基于虚拟仿真平台的分子生物学实验教学改革探索
曾 晶
（湘南学院基础医学院 湖南·郴州 423000）
摘 要 传统分子生物学实验教学具有成本高、耗时长、更新慢等弊端，而虚拟仿真实验能突破传统实验教学对实验场地、时间及教学经费等条件的限制，具有直观性、开放性、安全性的特点，能有效提高实验教学效果，加强创新型人才的培养，对高校分子生物学实验教学改革有巨大推动作用。
关键词 虚拟仿真 分子生物学 教学改革
分子生物学（Molecularbiology）是从分子水平研究生命本质的学科，研究的内容包括DNA、RNA和蛋白质生物合成的过程及其调控机制等，内容抽象难懂。[1]分子生物学实验教学能让学生更好地理解课本中的理论知识，同时能将理论联系实际，加强学生对知识的运用能力，但传统的教学方式因具有成本高、耗时长、更新慢等弊端，导致实验很难开展以及教学效果不佳。[2,3]目前，国内外很多高校正积极建设医学虚拟仿真实验平台（VirtualSimulationPlatform），将虚拟仿真实验引入教学当中，以提升教学效果。[4]虚拟仿真平台基于互联网技术构建出虚拟的实验环境，以仿真的表现形式使学习者获得真实体验。虚拟实验作为一种新型的实验教学模式，突破了传统实验教学对时空的限制，且能在各高校之间实现资源共享，有利于学生开展自主学习、提高专业技能、培养科研创新精神。[5]
1 分子生物学实验教学现状
1.1 教学内容更新慢
近年来，分子生物学发展极为迅速，学科交叉和渗透持续加强，许多分子生物学新技术不断涌现。而在实际教学中由于受到实验场地和教学方式等客观因素的限制，导致教学内容未能得到及时更新，实验采用的甚至是已经被淘汰多年的陈旧方法，使学生不能掌握科技前沿信息。
将微课与阅读相结合，能够有效提高阅读的趣味性，激发学生的阅读兴趣。因此教师可以不断创新，通过与学生多交流、增进师生关系、了解他们的兴趣爱好等方式将微课设计成学生感兴趣的形式，让他们在一种轻松愉悦的氛围中提升阅读水平。
1.2 成本高，耗时长
分子生物学实验需要用到精密的仪器，而学校的实验经费有限，无法购买这些高端仪器或仪器数量不足，导致相应的课程无法正常开展。[6]另外，分子生物学实验操作过程繁杂、耗时长，由于受到课时的限制，学生只能选取其中一部分实验进行操作，使学生只能接触到有限的技术方法。[7]
1.3 教学内容抽象难懂
分子生物学是从微观角度研究生命本质的，研究对象为DNA、RNA和蛋白质等肉眼无法直接看到的分子，实验现象不易观察，在传统实验教学中难以将这些抽象内容形象生动地展现出来。在实验过程中，学生只能按部就班地根据课本上的实验流程来完成，至于是否操作正确以及为什么这样操作，学生都不易理解。
分子生物学实验经常会涉及到危险的化学试剂，如果操作不当，有可能会危害人体健康、污染环境或造成经济财产损失。例如，在琼脂糖凝胶电泳中用到的溴化乙锭是强诱变剂，具有高致癌性；在冻存细胞时使用的二甲基亚砜（DMSO）能导致蛋白质变性，具有血管毒性和肝肾毒性。而在虚拟实验中学生不会接触到这些有毒试剂，也不会因为操作不当而引发事故，安全性极高。
2 虚拟仿真平台的优势
2.1 资源共享，及时更新
分子生物学研究的对象都是微观层面的物质，涉及的知识较为抽象，而虚拟仿真实验能以生动、立体、直观的形式将实验过程展示出来，甚至能将抽象的物质具体化。例如，在进行基因重组实验时，载体质粒与目的基因都是无法用肉眼看到的物质，若将它们放大并将重组过程以动画形式展现，那学生就更容易理解实验原理和实验方法。
保护区，指对水资源保护、自然生态系统及珍稀濒危物种的保护有重要意义，需划定进行保护的水域。禁止在饮用水水源一级保护区、自然保护区核心区等范围内新建、改建、扩建与保护无关的建设项目和从事与保护无关的涉水活动。
2.2 节约成本和时间
各病区智能药柜采取专人管理的方式，责任药师每月对柜内药品进行检查，重点关注药品有效期及药品滞留情况。在系统操作端，药师可随时监控各病区实际用药情况，定期修改库存基准数和补药基准数，既防止滞留药品产生，又保证了药品的及时供应。
2.3 安全性高
李玉红(1968-)为本文通讯作者,女,博士,副教授,研究方向:风景园林规划,芳香植物应用,email:gracelily@sjtu.edu.cn
2.4 生动形象，便于理解
虚拟仿真平台的资源可在院校之间共享，能有效打破学校之间的壁垒，实现教学优质资源无空间障碍的线上传递，同时还能促进教师之间、学生之间以及师生之间的交流。另外，虚拟仿真平台上的资源都是网络版，可随着学科的发展及时更新完善平台内容，使教学内容跟上科学技术飞速发展的步伐。
某些分子生物学实验需要使用昂贵的仪器、试剂和耗材，且对设备维护也需要消耗大量资金，而构建虚拟仿真平台所需成本较低，能极大降低教学资金的投入。分子生物学实验过程中有些步骤需要消耗大量时间，例如，基因重组实验至少需要花费2天才能做完，若将其变成虚拟实验，则可在2个课时内完成，大大节省了宝贵的教学时间，而且学生等待的时间缩短，也有助于他们对整体实验的理解。
2.5 打破时空限制，学生参与度高
虚拟仿真实验是在计算机上展现出虚拟的实验环境，学生可以用鼠标和键盘对实验过程进行控制，因此学习的时间和地点都相对自由，只要有一台联网的电脑，输入账号密码后就能进入虚拟仿真平台进行学习。现在高校学生众多，而教学资源相对较少，导致在实验教学中学生亲自动手操作的机会减少。而在虚拟仿真平台中，所有学生都可全程参与实验，甚至能反复操作以巩固知识。
3 虚拟仿真平台在分子生物学实验教学中的应用
近年来，教育部在全国开展“国家级虚拟仿真实验教学中心”建设工作，教育信息化已经被提升到国家战略层面，我校正在积极建设医学虚拟仿真实验教学平台，目前已投入使用，并在不断完善中。平台中的项目来源于复旦大学上海医学院、上海交通大学医学院、广州医科大学等多家高校的虚拟实验中心，涵盖了从基础医学到临床医学的实验教学资源，其中包含16个分子生物学虚拟仿真实验。教学中心入口网址为 http：//10.19.9.3：5000/virlab/，全校师生可在校园网通过个人账号登录进入系统。
虚拟仿真平台在实验教学中的应用过程如图1：学生在上课之前自主观看平台提供的教学动画，并通过查阅资料、小组讨论等形式自主学习，充分了解实验原理。在实验课中，根据界面提示进行虚拟实验，通过点击鼠标可完成添加样品、控制仪器等操作。在某些操作过程中会出现相应的习题，答题后才可继续做实验，这有助于培养学生积极思考的习惯。实验结束后，系统会根据学生答题情况打分，并将成绩反馈给教师。课后学生也可随时登录平台进行实验操作，并与教师进行交流。教师通过收集整理反馈的信息，对教学效果进行评价，并反思如何改进教学内容和教学方法，以提升教学效果。
4 结语
虚拟仿真实验是信息化教育发展的产物，具有高效性、安全性、开放性、不受时空限制等优点，但虚拟实验终究不能完全取代真实实验。虚拟实验的操作都是依靠鼠标键盘来完成，并不能让学生学会真实仪器的操作方法，不能有效培养学生的动手能力。而且，在虚拟平台中实验过程都已程序化，不存在实验失败的现象，但在真实实验中，影响实验结果的因素众多，若过多依赖虚拟实验将不利于培养学生分析问题的能力。因此，在教学中，应采用虚拟和真实操作相结合的方式，合理设置虚拟实验的比例，只有这样才能显著提高教学效果，培养出适应时代需要的实践性、创新型人才。
图1 虚拟仿真平台在分子生物学实验教学中的应用过程
参考文献
[1] 秦丽玮,胡原,万建,等.分子生物学虚拟仿真实验平台的建设与应用[J].实验技术与管理,2018.35(7)：140-143,147.
[2] 吴静雯,张亚菲,黄义德.分子生物学虚拟仿真实验室的构建与应用[J].实验室科学,2018.21(5)：88-92.
[3] 张辉,余婷,王光利,等.虚拟仿真技术在分子生物学实验教学中的应用[J].宜春学院学报,2018.40(9)：115-118.
[4] 刘慧萍,张国民,阳力争,等.基于虚拟仿真实验技术的生化实验教学初探[J].中国中医药现代远程教育,2014.12(14)：85-87.
[5] 刘春英.虚拟实验在生物化学实验教学中的应用[J].科技视界,2015(35)：163.
[6] 冯尚国,卢江杰,王慧中.基于虚拟仿真技术的高校分子生物学实验教学改革[J].教育教学论坛,2018(19)：107-108.
[7] 王易振,张静文,彭坤,等.虚拟仿真半自动生化分析仪操作训练平台的构建及应用[J].重庆医学,2012.41(14)：1437-1438.
Study on Teaching Reform of Molecular Biology Based on Virtual Simulation Platform
ZENG Jing
(College of Basic Medicine,Xiangnan University,Chenzhou,Hunan 423000)
Abstract Traditional molecular biology experiment teaching mode has many drawbacks including high cost,time-consumingand slowly updating.However,virtual simulation experiment can break restriction of laboratory space,time andteaching funds.It has the characteristic of visualization,open and safety.Therefore,virtual simulation experiment can improve teaching effect and strengthen the cultivation of innovative talents.It will also greatly promote the reform of molecular biology experimental teaching in colleges and universities.
Keywords virtual simulation；molecular biology；teaching reform
中图分类号： G424
文献标识码： A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.10.068
基金项目： 湘南学院2018年教学改革项目“慕课与PBL教学法相融合在生物化学教学中的应用研究”
标签：虚拟仿真论文; 分子生物学论文; 教学改革论文; 湘南学院基础医学院论文;