利用虛擬實驗室提高醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量研究

摘 要 實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和實驗技能的重要方式，但傳統(tǒng)實驗教學(xué)存在諸多限制。虛擬實驗室通過其直觀、互動的教學(xué)體驗，有效提升了學(xué)生的理解能力和實驗技能，同時培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。然而，其引入也帶來了教學(xué)方法的轉(zhuǎn)變、學(xué)生適應(yīng)性及評估難度等方面的問題。為此，文章提出了創(chuàng)新教學(xué)模式、漸進式引導(dǎo)學(xué)習(xí)及多維度評估等策略，以更有效地整合虛擬實驗室資源，進而提升實驗教學(xué)質(zhì)量，更好地培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰涂茖W(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 虛擬實驗室；醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)；實驗教學(xué)

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.26.018

Research on Utilizing Virtual Laboratories to Improve the Quality of

Medical Molecular Biology Experimental Teaching

CUI Jiajun， PENG Xinyi

（Yichun University， Yichun， Jiangxi 336000）

Abstract Experimental teaching is an important part of cultivating students' scientific literacy and experimental skills， but traditional experimental teaching has many limitations. The virtual laboratory effectively enhances students' comprehension and experimental skills through its intuitive and interactive teaching experience， while cultivating their innovation ability. However， its introduction has also brought about changes in teaching methods， student adaptability， and difficulty in assessment. To this end， the article proposes innovative teaching models， progressive guided learning， and multidimensional evaluation strategies to more effectively integrate virtual laboratory resources， thereby improving the quality of experimental teaching and better cultivating students' experimental abilities and scientific literacy.

Keywords virtual laboratory; medical molecular biology; experimental teaching

醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和實驗技能的重要環(huán)節(jié)。通過實驗，學(xué)生能夠更直觀地理解分子生物學(xué)的理論知識和實驗技術(shù)，進而提高其獨立思考和解決問題的能力。然而，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)往往受限于實驗設(shè)備、實驗材料以及實驗時間等諸多因素，難以滿足日益增長的教學(xué)需求。因此，如何提高醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量，成了教育領(lǐng)域亟待解決的問題。

1 虛擬實驗室對提高實驗教學(xué)質(zhì)量的積極作用

1.1 提升學(xué)生理解能力

虛擬實驗室通過高度仿真的圖形界面和交互式操作，為學(xué)生提供了一個直觀的學(xué)習(xí)環(huán)境。在這種環(huán)境下，學(xué)生可以直接觀察到分子結(jié)構(gòu)、生物化學(xué)反應(yīng)等微觀世界的現(xiàn)象，從而更深入地理解醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)的相關(guān)知識。例如，通過虛擬實驗室模擬DNA復(fù)制過程，學(xué)生可以清晰地看到DNA雙螺旋的解開、引物的結(jié)合、DNA聚合酶的作用等步驟，這種直觀的學(xué)習(xí)方式無疑能加深學(xué)生對知識的理解[1]。

1.2 技能培養(yǎng)與創(chuàng)新能力提升

虛擬實驗室不僅提供了豐富的實驗操作場景，還允許學(xué)生在安全的環(huán)境中進行自由探索和實踐。這種自由度極高的學(xué)習(xí)方式，有助于培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能和創(chuàng)新能力。學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中反復(fù)練習(xí)實驗操作，直至熟練掌握；同時，他們還可以嘗試不同的實驗方案，觀察并記錄結(jié)果，從而培養(yǎng)其創(chuàng)新思維和解決問題的能力。

1.3 虛擬實驗室的優(yōu)勢

相較于傳統(tǒng)實驗教學(xué)，虛擬實驗室具有多方面的優(yōu)勢。首先，虛擬實驗室打破了時間和空間的限制，學(xué)生可以隨時隨地進行學(xué)習(xí)，大大提高了學(xué)習(xí)的靈活性和效率。其次，虛擬實驗室降低了實驗成本和安全風(fēng)險，使得更多學(xué)生有機會親身參與實驗操作。最后，虛擬實驗室提供了更為豐富的實驗場景和案例，有助于學(xué)生全面了解實驗內(nèi)容，拓寬知識視野。然而，值得注意的是，虛擬實驗室并不能完全替代傳統(tǒng)實驗教學(xué)，二者應(yīng)相互補充，共同促進實驗教學(xué)質(zhì)量的提升。例如，一些基礎(chǔ)實驗操作和實驗儀器的使用仍需通過傳統(tǒng)實驗教學(xué)進行實踐，而虛擬實驗室則可以為學(xué)生提供更多創(chuàng)新和探索的機會。

2 在醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)實驗教學(xué)中利用虛擬實驗室面臨的挑戰(zhàn)

2.1 教學(xué)方法轉(zhuǎn)變的挑戰(zhàn)

實驗教學(xué)在醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)領(lǐng)域中占據(jù)著舉足輕重的地位。傳統(tǒng)模式下，教師依賴實地演示，學(xué)生則通過親手操作來掌握實驗技能。然而，隨著虛擬實驗室技術(shù)的崛起，這一傳統(tǒng)的教學(xué)模式正面臨著深刻的變革。

虛擬實驗室所帶來的教學(xué)轉(zhuǎn)變，遠非簡單的技術(shù)替換，而是一場涉及教育理念、教學(xué)方法乃至師生互動模式的全面革新。教師從傳統(tǒng)的“傳授者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙龑?dǎo)者”，而學(xué)生則從被動的“接受者”變?yōu)橹鲃拥摹疤剿髡摺?。這一角色的轉(zhuǎn)變，對于習(xí)慣了傳統(tǒng)教學(xué)模式的師生而言，無疑是一次巨大的挑戰(zhàn)[2]。

更為關(guān)鍵的是，虛擬實驗室的功能和特點決定了其教學(xué)方法必須更加靈活和多樣。例如，教師可以通過設(shè)定復(fù)雜的實驗場景，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中進行探索式學(xué)習(xí)，這既培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，也對教師的教學(xué)設(shè)計提出了更高的要求。教師不僅需要熟悉和掌握虛擬實驗室的各項功能，還要將這些功能與教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合，創(chuàng)造出富有吸引力和挑戰(zhàn)性的教學(xué)環(huán)境。

2.2 學(xué)生適應(yīng)性問題

隨著技術(shù)的不斷進步，虛擬實驗室在實驗教學(xué)中的應(yīng)用日益廣泛。然而，對于長期接受傳統(tǒng)實驗教學(xué)的學(xué)生來說，突然從實體實驗室轉(zhuǎn)向虛擬環(huán)境，無疑是對其適應(yīng)性的挑戰(zhàn)。

首先，虛擬實驗室雖然能夠模擬真實的實驗環(huán)境，但畢竟與實際操作有所不同。一些學(xué)生可能會因為缺乏真實的觸感、氣味等感官體驗而感到不適應(yīng)。他們可能會覺得虛擬環(huán)境中的實驗操作過于機械化，缺乏真實實驗中的靈活性和不可預(yù)測性。其次，新技術(shù)的引入往往伴隨著學(xué)習(xí)曲線的上升。對于不熟悉虛擬實驗室操作的6/2VPFnS0P2UJn46k3UAFk9Re69EAdvW9o75GiuNj0o=學(xué)生來說，他們需要花費額外的時間和精力去熟悉和掌握新的操作方式。這不僅可能增加學(xué)生的學(xué)習(xí)負擔(dān)，還可能導(dǎo)致一些學(xué)生在初期產(chǎn)生挫敗感和抵觸情緒。最后，虛擬實驗室中的互動方式也與傳統(tǒng)實驗有所不同。在虛擬環(huán)境中，學(xué)生需要通過特定的界面和工具進行交互，這可能與他們習(xí)慣了的實體操作方式存在較大差異。因此，如何幫助學(xué)生順利過渡并適應(yīng)這種新的學(xué)習(xí)方式，是當前面臨的一個重要挑戰(zhàn)。

2.3 評估難度增加

實驗教學(xué)評估一直是教育領(lǐng)域的重要環(huán)節(jié)，它不僅關(guān)乎學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，還是教師教學(xué)效果的重要反饋。然而，隨著虛擬實驗室在實驗教學(xué)中的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的評估方式正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。

在虛擬實驗室環(huán)境中，學(xué)生的實驗操作、數(shù)據(jù)記錄和分析過程都以數(shù)字化的形式呈現(xiàn)，這使得傳統(tǒng)的觀察評估方式難以直接應(yīng)用。例如，教師無法像在傳統(tǒng)實驗室中那樣直觀觀察學(xué)生的操作步驟和實驗習(xí)慣，從而難以對學(xué)生的實驗技能進行全面準確的評估。虛擬實驗室中的實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果也以數(shù)字7THjyrlZpefvLxxKz1sB+yLM40WZEKGEeZVUDbIQ/xw=化的形式存儲和呈現(xiàn)，這使得評估過程中可能存在數(shù)據(jù)篡改或偽造的風(fēng)險。如何確保評估的公正性和準確性，防止學(xué)生利用技術(shù)手段作弊，也是當前評估工作面臨的一大難題[3]。

因此，隨著虛擬實驗室在實驗教學(xué)中的普及，教師需要不斷探索和創(chuàng)新評估方式和方法，以適應(yīng)新的教學(xué)環(huán)境并確保評估的準確性和公正性。這不僅需要教師具備更高的專業(yè)素養(yǎng)和評估能力，還需要教育機構(gòu)和技術(shù)提供商的共同努力和支持。

3 解決方案

3.1 創(chuàng)新教學(xué)模式與技術(shù)培訓(xùn)

隨著科技的進步，傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式正面臨前所未有的挑戰(zhàn)與機遇。為了應(yīng)對這些變革并引領(lǐng)教育的新潮流，教師必須積極接納并掌握新技術(shù)，將傳統(tǒng)實驗教學(xué)與虛擬實驗教學(xué)有機融合，從而創(chuàng)新教學(xué)模式。

首先，教師需要全面而深入地理解虛擬實驗室的教學(xué)理念和技術(shù)細節(jié)。這不僅僅是對新技術(shù)的簡單應(yīng)用，還是一場教育理念的革新。為此，教育機構(gòu)或技術(shù)供應(yīng)商應(yīng)提供專業(yè)的培訓(xùn)課程，內(nèi)容涵蓋虛擬實驗室的基本原理、操作技巧、教學(xué)設(shè)計等多個方面。通過這些專業(yè)培訓(xùn)，教師可以更加熟練地運用虛擬實驗室，將其優(yōu)勢最大化，從而提升實驗教學(xué)的質(zhì)量和效果。其次，跨學(xué)科合作是創(chuàng)新教學(xué)模式的關(guān)鍵一環(huán)。虛擬技術(shù)的引入為實驗教學(xué)提供了更多的可能性和創(chuàng)新空間。教師可以與計算機科學(xué)、教育技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域的專家進行深度合作，共同探索如何將虛擬技術(shù)更有效地融入實驗教學(xué)。這種跨學(xué)科的合作不僅可以拓寬教師的教學(xué)視野，還可以為學(xué)生提供更為豐富和多樣的學(xué)習(xí)體驗。

為了進一步提升教師的教學(xué)水平和創(chuàng)新能力，應(yīng)定期舉辦教學(xué)研討會和工作坊。這些活動可以為教師提供一個交流和學(xué)習(xí)的平臺，促進教師間的知識共享和經(jīng)驗交流。通過分享成功案例、探討教學(xué)難題，教師可以不斷完善自己的教學(xué)方法和策略，從而提升實驗教學(xué)的效果。同時，這些活動還可以激發(fā)教師的創(chuàng)新思維，推動實驗教學(xué)向更高層次、更廣領(lǐng)域發(fā)展。

3.2 漸進式引導(dǎo)與互動式學(xué)習(xí)

針對學(xué)生的適應(yīng)性問題，漸進式的教學(xué)方法是一種十分有效的策略。這一方法的核心理念在于逐步引導(dǎo)學(xué)生，從簡單到復(fù)雜，從已知到未知，以便學(xué)生能夠平穩(wěn)過渡到新的學(xué)習(xí)環(huán)境。

在課程設(shè)計的初始階段，教師應(yīng)精心挑選一系列基礎(chǔ)而簡單的虛擬實驗，讓學(xué)生初步接觸并體驗虛擬實驗環(huán)境。這些實驗不僅應(yīng)涵蓋基本的實驗原理和操作技能，還應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的興趣和好奇心。通過這一階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以熟悉虛擬實驗室的基本操作和界面，為后續(xù)開展更復(fù)雜的實驗打下堅實的基礎(chǔ)。隨著課程的深入，教師應(yīng)逐漸增加實驗的復(fù)雜性和難度。這不僅可以挑戰(zhàn)學(xué)生的思維能力，還能促使他們不斷適應(yīng)并掌握更高級的實驗技能。在這一過程中，教師可以通過設(shè)置不同難度級別的實驗任務(wù)來引導(dǎo)學(xué)生逐步提升自己的實驗?zāi)芰?。同時，利用虛擬實驗室所特有的交互性，教師可以設(shè)計出富有創(chuàng)意的互動式學(xué)習(xí)任務(wù)。這些任務(wù)可以是模擬真實場景的實驗操作，也可以是解決特定問題的探究活動，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望[4]。例如，教師可以設(shè)定一個與現(xiàn)實生活緊密相關(guān)的實驗主題，讓學(xué)生通過虛擬實驗室進行自主探究，并鼓勵他們提出自己的見解和解決方案。

為了進一步營造良好的學(xué)習(xí)氛圍，教師還可以設(shè)立線上討論區(qū)和線下小組研討會。線上討論區(qū)可以為學(xué)生提供一個隨時交流和分享的平臺，讓他們能夠及時解決在虛擬實驗中遇到的問題，同時也能分享自己的實驗心得和體驗。而線下小組研討會則可以促進學(xué)生之間的面對面交流與合作，加深他們對虛擬實驗的理解和掌握。通過這些互動式學(xué)習(xí)活動，學(xué)生可以更快地適應(yīng)新的學(xué)習(xí)方式，同時也能培養(yǎng)他們的團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新思維。

3.3 多維度評估與數(shù)據(jù)驅(qū)動反饋

針對虛擬實驗教學(xué)評估難的問題，構(gòu)建一個多維度、全面而細致的評估體系顯得尤為重要。這一體系不僅應(yīng)涵蓋傳統(tǒng)的實驗操作考核，還應(yīng)注重對學(xué)生在虛擬實驗環(huán)境中展現(xiàn)的決策、問題解決及創(chuàng)新思維能力的考量。

首先，傳統(tǒng)的實驗操作考核仍然是評估學(xué)生實驗技能的重要手段。然而，在虛擬實驗環(huán)境中，這一考核可以更加精細和客觀。通過設(shè)定明確的操作標準和評分準則，教師可以準確評估學(xué)生在實驗操作中的熟練度、準確性和規(guī)范性。其次，為了更全面地評價學(xué)生的實驗?zāi)芰Γ處熜枰P(guān)注學(xué)生在虛擬實驗中的決策過程和問題解決能力。例如，可以設(shè)計包含多個決策點的復(fù)雜實驗任務(wù)，觀察并評估學(xué)生在面對不同情境時的決策合理性和問題解決策略。這樣的評估方式有助于發(fā)現(xiàn)學(xué)生的潛在能力和創(chuàng)新思維，而非僅僅局限于現(xiàn)有的知識和技能。此外，利用虛擬實驗室的數(shù)據(jù)記錄和分析功能，教師可以實時獲取學(xué)生在實驗過程中的詳細數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不僅包括學(xué)生的操作記錄、實驗進度和成績等基本信息，還能反映學(xué)生在實驗中的行為模式和思維過程[5]。通過對這些數(shù)據(jù)的深入分析，教師可以更準確地了解每個學(xué)生的實驗表現(xiàn)和進步情況，從而為他們提供更具針對性的反饋和指導(dǎo)。

為了確保評估的準確性和公正性，教師還應(yīng)定期與學(xué)生進行溝通，了解他們在虛擬實驗中的真實體驗和困惑。這種雙向的交流不僅可以幫助教師及時調(diào)整教學(xué)策略和評估標準，以更好地滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，還能增強學(xué)生的參與感和歸屬感，提高他們的學(xué)習(xí)積極性和自信心。

4 結(jié)語

虛擬實驗室技術(shù)的引入為醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)實驗教學(xué)帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。通過創(chuàng)新教學(xué)模式、關(guān)注學(xué)生適應(yīng)性問題，以及構(gòu)建多維度評估體系，可以有效地提升實驗教學(xué)的質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和實驗技能。未來，隨著技術(shù)的不斷進步和教育理念的革新，虛擬實驗室將在實驗教學(xué)中扮演更加重要的角色，為推動醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)教育的發(fā)展作出更大貢獻。

參考文獻

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