虚拟仿真实验在分子生物学教学中应用模式的探索

[摘 要] 为应对传统实验教学的局限性，以“虚实结合、教研相长”为教学理念，设计了分子生物学虚拟仿真实验教学互动平台的教学流程，通过将虚拟仿真与真实实验有机结合，可以为学生提供一种全方位、多样化的学习体验，并在解决分子生物学实验教学存在的问题和实现未来远程教育等方面有重要意义。

[关 键 词] 虚拟实验；仿真实验；分子生物学

[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2017）29-0187-01

一、引言

仿真技术，是用一个系统模仿另一个真实系统的技术。虚拟仿真实际上是一种可创建和体验虚拟世界的计算机系统。此种虚拟世界由计算机生成，可以是现实世界的再现，也可以是构想中的世界，用户可借助视觉、听觉及触觉等多种传感通道与虚拟世界进行自然的交互。虚拟仿真实验指借助多媒体、仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造辅助、部分或全部替代传统实验各操作的相关操作环境，在于使研究人员和教育者可以有效利用相关数据、信息、设备、人力等资源从事科研与教育活动。

分子生物学是一门重要的医学专业基础课，致力于阐明生物大分子结构、功能、调控机制的分子机制，从分子水平上揭示生物世界奥秘，是生命科学的前沿学科。同时，分子生物学又是一门实验性非常强的学科，分子生物学实验技能不但是对理论知识的重要延伸，还可直接体现学生的动手能力，对培养、提升学生观察问题、分析问题和解决问题的能力有十分重要的作用。但是囿于设备、经费、场地等因素，使分子生物学实践教学存在着成本高、效率低、耗时长、直观性差、安全性欠缺等不利现状[1]。随着互联网科技的迅速发展，多种适合应用于教学中的多媒体技术也逐步被开发，因此利用虚拟仿真技术来创造一个让学生随时可以进行实验的平台与媒介也成了可能，这对解决分子生物学实验教学存在的问题和实现未来远程教育等方面有重要意义。

二、分子生物学虚拟仿真实验的教学设计

（一）教学设计理念：虚实结合、教研相长

虚实结合，即系统由虚拟完成，细节由真实验证。通过虚拟仿真实验平台，学生可以完成分子生物学相关综合性实验的实验流程，获得完整的知识系统与操作技能。通过生物化学与分子生物学开展的实验课程，学生可以将虚拟实验时获得的技能，在真实的实验课程中操作验证，如“小鼠DNA、RNA的分离、提纯与定量”“质粒提取、酶切及电泳鉴定”“蛋白质印迹分析”。通过种虚拟仿真与真实实验的有机结合，为学生提供了全方位、多样化的学习体验，创造自主化、个性化的教学模式。

教研相长，即教学由实验完善，科研由讨论启发。通过虚拟仿真实验平台，学生完成实验，由此完善并反馈了理论教学。虚拟仿真实验平台中的学生提问、话题讨论、师生互动环节，既能启发教师的教学、科研思维，又有助于培养学生实验思维体系的建立。

（二）教学设计路线：学生主体、教师评判、反馈互动

为实现教、学统一，构建虚拟仿真实验教学互动平台时，应满足以下几点基本要素（如下图）：（1）学生主体，学生通过登录个人中心，完善个人信息，留下学习痕迹记录；通过课程中心，完成虚拟仿真实验、实验报告及相关习题训练。（2）教师评判，教师通过登录评价中心，对学生的实验操作进行评价、实验报告进行批改，并对学生进行阶段性在线考试测评。（3）反馈互动，学生通过实验操作的完成与教师评价的反馈发现问题、提出问题，通过与教师进行的讨论、沟通、答疑解决问题，最终使学生的知识体系得到完善。

三、存在的问题及展望

我国虚拟实验室尚未发展成熟，但是近几年来，多媒体计算机技术日新月异，硬件设施不断更新换代，以及国家对虚拟仿真研究的政策支持，使國内虚拟仿真技术不断增强。但在分子生物学虚拟仿真实验平台的建立上还存在一些问题，例如，（1）技术单一，虚拟实验软件设计多基于Flash技术建立[2]，许多成熟的虚拟VR技术有待开发运用。（2）合作共享不够完善，各高校的虚拟仿真实验教学平台间缺乏完善的合作与共享机制，资源未能得到最优化利用。（3）思维转变有待加强，教师和学生在对待教与学的方式、方法方面需要突破固有的传统和习惯，走出习惯思维，改变思考方式，才能适应虚拟实验环境，实现虚实结合、教研相长。

参考文献：

[1]丁小丽.虚拟实验在分子生物学实验教学中的应用研究[J].考试周刊，2015（2）.

[2]张玉山.基于Flash技术的基因工程网络虚拟实验的开发[J].高校实验室工作研究，2012（3）.