生物化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)*

楊全中 王亞娟

（新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院三全學(xué)院 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 河南新鄉(xiāng) 453003）

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)合虛擬仿真技術(shù)來(lái)創(chuàng)造用戶所需的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)人員可在虛擬的空間當(dāng)中進(jìn)行如現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境一樣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，相比于在真實(shí)環(huán)境當(dāng)中，在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境當(dāng)中所獲得的學(xué)習(xí)效果明顯更優(yōu)[1]。其可以彌補(bǔ)真實(shí)實(shí)驗(yàn)中不允許開設(shè)、難以達(dá)到教學(xué)效果、有危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)，是一種有利于自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)實(shí)驗(yàn)、共享開放的教學(xué)模式[2]，[3]，是教育信息化背景下教學(xué)改革的發(fā)展方向和人才培養(yǎng)的重要手段[4-6]。

一、實(shí)驗(yàn)實(shí)施的必要性和可行性

作為一種先進(jìn)的電子信息技術(shù)，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)深入各行各業(yè)中，如在娛樂(lè)領(lǐng)域、商業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、教育領(lǐng)域，虛擬仿真技術(shù)方面的研究正在不斷發(fā)展，并逐步應(yīng)用到實(shí)踐中。與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的虛擬實(shí)驗(yàn)室研究起步較晚，但已得到較大的重視，部分高校建立了自己的虛擬實(shí)驗(yàn)室。比如清華大學(xué)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，西安理工大學(xué)建立的工程實(shí)踐虛擬仿真教學(xué)中心等。雖然國(guó)內(nèi)研究者在虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)開發(fā)中取得大量的成果，但是現(xiàn)有醫(yī)學(xué)虛擬技術(shù)方面的研究重點(diǎn)主要集中在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)、臨床診斷、手術(shù)等方面，而在醫(yī)學(xué)教育中已有的研究也多是多集中于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)理論、平臺(tái)的建設(shè)和開發(fā)方面的研究，很少有從事于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在具體課程教學(xué)，特別是在《生物化學(xué)》及基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)中應(yīng)用模式的研究。

作為河南省唯一一所醫(yī)學(xué)類獨(dú)立本科院校，在向應(yīng)用型高校轉(zhuǎn)變的背景下新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院三全學(xué)院和其他民辦高校一樣具有著自身的先天性不足，如師資力量薄弱、科研和建設(shè)經(jīng)費(fèi)不足、缺乏教學(xué)和科研領(lǐng)軍人物等問(wèn)題，而且作為醫(yī)學(xué)類院校還有著學(xué)生的學(xué)業(yè)任務(wù)重、技能要求高等特點(diǎn)，因此如何使學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)掌握醫(yī)學(xué)基本理論、實(shí)驗(yàn)技能和學(xué)習(xí)方法，并具有一定的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力、創(chuàng)新能力、就業(yè)能力，甚至創(chuàng)業(yè)能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，已成為醫(yī)學(xué)類民辦高校的領(lǐng)導(dǎo)、管理人員和教師亟待解決的問(wèn)題。因此，在校領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)部門的大力支持下學(xué)校成立了專門的領(lǐng)導(dǎo)小組、投入專項(xiàng)資金進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)和應(yīng)用模式探究。

二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源建設(shè)

經(jīng)過(guò)課題組成員討論和征求各方意見，初步確定生物化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)主要從以下幾個(gè)模塊進(jìn)行建設(shè)：

1.生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本技能訓(xùn)練，這部分包括：刻度吸量管的使用、加樣槍的使用、分光光度計(jì)的使用、離心機(jī)的使用、玻璃儀器的清洗和干燥等。

2.分子生物學(xué)常用技術(shù)：質(zhì)粒DNA的提取、RNA的提取和cDNA合成、基因組DNA的提取、DNA酶切、瓊脂糖凝膠電泳、大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞的制備和轉(zhuǎn)化、重組質(zhì)粒的連接、轉(zhuǎn)化及篩選等。

3.蛋白質(zhì)實(shí)驗(yàn)基本技術(shù)：蛋白質(zhì)的提?。◣追N方法）、蛋白質(zhì)濃度的測(cè)定（幾種方法）、蛋白質(zhì)濃縮、蛋白質(zhì)凝膠電泳、蛋白質(zhì)等電聚焦和雙向電泳、免疫印跡、離子交換層析、親和層析、凝膠過(guò)濾層析等。

4.設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)：主要用于訓(xùn)練學(xué)生獨(dú)立思考、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力和創(chuàng)新能力。該類實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ绞墙o學(xué)生提出一個(gè)問(wèn)題，不限定解決問(wèn)題的方法，由學(xué)生通過(guò)運(yùn)用所學(xué)專業(yè)基本概念、基本原理和技能，思考分析，提出設(shè)計(jì)方案并加以實(shí)現(xiàn)。比如要想測(cè)定某一物質(zhì)的濃度，要運(yùn)用已有的實(shí)驗(yàn)資源、該物質(zhì)的理化性質(zhì)（顏色反應(yīng)）、朗伯比爾定律、標(biāo)準(zhǔn)管法和標(biāo)準(zhǔn)曲線法等原理設(shè)計(jì)測(cè)定。

三、基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)教學(xué)擬采取基于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的混合式教學(xué)模式，是以學(xué)生為主體、5-6人為一小組采用基于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)法進(jìn)行。具體執(zhí)行模式如下：優(yōu)化雙基實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化綜合性實(shí)驗(yàn)，多途徑、多方法實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)理論與實(shí)驗(yàn)課程的融合，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果（理論測(cè)試、基本實(shí)驗(yàn)技能測(cè)試、核心技能測(cè)試）、綜合素質(zhì)（團(tuán)隊(duì)意識(shí)、人際交往能力、創(chuàng)新意識(shí)等）進(jìn)行階段性測(cè)試和綜合性評(píng)價(jià)，逐步形成新的教學(xué)模式。

結(jié)語(yǔ)

將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)將使實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加生動(dòng)形象、實(shí)驗(yàn)形式豐富多彩，可以增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的弊端，很大程度的提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。相信在不久的將來(lái)，生物化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)將在越來(lái)越多的學(xué)校中使用，得到學(xué)生和教師的進(jìn)一步認(rèn)可，發(fā)揮更好的作用。