基于虛擬仿真技術(shù)的高校分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

杜思雯

成都大學(xué) 四川 成都610000

引言

分子生物學(xué)主要是從分子層面探索生命本質(zhì),其主要的研究?jī)?nèi)容為RNA、DNA等,內(nèi)容較為抽象,學(xué)生理解難度大,傳統(tǒng)高校分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式成本較高,且會(huì)在同一實(shí)驗(yàn)上花費(fèi)大量的時(shí)間,具有較長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)周期,教學(xué)效果提升緩慢,需要考慮將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,進(jìn)行合理改革。

1 改革教學(xué)理念,正確認(rèn)識(shí)虛擬仿真技術(shù)

基于虛擬仿真技術(shù),相關(guān)教育工作者需要正確認(rèn)識(shí)虛擬仿真技術(shù)在高校分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所起到的作用,其可以有效降低實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性。部分分子生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)會(huì)對(duì)人體、環(huán)境等產(chǎn)生一定程度的危害,如果控制不好會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境損失,而在其中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)則可以有效避免。例如,針對(duì)提取相關(guān)生物DNA 的實(shí)驗(yàn)過程中,傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方式會(huì)應(yīng)用三氯甲烷,這種化學(xué)試劑具有易燃助燃易制毒的化學(xué)性質(zhì),在公安部門的管制范圍內(nèi),其獲取途徑不易的同時(shí)具有較大的實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)此,實(shí)驗(yàn)教師就可以采用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行授課,開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn),避免危險(xiǎn)化學(xué)試劑出現(xiàn)在實(shí)際課堂中,讓學(xué)生可以更加清楚的觀察到實(shí)驗(yàn)情況,明確危險(xiǎn)化學(xué)試劑的使用方式,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的理解,避免發(fā)生安全事故,保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的綜合效益[1]。

2 改革教學(xué)方法,合理設(shè)置生物學(xué)實(shí)驗(yàn)

受高校分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)顯示過于微觀,原理較為抽象的影響,其實(shí)際需要取用的相關(guān)試劑量很少,甚至以微升計(jì)算,部分實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)現(xiàn)象用肉眼是無法進(jìn)行感知的,往往需要完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)才能知道實(shí)驗(yàn)成果。對(duì)此,教師可以轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)方法,利用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行可視化微觀性的實(shí)驗(yàn)。例如,在PCR實(shí)驗(yàn)中,針對(duì)DNA的延伸、變性以及復(fù)性等內(nèi)容,教師就可以采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn),使其和傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)操作可以有效銜接,重點(diǎn)部分重點(diǎn)呈現(xiàn),將以往不可用肉眼獲取的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行展示,吸引學(xué)生注意,充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提升學(xué)生課堂參與度,加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解。此外,這種教學(xué)方式需要教師做好對(duì)實(shí)驗(yàn)的分析,先保證自身對(duì)實(shí)驗(yàn)的充分掌握,然后再根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、基本學(xué)情,進(jìn)行合理選擇,明確基于虛擬仿真技術(shù)的高校生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革并非完全摒棄傳統(tǒng)教學(xué)方式。

3 改革教學(xué)安排,縮短生物學(xué)實(shí)驗(yàn)周期

高校分子生物學(xué)中的部分實(shí)驗(yàn)有很長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)周期,單純依靠有限的課堂時(shí)間并不能有效完成,實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率低下。對(duì)此,教師應(yīng)當(dāng)結(jié)合虛擬仿真技術(shù)做好教學(xué)安排,將較長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)周期的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì),減少實(shí)驗(yàn)等待時(shí)間,讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的反應(yīng)可以更加緊湊,為學(xué)生提供一個(gè)更加系統(tǒng)化的知識(shí)體系。例如,教師可以將southern的雜交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成虛擬實(shí)驗(yàn),這一實(shí)驗(yàn)在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方式中想要全面完整的完成一般都需要兩天甚至更多的時(shí)間,而利用虛擬仿真技術(shù)優(yōu)化基因組制備DNA、DNA轉(zhuǎn)移以及洗膜檢測(cè)等環(huán)節(jié)的時(shí)間消耗,將實(shí)驗(yàn)時(shí)間控制在教學(xué)課堂時(shí)間內(nèi),可以提升教學(xué)效率。教師需要讓學(xué)生自行登錄虛擬仿真平臺(tái),引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)原理、進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)、自測(cè)習(xí)題以及交流互動(dòng)等,優(yōu)化教學(xué)各環(huán)節(jié)的時(shí)間比,保證教學(xué)質(zhì)量,縮短實(shí)驗(yàn)周期[2]。

4 改革教學(xué)形式,降低生物學(xué)實(shí)驗(yàn)成本

虛擬仿真技術(shù)在高校生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用可以有效降低實(shí)驗(yàn)成本,其可以為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供豐富多樣的教學(xué)資源,促進(jìn)高校教育資源的合理分配。對(duì)此,需要教師調(diào)整教學(xué)形式,增加虛擬仿真技術(shù)在教學(xué)過程中的應(yīng)用范圍和程度,在保證學(xué)生和先進(jìn)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)有充分接觸的同時(shí)避免過多的實(shí)驗(yàn)投入。例如,針對(duì)在傳統(tǒng)教學(xué)形式中需要花費(fèi)大量資金的實(shí)驗(yàn),如RT-PCR 實(shí)驗(yàn)中對(duì)價(jià)格高昂的反轉(zhuǎn)錄試劑盒的購買、熒光定量PCR實(shí)驗(yàn)中需要配置熒光定量PCR儀等,教師可以采用虛擬實(shí)驗(yàn)的形式進(jìn)行教學(xué),在虛擬環(huán)境中為學(xué)生引進(jìn)先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器,講授先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方法,節(jié)省實(shí)驗(yàn)資金,促進(jìn)高校更好的發(fā)展。此外,這種教學(xué)形式還可以打破實(shí)驗(yàn)教學(xué)的空間界限,學(xué)生可以利用移動(dòng)終端隨時(shí)隨地的登錄虛擬仿真平臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn),降低傳統(tǒng)教學(xué)形式對(duì)實(shí)驗(yàn)室的依賴,在一定程度上也可以降低實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。

5 改革考核方式,最大化提升教學(xué)效果

傳統(tǒng)高校分子生物學(xué)在實(shí)驗(yàn)上的成績(jī)一般是由學(xué)生出勤率、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)操作表現(xiàn)構(gòu)成,較為單一,且有較大的機(jī)械性,對(duì)學(xué)生的創(chuàng)造思維和積極性都沒有良好的提升作用,很容易使學(xué)生之間存在相互抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告的情況,不利于考核的順利進(jìn)行。對(duì)此,教師可以利用虛擬仿真技術(shù)改革考核方式,發(fā)展生動(dòng)多樣的考核方式,將學(xué)生學(xué)習(xí)效果真實(shí)客觀的反映出來。例如,教師可以在進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)過程中設(shè)置相應(yīng)的考核題目,人為性的增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)難度,根據(jù)學(xué)生解決方式、時(shí)間等情況制定梯級(jí)成績(jī)?cè)u(píng)定范圍,并在成績(jī)最終生成上根據(jù)教師認(rèn)為需要增加的考核指標(biāo)明確學(xué)生在評(píng)定范圍內(nèi)的具體分?jǐn)?shù),如學(xué)生出勤率、學(xué)習(xí)態(tài)度等,使考核方式“尺度”和“溫度”共存,引起學(xué)生注意,讓學(xué)生端正學(xué)習(xí)態(tài)度,避免隨意性進(jìn)行實(shí)驗(yàn),保證高校分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革質(zhì)量。

結(jié)語

總而言之,高校分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和虛擬仿真技術(shù)相結(jié)合可以有效保證教學(xué)質(zhì)量,降低教學(xué)成本,縮短實(shí)驗(yàn)周期,可以讓學(xué)生更好的理解相關(guān)知識(shí),在一定程度上可以有效規(guī)避實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn),從而用高質(zhì)量的分子生物學(xué)教學(xué)為社會(huì)提供專業(yè)素質(zhì)更強(qiáng)的人才。