的完成與教師評(píng)價(jià)的反饋發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題，通過(guò)與教師進(jìn)行的討論、溝通、答疑解決問(wèn)題，最終使學(xué)生的知識(shí)體系得到完善。

三、存在的問(wèn)題及展望

我國(guó)虛擬實(shí)驗(yàn)室尚未發(fā)展成熟，但是近幾年來(lái)，多媒體計(jì)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(guó)家對(duì)虛擬仿真研究的政策支持，使國(guó)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建立上還存在一些問(wèn)題，例如，（1）技術(shù)單一，虛擬實(shí)驗(yàn)軟件設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)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(duì)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(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合、教研相長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁小麗.虛擬實(shí)驗(yàn)在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的開發(fā)[J].高校實(shí)驗(yàn)室工作研究，2012（3）.