構(gòu)建虛擬實驗在藥學(xué)分子生物學(xué)實驗教學(xué)中的作用

孫云峰，趙　妍，李　軍，李　迪

(遼寧中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院中醫(yī)分子生物學(xué)實驗室， 遼寧　沈陽　110847)

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構(gòu)建虛擬實驗在藥學(xué)分子生物學(xué)實驗教學(xué)中的作用

孫云峰，趙妍，李軍，李迪

(遼寧中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院中醫(yī)分子生物學(xué)實驗室， 遼寧沈陽110847)

為適應(yīng)信息化校園的迅速發(fā)展，結(jié)合虛擬實驗教學(xué)特點，對中醫(yī)院校的藥學(xué)分子生物學(xué)的實驗教學(xué)改革進行了初步探討。結(jié)果表明，構(gòu)建藥學(xué)分子生物學(xué)的虛擬實驗不僅可以避免傳統(tǒng)實驗教學(xué)費時費力，危險系數(shù)大，消耗資源的缺點，而且還可以充分激發(fā)學(xué)生興趣、培養(yǎng)其創(chuàng)新能力，增強了實驗教學(xué)的效果，大大加速了高校信息化建設(shè)的步伐。

藥學(xué)分子生物學(xué)；虛擬實驗；實驗教學(xué)

進入21世紀以來，隨著電子信息技術(shù)，仿真技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，新程序、新軟件，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的教育理念和教育體系不斷受到?jīng)_擊。而傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方式更新速度已無法跟上現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展。特別是針對藥學(xué)分子生物學(xué)這門課程時，存在很多因素阻礙了藥學(xué)分子生物學(xué)實驗在學(xué)生中的廣泛開展，甚至從長遠的角度來看，甚至阻礙了藥學(xué)分子生物學(xué)這門課程的長遠發(fā)展，諸如：傳統(tǒng)意義上的藥學(xué)分子生物學(xué)實驗受實驗條件限制，耗時耗力；實驗試劑和實驗耗材的購買經(jīng)費明顯高于其他學(xué)科；在實驗過程中需要一些昂貴，精密的儀器，并且實驗的重復(fù)性比較差；不可能做到每一個學(xué)生都可以親自動手進行實驗。因此，在信息化校園建設(shè)逐漸完善的今天，推動數(shù)字化多媒體，利用各種信息技術(shù)輔助教學(xué)，改進教學(xué)方法、提高教學(xué)質(zhì)量，建立虛擬實驗，已成為現(xiàn)代教育技術(shù)發(fā)展的必然趨勢[1]。美國的威廉·沃爾夫(WilliamWolf) 教授于1989年首次提出的虛擬實驗室概念，這個概念雖然提出僅幾十年的時間，但是現(xiàn)在在發(fā)達國家已十分普及，特別是美國，特別重視虛擬實驗室的研究與開發(fā)，目前在該領(lǐng)域的研究已處于領(lǐng)先地位[2]。

1　藥學(xué)分子生物學(xué)虛擬實驗在實驗教學(xué)中所起到的作用

傳統(tǒng)藥學(xué)專業(yè)教學(xué)模式是僅僅注重傳統(tǒng)化學(xué)領(lǐng)域的知識，重視中藥提取，化學(xué)成分合成，藥劑和藥物分析，輕視生化，細胞生物學(xué)，分子生物學(xué)等知識的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，這既與老一輩藥學(xué)專業(yè)人的學(xué)識有關(guān)，又與我國以仿制藥為主的研發(fā)思路有關(guān)。但實際是，走到今天，不論什么藥物的研發(fā)，必然涉及到大分子和生物系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，因此，熟練掌握分子生物學(xué)的相關(guān)知識及實驗技術(shù)是必不可少的。藥學(xué)分子生物學(xué)實驗是通過對微觀分子世界的深入研究來不斷的揭示生命中存在的各種奧秘。如果學(xué)生想要了解生命本質(zhì)其必須能夠真正的進入到微觀世界。傳統(tǒng)的課堂講授，真人示范性的實驗教學(xué)手段對微觀世界動態(tài)變化的展示比較模糊，形象化較差，顯得力不從心。而現(xiàn)代的信息數(shù)字化技術(shù)及多媒體技術(shù)卻為對微觀世界的形象化的展示提供了這種可能。運用計算機編程、網(wǎng)絡(luò)信息的資源共享等現(xiàn)代的數(shù)字化信息技術(shù)開發(fā)一種新的實驗教學(xué)途徑——虛擬實驗教學(xué)，成為解決藥學(xué)分子生物學(xué)實驗教學(xué)的一個重要途徑[3]。虛擬實驗教學(xué)是信息時代的產(chǎn)物，它在教育科研領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景，不僅僅是藥學(xué)分子生物學(xué)實驗教學(xué)的一個新的發(fā)展方向，而它也必將促進各類實驗教育教學(xué)理念與教學(xué)模式的升級。

近年來學(xué)校數(shù)字化校園建設(shè)在不斷的完善中，多媒體教室的擴大升級建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)資源共享，等各種信息化教學(xué)條件也在不斷的優(yōu)化中。這些硬件軟件的完善都為開展藥學(xué)分子生物學(xué)虛擬實驗，建立虛擬實驗室提供了可能，而學(xué)生在學(xué)習(xí)藥學(xué)分子生物學(xué)實驗技術(shù)時，可以通過在一種模擬實驗室的環(huán)境下，運用鼠標(biāo)點擊進行相關(guān)的實驗操作，通過這種更加客觀直接的方式，使得學(xué)生對相關(guān)實驗過程的理解加深。通過構(gòu)建虛擬實驗，一種開放式的實驗環(huán)境提供給學(xué)生，在此基礎(chǔ)上，讓學(xué)生根據(jù)實驗要求，自行設(shè)計實驗方案，靈活地增加各種探索性實驗內(nèi)容。因此引入虛擬實驗，不僅可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，還可以鍛煉學(xué)生的獨立科研能力，這樣為培養(yǎng)具有創(chuàng)新型的人才打下了堅實的基礎(chǔ)。

2　構(gòu)建藥學(xué)分子生物學(xué)虛擬實驗的優(yōu)勢

在傳統(tǒng)實驗教學(xué)中，有些藥學(xué)分子生物學(xué)實驗的實驗設(shè)計往往會難以被有效的開展，而利用虛擬實驗系統(tǒng)，就可以彌補傳統(tǒng)實驗中出現(xiàn)的一系列問題：諸如實驗設(shè)備昂貴、實驗場地狹小、實驗教學(xué)經(jīng)費不足、有些實驗存在危險，或?qū)τ谌梭w健康有危害，難以開展、實驗周期較長。但構(gòu)建虛擬實驗室，進行虛擬實驗，就可以避免這些顧慮。學(xué)生通過電腦就可以做實驗，并獲得與現(xiàn)實實驗一樣身臨其境的體會。對于一些昂貴的精密儀器，學(xué)生也可以在虛擬的環(huán)境中得到親自操作的樂趣，并且在虛擬實驗環(huán)境中學(xué)生可以放心地去做各種容易發(fā)生意外狀況的實驗。例如，虛擬的核酸瓊脂糖凝膠電泳實驗，可以避免EB直接接觸皮膚所帶來的致癌危險；虛擬的SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳實驗，可避免由于學(xué)生操作失誤，而造成灌膠液泄漏的意外發(fā)生；虛擬的動物組織RNA的提取實驗中，可以避免由于操作不當(dāng)，細胞裂解液的濺出對學(xué)生身體的傷害。實驗室經(jīng)常用到的各種精密儀器，高分辨質(zhì)譜儀，可分選的流式細胞儀，熒光定量PCR，倒置熒光顯微鏡，酶標(biāo)儀等等，甚至大到肉眼可見的各種細胞，細菌菌落，小到核酸、蛋白質(zhì)大分子，學(xué)生都可以在虛擬實驗室中直觀地觀察到，這就打破了傳統(tǒng)實驗中由于實驗的抽象和微觀性，造成學(xué)生對實驗理解上的困難局面。

虛擬技術(shù)還可以突破時間的限制，一些需要幾個小時甚至幾天才能完成的分子生物學(xué)實驗過程，通過虛擬實驗技術(shù)，可以在很短的時間內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生。此外，在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式下，在現(xiàn)實的實驗室中，由于藥學(xué)分子生物學(xué)實驗要求的成本較高，花費的時間及需要的教學(xué)資源較多，很難讓學(xué)生重復(fù)多次進行。而在虛擬實驗中，學(xué)生就可以根據(jù)自己的興趣可以進行多次重復(fù)實驗，加深對實驗的理解，提高學(xué)生的自我創(chuàng)新能力。學(xué)生以一種輕松的心態(tài)，類似于玩游戲的心態(tài)，通過所構(gòu)建的虛擬實驗程序進行練習(xí)，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

3　藥學(xué)分子生物學(xué)虛擬實驗的應(yīng)用前景展望

構(gòu)建藥學(xué)分子生物學(xué)虛擬實驗，為學(xué)生提供了一個學(xué)習(xí)藥學(xué)分子生物學(xué)的虛擬實驗環(huán)境,不僅僅可以為藥學(xué)專業(yè)服務(wù)，對于生物技術(shù)，研究生以及學(xué)習(xí)生物化學(xué)分子生物學(xué)的臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生都可以提供幫助。虛擬實驗相對于單一的課堂授課，實驗教師示范，多人圍在實驗臺前動手操作的傳統(tǒng)教學(xué)模式，虛擬實驗更能激發(fā)出學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。學(xué)生還可以在分子生物學(xué)實驗技能學(xué)習(xí)平臺上，利用虛擬程序中設(shè)定的實驗儀器設(shè)備和實驗技術(shù)搭建實驗內(nèi)容，自己構(gòu)建虛擬實驗，而教師在整個過程中作為指導(dǎo)者給予一定引導(dǎo)，鼓勵學(xué)生自主創(chuàng)新，進行創(chuàng)新性實驗的開發(fā)。

同時，隨著虛擬實驗系統(tǒng)的進一步開發(fā)，可以設(shè)定藥學(xué)分子生物學(xué)虛擬實驗的教學(xué)平臺論壇，在論壇中，學(xué)生可以將自己的實驗進度，實驗中遇到的問題在論壇上隨時發(fā)布并尋求幫助。此外，在虛擬實驗進行的過程中，實驗指導(dǎo)教師如果發(fā)現(xiàn)學(xué)生自己所構(gòu)建的虛擬實驗立意新穎，即可鼓勵學(xué)生，進入科研實驗室進行實物實驗，可以讓學(xué)生所設(shè)想的虛擬實驗轉(zhuǎn)化為實驗技術(shù)成果，參與大學(xué)生創(chuàng)新競賽[4-5]。通過虛擬實驗的構(gòu)建，可以使得醫(yī)藥學(xué)的教育更為直觀，并豐富了教學(xué)形式，顯著提高了實驗教學(xué)的效果。因此，我們要在高校大力進行信息化建設(shè)的同時，借助這股東風(fēng)，加速高水平的虛擬實驗信息平臺建設(shè)的步伐。

[1]劉向華,德偉,劉志軍,等.虛擬實驗在分子生物學(xué)實驗教學(xué)中的作用[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育, 2014, 16(11):973-975.

[2]陳小紅.虛擬實驗室的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2010(17):107-109.

[3]周 楓,丁之旺,敖梅英,等.基于Flash技術(shù)的《藥學(xué)分子生物學(xué)》虛擬實驗室的構(gòu)建及運用探討[J].湖北函授大學(xué)學(xué)報,2014,27(2):75-77.

[4]王甜,王茂林,林宏輝.分子生物學(xué)虛擬實驗室的構(gòu)建[J].實驗科學(xué)與技術(shù),2015,13(3):43-46.

[5]郭靜,張一鳴,王寧.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在分子生物學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報:基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育版,2008,10(5): 626-628.

Effect of Virtual Experiment in Experimental TeachingofMolecularBiologyinMedicine

SUN Yun-feng, ZHAO Yan, LI Jun, LI Di

(Laboratory of Molecular Biology, School of Basic Medical Sciences, Liaoning University of Traditional Chinese Medicine, Liaoning Shenyang 110847, China)

Toadapttotherapiddevelopmentofthecampusinformation,combinedwiththecharacteristicsofvirtualexperimentteaching,theexperimentteachingreformofpharmaceuticalmolecularbiologycollegeoftraditionalChinesemedicinewerediscussed.Theresultsshowedthatthevirtualexperimentalconstructionofpharmacyofmolecularbiologyoftraditionalexperimentalteachingcannotonlyavoidthetime-consuming,dangerousfactor,resourceconsumptionshortcomings,butalsofullyarousethestudents’interest,cultivatetheirinnovationability,enhancetheeffectivenessofexperimentalteaching,greatlyacceleratedthepaceofinformatizationconstructionincollegesanduniversities.

pharmaceuticalmolecularbiology;virtualexperiment;experimentteaching

孫云峰(1983-)，男，實驗師，碩士研究生，研究方向：中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)。

G642

A

1001-9677(2016)013-0223-02