淺談醫(yī)學(xué)生物化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)

摘要：醫(yī)學(xué)生物化學(xué)是醫(yī)學(xué)生最重要的基礎(chǔ)課程之一，但醫(yī)學(xué)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)往往耗時(shí)長(zhǎng)、試劑價(jià)格高，無(wú)法滿足太多學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，它有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無(wú)法替代的優(yōu)點(diǎn)。本文簡(jiǎn)要介紹醫(yī)學(xué)生物化學(xué)的現(xiàn)狀、該課程開(kāi)設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)的原因、虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)和醫(yī)學(xué)生物化學(xué)中逆轉(zhuǎn)錄RT虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)例。

關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué)生物化學(xué)；虛擬；實(shí)驗(yàn)條件

醫(yī)學(xué)生物化學(xué)是醫(yī)學(xué)生最重要的基礎(chǔ)課程之一，是目前發(fā)展最迅速，也是最具活力的。它是在分子水平探討生命的本質(zhì)、研究生物體的分子結(jié)構(gòu)與功能、物質(zhì)代謝與調(diào)節(jié)、基因表達(dá)及其調(diào)控等的科學(xué)。進(jìn)入21世紀(jì)后，生命科學(xué)發(fā)展更加迅速，醫(yī)學(xué)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)已滲透到醫(yī)學(xué)科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，為疾病的預(yù)防、診斷和治療提供基礎(chǔ)。

然而，隨著近幾年高校招生規(guī)模不斷擴(kuò)大，醫(yī)學(xué)院校招生人數(shù)迅速增長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件不足與學(xué)生需求增大的矛盾逐漸凸顯。再加上有些試劑有毒有害，考慮到教師和學(xué)生的身體健康問(wèn)題，相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)被漸漸從實(shí)驗(yàn)課程中剔除。再者，有些實(shí)驗(yàn)試劑成本高，學(xué)?？紤]教學(xué)成本等問(wèn)題，也無(wú)法將相關(guān)實(shí)驗(yàn)在本科教學(xué)中全面展開(kāi)。以上因素都阻礙了醫(yī)學(xué)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)在學(xué)生中的全面開(kāi)展。而進(jìn)入21世紀(jì)后，網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，以及虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展為解決以上問(wèn)題提供了可能。即利用各種數(shù)字化和虛擬化完全可以滿足醫(yī)學(xué)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)需求。但如何建立醫(yī)學(xué)生物化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)是一個(gè)值得大家關(guān)注的問(wèn)題。

虛擬實(shí)驗(yàn)的概念最早由美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)的威廉·沃爾夫教授于1989年提出，它是一種以虛代實(shí)、以軟代硬的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式。通常按照實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)和要求，利用微機(jī)系統(tǒng)，采用數(shù)字化技術(shù)建立各種虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使實(shí)驗(yàn)者仿佛身處真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室一般，利用虛擬實(shí)驗(yàn)室的各種試劑、儀器、材料等，對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行仿真操作，完成預(yù)設(shè)的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)任務(wù)。虛擬實(shí)驗(yàn)是建立在真實(shí)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上的，以真實(shí)實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)和結(jié)果作為實(shí)驗(yàn)依據(jù)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所使用的虛擬試劑、器材、儀器等都和真實(shí)實(shí)驗(yàn)形似，實(shí)驗(yàn)者通過(guò)微機(jī)操作，可以像在真實(shí)實(shí)驗(yàn)室一樣完成操作，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生獲取的知識(shí)和操作技能等于甚至優(yōu)于在現(xiàn)實(shí)操作中所得。

一、 虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

醫(yī)學(xué)生物化學(xué)課程中，實(shí)驗(yàn)是非常重要的部分。前文提到，其實(shí)驗(yàn)往往具有價(jià)格貴、試劑有毒有害、實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，所以，虛擬實(shí)驗(yàn)有助于緩解實(shí)驗(yàn)資源不足與教學(xué)需求之間存在的矛盾。筆者利用長(zhǎng)沙醫(yī)學(xué)院數(shù)字化校園建設(shè)平臺(tái)與醫(yī)學(xué)生物化學(xué)省級(jí)精品課程建設(shè)平臺(tái)，利用校園網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展對(duì)醫(yī)學(xué)生物化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)，以期推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段改革和醫(yī)學(xué)生物化學(xué)精品課程建設(shè)。

虛擬實(shí)驗(yàn)相對(duì)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法其優(yōu)越性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，虛擬實(shí)驗(yàn)不受傳統(tǒng)的面對(duì)面的統(tǒng)一教學(xué)模式的限制，學(xué)生可以通過(guò)計(jì)算機(jī)或手機(jī)網(wǎng)絡(luò)，將零散的學(xué)習(xí)時(shí)間利用起來(lái)，且不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制，在實(shí)驗(yàn)室以外的任何有網(wǎng)絡(luò)的地方都可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；可容納大批學(xué)生同時(shí)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，不受實(shí)驗(yàn)室數(shù)目和人數(shù)制約；零試劑消耗，在降低實(shí)驗(yàn)成本的同時(shí)也保證了學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的人身安全；內(nèi)容更加廣泛，能將前沿的新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目引入課程體系，知識(shí)更新快。

二、 虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)例

傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)是不會(huì)對(duì)本科生開(kāi)設(shè)逆轉(zhuǎn)錄RT實(shí)驗(yàn)的，有了虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，我們可以引入這些之前無(wú)法向本科生開(kāi)出的價(jià)格貴又耗時(shí)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目了。學(xué)生可以在計(jì)算機(jī)上模擬逆轉(zhuǎn)錄的全過(guò)程，掌握RT的基本概念，熟悉所需的試劑、儀器設(shè)備、操作方法，了解其臨床意義。

如圖1所示，進(jìn)入RT虛擬實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生首先可以根據(jù)理論課所學(xué)內(nèi)容，選擇所需器材；然后點(diǎn)下一步，逐漸進(jìn)入操作界面，完成各項(xiàng)預(yù)定的任務(wù)如體系確定（圖2）、水浴溫度選擇（圖3）、利用渦旋混勻儀混勻試劑、反應(yīng)條件確定、虛擬RT-PCT等。

就2016～2017學(xué)年第一學(xué)期，試點(diǎn)開(kāi)設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)的情況來(lái)看，學(xué)生對(duì)其反應(yīng)良好，能接受該實(shí)驗(yàn)技術(shù)，通過(guò)完成相關(guān)任務(wù)，可以很好地把握重要的知識(shí)點(diǎn)，也能掌握基本實(shí)驗(yàn)技能。

三、 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，虛擬實(shí)驗(yàn)是在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上建立起來(lái)的新型的教育技術(shù)手段，它的運(yùn)用能避免傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng)、試劑價(jià)格貴、無(wú)法同時(shí)容納太多學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)等弊端，促使教學(xué)方法、手段改革，有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，值得推廣。

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