分子生物學(xué)虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探索與研究

吳畢莎

（莆田學(xué)院環(huán)境與生物工程學(xué)院，福建莆田 351100）

分子生物學(xué)(molecular biology)是在通過研究分子水平研究生物大分子結(jié)構(gòu)以及功能來闡明各種生命現(xiàn)象本質(zhì)的一門學(xué)科，其實(shí)驗(yàn)不但可以讓學(xué)生對(duì)理論知識(shí)有更深刻的理解，還能讓學(xué)生切身感受知識(shí)的應(yīng)用和掌握各種實(shí)驗(yàn)技能，故而實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的好壞直接影響該課程的教學(xué)效果[1]，為科研單位及后續(xù)的研究生培養(yǎng)提供創(chuàng)新人才的基礎(chǔ)。但分子生物學(xué)為微觀領(lǐng)域?qū)W科，其實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果大部分都是比較抽象的，學(xué)生不易理解。因此，在該課程中引入現(xiàn)代教育技術(shù)創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)虛擬環(huán)境，借助3D動(dòng)畫及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，生動(dòng)形象地再現(xiàn)該課程的實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)過程，做到實(shí)體實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)相互結(jié)合，相互補(bǔ)充，分別利用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，便于學(xué)生內(nèi)化課程知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作技能的培養(yǎng)，同時(shí)豐富教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效率，強(qiáng)化教學(xué)效果，彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足，減少實(shí)驗(yàn)室廢棄物排放對(duì)環(huán)境的污染和節(jié)省學(xué)校的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)[2-3]。

1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足

1.1 空間上的制約

傳統(tǒng)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是在實(shí)驗(yàn)室里完成的，教師將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的相關(guān)知識(shí)講授后學(xué)生開始實(shí)驗(yàn)操作并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果，最后撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。然而大部分學(xué)生寫出來的實(shí)驗(yàn)報(bào)告都大同小異，只是機(jī)械地抄寫實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)試劑及儀器以及實(shí)驗(yàn)步驟等，由于分子實(shí)驗(yàn)較為抽象，甚至實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，學(xué)生無法對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的描述，不會(huì)將實(shí)驗(yàn)過程所產(chǎn)生的現(xiàn)象與所學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行聯(lián)系與分析。其中原因之一是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，無法清晰地記住實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果甚至?xí)z漏，由于實(shí)驗(yàn)室是針對(duì)全院甚至全校開放，課程安排緊湊，開課率高，學(xué)生想要申請(qǐng)?jiān)俅螌?shí)驗(yàn)的話有可能會(huì)跟實(shí)驗(yàn)室所安排的課程有沖突，而在實(shí)驗(yàn)室之外學(xué)生又無法再次復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)過程[4]。

1.2 時(shí)間上的制約

在本科的教學(xué)大綱中，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)包含有目的基因的克隆，PCR產(chǎn)物的凝膠電泳，回收DNA片段，質(zhì)粒的構(gòu)建與轉(zhuǎn)化等實(shí)驗(yàn)。該課程具有實(shí)驗(yàn)前期耗時(shí)較長(zhǎng)以及實(shí)驗(yàn)過程的等待時(shí)間過長(zhǎng)等特點(diǎn)。若學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課堂上因?yàn)椴僮鞑划?dāng)造成實(shí)驗(yàn)失敗，想要再次重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作的可能性不大；其次，完整的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有等待時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于操作時(shí)間的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間不緊湊，學(xué)生無法完全理解該實(shí)驗(yàn)的完整流程，甚至不理解所開展的實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑楹?，只是機(jī)械地跟著實(shí)驗(yàn)步驟做，教學(xué)效果收效甚微[5]。

1.3 實(shí)驗(yàn)課程局限性

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件要求高，部分實(shí)驗(yàn)還需要大型貴重儀器，往往這些大型儀器的數(shù)量不多，無法為整個(gè)專業(yè)的學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)困難重重[6]。因此，教師在安排實(shí)驗(yàn)課程時(shí)還要結(jié)合本校現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，將要求高、不易執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)排除。同時(shí)，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中，所使用的試制有些為有毒高危物質(zhì)，在實(shí)驗(yàn)操作過程中，風(fēng)險(xiǎn)較大。教師在安排課程內(nèi)容時(shí)除了考慮實(shí)驗(yàn)條件之外，還要將涉及高危、高消耗的實(shí)驗(yàn)刪除[7]。實(shí)驗(yàn)課程的種種局限性將導(dǎo)致學(xué)生無法全面掌握該課程的實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)技能，影響了學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

2 虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

分子生物學(xué)“虛實(shí)結(jié)合”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是利用現(xiàn)代信息技術(shù)，將該實(shí)驗(yàn)課程的虛擬實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的一種教學(xué)模式。該模式以傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，在網(wǎng)絡(luò)上向?qū)W生提供在線虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的自由性較大，不受傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中“時(shí)、空”的制約[8]。另外，分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)操作者的實(shí)驗(yàn)技能要求較高，實(shí)驗(yàn)過程中的環(huán)境條件以及操作極大地影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展不能完全依靠虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，否則學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能將無法得到真正的鍛煉[9]。因此，應(yīng)該根據(jù)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不但要增加虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)虛實(shí)結(jié)合，保證傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的課時(shí)，課上嚴(yán)格要求學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力[10-11]。虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式不但能避免虛擬仿真實(shí)驗(yàn)所導(dǎo)致的動(dòng)手能力不足；又能向?qū)W生展現(xiàn)微觀世界的實(shí)驗(yàn)過程，促進(jìn)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解，既夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)，又增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)。

3 虛實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)合的創(chuàng)新

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)不再只是簡(jiǎn)單地局限于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的操作，還可發(fā)展3D立體眼鏡、數(shù)據(jù)手套、位置跟蹤器和頭盔顯示器等模擬現(xiàn)實(shí)的硬件產(chǎn)品，為學(xué)生提供了更加真實(shí)、更加具有操作感的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)和服務(wù)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和實(shí)踐操作能力[12]。

4 結(jié)語

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是生物專業(yè)本科學(xué)生的主干課程之一，引進(jìn)“虛實(shí)結(jié)合”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，不但能加強(qiáng)學(xué)生對(duì)微觀實(shí)驗(yàn)原理以及相關(guān)理論知識(shí)的理解，更深刻地理解實(shí)驗(yàn)過程，同時(shí)又兼顧實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，可以及時(shí)地引入教師的科研成果以及前沿的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，讓學(xué)生及時(shí)掌握新技能，達(dá)到教學(xué)促進(jìn)科研，科研反哺教學(xué)的目的。