虛實(shí)結(jié)合開展基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與實(shí)踐

張亞楠， 王 春， 朱秀云， 張興旺， 吳曉敏

(淮北師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院， 淮北235000)

虛擬現(xiàn)實(shí)(virtual reality，VR)是多學(xué)科交叉融合形成的新興技術(shù)領(lǐng)域，它以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，結(jié)合相關(guān)科學(xué)技術(shù)，生成與一定范圍真實(shí)或者構(gòu)想環(huán)境在視、聽、觸覺(jué)等方面高度近似的數(shù)字化環(huán)境，借助必要的裝備與數(shù)字化環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行交互作用，使用戶產(chǎn)生親臨其境的感受和體驗(yàn)[1]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)利用虛擬仿真技術(shù)，將信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)深度融合，在高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到廣泛應(yīng)用，推進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化水平和教育教學(xué)質(zhì)量的提升[2-3]?；谡鎸?shí)實(shí)驗(yàn)中內(nèi)容抽象不利于學(xué)生理解、理論與實(shí)踐不能良好互補(bǔ)、實(shí)驗(yàn)操作不具備系統(tǒng)性、教學(xué)管理與評(píng)價(jià)不具靈活性等的現(xiàn)實(shí)困難和問(wèn)題，同時(shí)部分已有相關(guān)研究表明，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中效果良好[4-5]，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)在“功能基因的分子克隆與體外表達(dá)實(shí)驗(yàn)”開展中，利用學(xué)校省級(jí)生物工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)虛實(shí)結(jié)合的基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行探索和實(shí)踐。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1 昆蟲觸角組織總RNA提取及cDNA制備

提取昆蟲觸角總RNA，借助超微量分光光度計(jì)讀取OD260和OD280的比值以判斷是否合格，通過(guò)瓊脂糖凝膠電泳判斷總RNA是否完整。再利用反轉(zhuǎn)錄酶和12～18核苷酸長(zhǎng)的oligo(dT)將RNA反轉(zhuǎn)錄為單鏈的cDNA。具體內(nèi)容：(1)昆蟲觸角組織收取及處理；(2)觸角總RNA的提取及檢測(cè)；(3)單鏈cDNA模板的制備。

1.2 目的基因克隆與mRNA表達(dá)水平分析

設(shè)計(jì)PCR擴(kuò)增的引物，對(duì)PCR反應(yīng)體系進(jìn)行配比操作，完成目的基因的PCR擴(kuò)增，再利用瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)PCR擴(kuò)增產(chǎn)物。實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)分析目的基因mRNA的表達(dá)水平，具體內(nèi)容：(1)設(shè)計(jì)定量PCR專用的特異性引物；(2)實(shí)時(shí)熒光定量PCR操作(以ABI7500為例)；(3)數(shù)據(jù)處理與分析。

1.3 重組蛋白表達(dá)載體的構(gòu)建

使用內(nèi)切酶BamH I對(duì)表達(dá)載體pET30a(+)進(jìn)行單酶切，反應(yīng)體系在37 ℃下金屬浴10 min，80 ℃下10 min滅活，使用Wizard SV Gel and PCR Clean-up System PCR膠回收試劑盒對(duì)酶切產(chǎn)物和目的基因的PCR產(chǎn)物切膠回收。使用In-Fusion?HD Cloning Kit將目的基因與表達(dá)載體pET30a(+)進(jìn)行連接，于微量離心管中制備連接反應(yīng)體系，50 ℃反應(yīng)15 min后立即置于冰上備用，將重組后的表達(dá)載體轉(zhuǎn)入感受態(tài)菌株DH5α中，過(guò)夜培養(yǎng)；挑選單克隆菌落進(jìn)行PCR驗(yàn)證。

1.4 重組蛋白的誘導(dǎo)表達(dá)與檢測(cè)

將pET30a(+)-OBP表達(dá)質(zhì)粒轉(zhuǎn)入感受態(tài)菌株BL21(DE3)中。涂平板過(guò)夜培養(yǎng)后挑取單菌落進(jìn)行PCR驗(yàn)證，驗(yàn)證成功的單菌落放于10 mL LB液體培養(yǎng)基(含Amp 50 μg/mL)中過(guò)夜培養(yǎng)，次日將上述培養(yǎng)后的菌液按照1%的體積比例接種于新鮮的LB液體培養(yǎng)基(含Amp 50 μg/mL)中，37 ℃下220 r/min振蕩培養(yǎng)至細(xì)胞OD600=0.6時(shí)，加入異丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG，終濃度為1 mmol/L)，28 ℃下200 r/min繼續(xù)誘導(dǎo)培養(yǎng)并分別于1、3、5、6、7、9和11 h取樣，采用 SDS-PAGE法篩選蛋白最佳誘導(dǎo)表達(dá)的時(shí)間。

通過(guò)電泳將相對(duì)分子質(zhì)量不同的蛋白質(zhì)分離，比對(duì)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組中蛋白條帶的差異，初步判斷蛋白質(zhì)是否表達(dá)及表達(dá)量。取誘導(dǎo)表達(dá)的菌液1 mL，8 000 r/min離心10 min，去除上清液。用80 μL 1×PBS緩沖液將沉淀懸浮(或80 μL破碎上清液或者純化后蛋白液)，加入20 μL 5×SDS-PAGE上樣緩沖液，混勻后于100 ℃處理10 min，取5 μL待測(cè)樣本及蛋白質(zhì)分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)點(diǎn)樣電泳。配制濃縮膠濃度為5%，分離膠濃度為15%。使用120 V恒壓進(jìn)行電泳，當(dāng)溴酚藍(lán)指示劑到達(dá)凝膠底部時(shí)停止電泳。電泳后凝膠于固定液中固定30～60 min，后用考馬斯亮藍(lán)R-250染色液進(jìn)行染色40～60 min，然后用純水加熱脫色數(shù)次，至條帶清晰無(wú)背景色。

本實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生首先進(jìn)入虛仿實(shí)驗(yàn)室的“演示模式”觀看所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的系統(tǒng)性操作，再借助真實(shí)實(shí)驗(yàn)室分階段、分課時(shí)、分小組完成真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，最后進(jìn)入虛仿實(shí)驗(yàn)室的“操作模式”進(jìn)行系統(tǒng)性模擬操作。為了彌補(bǔ)真實(shí)實(shí)驗(yàn)不連續(xù)、不系統(tǒng)的缺陷，虛仿實(shí)驗(yàn)的演示觀看和模擬操作環(huán)節(jié)都需完成實(shí)驗(yàn)所有操作內(nèi)容。

2 虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)流程

鑒于學(xué)校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)暫未實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)功能，本研究借助“學(xué)習(xí)通”APP開展線上輔助教學(xué)，線下教學(xué)采取虛實(shí)結(jié)合的方式進(jìn)行，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程及課后學(xué)生均可在線上進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和討論交流，線下實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)階段主要學(xué)習(xí)使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件，觀看虛擬仿真演示實(shí)驗(yàn)熟悉實(shí)驗(yàn)操作流程；實(shí)驗(yàn)進(jìn)行階段教師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)學(xué)生以2～3人為小組進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作，以及獨(dú)自進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)化操作；實(shí)驗(yàn)總結(jié)階段學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并完成線上答題。

2.1 實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)階段

學(xué)生線上通過(guò)“學(xué)習(xí)通”APP進(jìn)行自主預(yù)習(xí)，教師在平臺(tái)上向?qū)W生推送學(xué)習(xí)資源，包括實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容、課件、教師演示視頻、試題等。并引導(dǎo)學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成學(xué)習(xí)任務(wù)；教師通過(guò)查閱學(xué)生簽到率、材料閱讀反芻比、答題分?jǐn)?shù)等獲取學(xué)生預(yù)習(xí)效果的反饋，以充分掌握學(xué)情(圖1)。線下預(yù)習(xí)在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，教師借助教師端引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)使用軟件，觀看操作演示、自主選擇實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等內(nèi)容的深度學(xué)習(xí)，并提交預(yù)習(xí)報(bào)告(圖2)。教師可針對(duì)學(xué)情加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的監(jiān)督與引導(dǎo)。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生線上發(fā)送疑難問(wèn)題，與同學(xué)、老師進(jìn)行互動(dòng)解決[6]。

(a)線上教學(xué)平臺(tái); (b)線上作業(yè)評(píng)價(jià)。圖1 線上輔助教學(xué)情況Figure 1 Online assisted teaching platform

(a)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng); (b)實(shí)時(shí)熒光定量PCR操作演示; (c)軟件操作方法。圖2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)線下輔助預(yù)習(xí)平臺(tái)Figure 2 Virtual simulation experimental system offline assisted preview platform

2.2 實(shí)驗(yàn)進(jìn)行階段

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，由于受到學(xué)時(shí)限制，小組間幾乎無(wú)互動(dòng)交流，實(shí)驗(yàn)成功率低。實(shí)驗(yàn)失敗后大多數(shù)學(xué)生難以及時(shí)找到失敗的原因，實(shí)驗(yàn)過(guò)程借助“學(xué)習(xí)通”APP輔助教學(xué)，學(xué)生可在移動(dòng)端無(wú)限制登錄系統(tǒng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)。如在操作中遺忘了相關(guān)操作技巧，可及時(shí)在移動(dòng)端觀看視頻；在實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)異常時(shí)可及時(shí)學(xué)習(xí)教師推送的異常分析，從而提高解決問(wèn)題的效率。同時(shí)通過(guò)學(xué)生的線上提問(wèn)與討論，教師可幫助學(xué)生統(tǒng)一解決共性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)信息多向交流，也有助于提高教學(xué)的針對(duì)性，能夠激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和思考，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的主體性，體現(xiàn)出教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)及時(shí)有效引導(dǎo)[7]。

2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)操作包括：(1)昆蟲觸角組織總RNA提取及cDNA制備，包括超微量分光光度計(jì)的使用、瓊脂糖凝膠電泳和反轉(zhuǎn)錄操作；(2)目的基因PCR擴(kuò)增、實(shí)時(shí)熒光定量PCR操作；(3)質(zhì)粒提取與酶切；(4)構(gòu)建蛋白表達(dá)載體；(5)重組蛋白誘導(dǎo)表達(dá)及SDS-PAGE操作。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)操作中，教師結(jié)合學(xué)生的實(shí)驗(yàn)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)操作準(zhǔn)確性、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)環(huán)境整潔度等對(duì)實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行過(guò)程考核。

2.2.2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

學(xué)生通過(guò)學(xué)生端進(jìn)入虛仿實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)流程的系統(tǒng)化操作(圖3)。整個(gè)過(guò)程學(xué)生可及時(shí)了解操作的正誤，并根據(jù)系統(tǒng)提示改正錯(cuò)誤，教師隨時(shí)監(jiān)控學(xué)生操作的過(guò)程與成績(jī)，由于虛仿實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間短、效率高，教師可結(jié)合實(shí)際情況要求錯(cuò)誤率高的學(xué)生進(jìn)行重復(fù)性操作，實(shí)現(xiàn)全體學(xué)生共同完成的目標(biāo)?，F(xiàn)有虛仿實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)學(xué)生操作的及時(shí)評(píng)價(jià)，但還未實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)推送思考題和測(cè)試等評(píng)價(jià)輔助功能，今后將通過(guò)校企合作開發(fā)完善。

(a)構(gòu)建重組表達(dá)載體pET30a(+)-OBP; (b)電泳操作過(guò)程。圖3 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作界面Figure 3 Operation interface of virtual simulation experiment

2.3 實(shí)驗(yàn)總結(jié)階段

學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)線下完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、方法與步驟、現(xiàn)象與結(jié)果、誤差分析、思考題。教師收集實(shí)驗(yàn)報(bào)告，重點(diǎn)考查學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，對(duì)較好體現(xiàn)綜合應(yīng)用能力和具有個(gè)人創(chuàng)新性觀點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行線上共享示范，向?qū)W生反饋學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)。結(jié)合線上答題檢測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果，并按照考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生成績(jī)進(jìn)行綜合評(píng)定。

3 虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)與效果

開展過(guò)程性教學(xué)評(píng)價(jià)是高校致力實(shí)踐的重點(diǎn)任務(wù)之一[8]，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核更要重視考核在教學(xué)全過(guò)程的指引作用[9]。結(jié)合虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)，借助“學(xué)習(xí)通”線上輔助教學(xué)評(píng)價(jià)，形成性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)相配合，從知識(shí)、能力、態(tài)度等多維度對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，一定程度上可發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，增強(qiáng)評(píng)價(jià)的指引作用，從而改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中評(píng)價(jià)方式單一、學(xué)生重結(jié)果而輕過(guò)程的狀況。

3.1 虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方式

本實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)提高了過(guò)程性考核的分?jǐn)?shù)權(quán)重，力求做到網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)的高效性與教師評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)性的互補(bǔ)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程與結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)定，旨在落實(shí)以評(píng)促學(xué)的考核目標(biāo)。具體評(píng)價(jià)方式見(jiàn)表1。

表1 功能基因的分子克隆與體外表達(dá)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方式

3.2 虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

為了檢驗(yàn)虛實(shí)結(jié)合開展基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，在2017級(jí)生物工程專業(yè)的兩個(gè)平行班分別實(shí)施兩種不同的教學(xué)模式，即1班采用小組合作開展真實(shí)實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵操作的傳統(tǒng)教學(xué)模式，2班采用本文所設(shè)計(jì)的虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)模式。由于兩種教學(xué)模式的考核評(píng)價(jià)方式不統(tǒng)一，現(xiàn)只針對(duì)完全相同的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和試題庫(kù)答題進(jìn)行成績(jī)比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后兩個(gè)班學(xué)生同時(shí)撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，密封個(gè)人信息后進(jìn)行評(píng)閱，成績(jī)按照相同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定，分值為100分；試題庫(kù)答題由系統(tǒng)自動(dòng)生成，滿分100分。最后按照1∶1計(jì)算每名學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和試題庫(kù)答題平均分，并對(duì)兩個(gè)班學(xué)生的成績(jī)進(jìn)行班級(jí)平均分和分?jǐn)?shù)段分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表2)。

表2 功能基因的分子克隆與體外表達(dá)實(shí)驗(yàn)學(xué)生成績(jī)比較

從實(shí)驗(yàn)總結(jié)階段評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果發(fā)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)明顯提高了班級(jí)平均分。數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)班學(xué)生成績(jī)?cè)?1～100分?jǐn)?shù)段為57人，人數(shù)占比76%，對(duì)照班學(xué)生成績(jī)?cè)?1～80分?jǐn)?shù)段為55人，人數(shù)占比72.4%。即實(shí)驗(yàn)班大部分學(xué)生成績(jī)?cè)?1分及以上，對(duì)照班則主要集中在61～80分?jǐn)?shù)段，表明該教學(xué)模式能夠有效提高班級(jí)學(xué)生的優(yōu)良分?jǐn)?shù)比率。結(jié)合實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班各自教學(xué)過(guò)程的差異，進(jìn)一步分析實(shí)驗(yàn)班學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)提高的主要因素有：(1)在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)階段，虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)模式借助視頻演示觀看整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，與傳統(tǒng)的利用實(shí)驗(yàn)教材預(yù)習(xí)相比，形式上具有直觀性，更利于學(xué)生對(duì)內(nèi)容的識(shí)記；日常教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)考核分?jǐn)?shù)段在61～70的學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度上普遍積極性不高。本文采取的教學(xué)模式教師通過(guò)預(yù)習(xí)效果監(jiān)控篩選出這部分學(xué)生進(jìn)行跟蹤指導(dǎo)，加強(qiáng)學(xué)習(xí)監(jiān)督。從而在預(yù)習(xí)階段做好充分準(zhǔn)備。(2)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的多感官刺激更能引起學(xué)生的無(wú)意注意，也有助于有意注意的維持；各操作環(huán)節(jié)中反應(yīng)進(jìn)程的直觀展示，增強(qiáng)了對(duì)知識(shí)的儲(chǔ)存；由于時(shí)間利用的高效性，學(xué)生可自主進(jìn)行重復(fù)操作與訓(xùn)練；虛仿實(shí)驗(yàn)操作中的成績(jī)與線上的答題情況借助軟件及時(shí)向?qū)W生反饋學(xué)習(xí)效果，有助于增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，線下虛仿實(shí)驗(yàn)與線上資源利用的可重復(fù)性為學(xué)生課后深度學(xué)習(xí)提供了便利，拓展了學(xué)習(xí)時(shí)空，從而增強(qiáng)學(xué)習(xí)成效。(3)虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)模式在真實(shí)實(shí)驗(yàn)的操作中，學(xué)生可通過(guò)回憶虛仿實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，結(jié)合線上真實(shí)實(shí)驗(yàn)演示，進(jìn)一步復(fù)習(xí)鞏固了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過(guò)學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)常見(jiàn)錯(cuò)誤，提高操作正確率，從而提高實(shí)驗(yàn)成功率。

學(xué)生是教學(xué)活動(dòng)的主體，他們對(duì)教學(xué)的滿意程度直接影響著教學(xué)效果，因此，在教學(xué)中應(yīng)關(guān)注作為學(xué)習(xí)主體的學(xué)生對(duì)教學(xué)的評(píng)價(jià)[10-11]。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查的方式(問(wèn)卷調(diào)查鏈接：https://www.wjx.cn/vm/eVxL2Ol.aspx)了解授課對(duì)象對(duì)虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的滿意度，即利用問(wèn)卷星向2017級(jí)生物工程2班發(fā)送問(wèn)卷75份，收回有效問(wèn)卷75份，從A拓展學(xué)習(xí)時(shí)空、B實(shí)現(xiàn)資源共享、C提高學(xué)習(xí)興趣、D增強(qiáng)信息交流、E及時(shí)反饋效果、F學(xué)習(xí)環(huán)境舒適、G鍛煉學(xué)習(xí)能力、H體現(xiàn)學(xué)生主體和I評(píng)價(jià)方式多元這9個(gè)維度收集學(xué)生的反饋(表3)。結(jié)果表明，學(xué)生對(duì)本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式探索的多個(gè)維度評(píng)價(jià)都有很高的滿意度。

表3 虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)生滿意度調(diào)查

4 虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

4.1 拓展時(shí)空，提高學(xué)生學(xué)習(xí)成效

虛仿實(shí)驗(yàn)不存在藥品和試劑的毒性問(wèn)題，環(huán)境比較安全，干凈整潔的操作界面可獲得良好的視覺(jué)美感體驗(yàn)。這些優(yōu)勢(shì)提高了學(xué)生的參與度。單純的真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)由于受到學(xué)時(shí)與實(shí)驗(yàn)條件的限制，學(xué)生的操作訓(xùn)練達(dá)不到實(shí)驗(yàn)要求。受限于現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備數(shù)量和經(jīng)費(fèi)投入，實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性和重復(fù)性，小組合作與一次性實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致部分學(xué)生沒(méi)有操作機(jī)會(huì)，實(shí)驗(yàn)成功率低。虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的有效關(guān)聯(lián)，虛仿實(shí)驗(yàn)及線上輔助教學(xué)將課堂內(nèi)容延伸到課外；虛仿實(shí)驗(yàn)中省略了非關(guān)鍵操作的細(xì)節(jié)，沒(méi)有了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和等待的過(guò)程，提高學(xué)習(xí)效率；與教師的單向講授相比，虛仿實(shí)驗(yàn)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的立體化呈現(xiàn)更易于學(xué)生接受和理解；因此虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)模式有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的記憶，有助于激發(fā)和維持學(xué)生的注意、興趣和動(dòng)機(jī)，實(shí)驗(yàn)班大部分學(xué)生認(rèn)為虛擬實(shí)驗(yàn)“拓展學(xué)習(xí)時(shí)空” “學(xué)習(xí)環(huán)境舒適”，通過(guò)學(xué)習(xí)成績(jī)的比較在一定程度上也體現(xiàn)出該模式能提高學(xué)生學(xué)習(xí)成效。

4.2 整合資源，培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)班學(xué)生對(duì)教學(xué)模式的“實(shí)現(xiàn)資源共享”和“增強(qiáng)信息交流”維度具有較高的滿意度。在虛仿實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行理論的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，預(yù)習(xí)階段線上學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)演示視頻，視頻示范方式與老師在課堂進(jìn)行示范相比，消除了由于空間限制或?qū)W生人數(shù)多而導(dǎo)致部分學(xué)生不能清晰觀看整個(gè)過(guò)程的弊端。結(jié)合學(xué)校實(shí)驗(yàn)室條件，學(xué)生小組合作完成真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作，充分利用虛實(shí)資源。通過(guò)線上學(xué)生與學(xué)生之間、以及學(xué)生與老師之間的互動(dòng)交流，有助于學(xué)生獲取必要信息，解決疑難問(wèn)題，及時(shí)評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果，基于虛仿實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)多感官協(xié)同活動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)生信息獲取能力[12]。在真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作中進(jìn)一步鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力。因此，虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)現(xiàn)了虛實(shí)資源的共享，增強(qiáng)了信息交流。有助于培養(yǎng)學(xué)生獲取信息、處理信息的能力。

4.3 以生為本，鍛煉自主學(xué)習(xí)能力

實(shí)驗(yàn)班學(xué)生在“提高學(xué)習(xí)興趣” “鍛煉學(xué)習(xí)能力”和“體現(xiàn)學(xué)生主體”這3個(gè)維度具有較高的滿意度，分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，虛仿實(shí)驗(yàn)?zāi)苤庇^化展示微觀變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)原理的具體化，實(shí)驗(yàn)過(guò)程的系統(tǒng)化和可視化，有效幫助學(xué)生理解抽象、微觀的內(nèi)容，線上輔助教學(xué)平臺(tái)的信息呈現(xiàn)方式與學(xué)生獲取資源方式的偏好相契合，能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。該教學(xué)模式在預(yù)習(xí)階段，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)；虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作不受課時(shí)限制，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生的獨(dú)立操作，彌補(bǔ)了真實(shí)實(shí)驗(yàn)中部分學(xué)生處于觀摩狀態(tài)的不足，在整個(gè)教學(xué)中學(xué)生可結(jié)合自己實(shí)際選擇性地進(jìn)行重復(fù)訓(xùn)練，體現(xiàn)了學(xué)生的主體性，增強(qiáng)了主體意識(shí)。有助于鍛煉學(xué)生學(xué)習(xí)能力。

4.4 多元評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)以評(píng)促學(xué)目的

實(shí)驗(yàn)班絕大部分學(xué)生認(rèn)為虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)模式能夠及時(shí)反饋學(xué)習(xí)效果，評(píng)價(jià)方式多元化。虛仿實(shí)驗(yàn)可隨時(shí)向?qū)W生展示操作提醒，實(shí)時(shí)提示操作正誤，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的形成性評(píng)價(jià)，在操作后可生成操作成績(jī)，線上答題能及時(shí)獲得分?jǐn)?shù)，學(xué)習(xí)效果反饋及時(shí)；該教學(xué)模式也有助于教師實(shí)時(shí)關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程、行為、能力和態(tài)度，過(guò)程性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合，軟件評(píng)價(jià)與教師評(píng)價(jià)相補(bǔ)充，有助于學(xué)生及時(shí)了解自己的學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)教學(xué)評(píng)的一體化，最終落實(shí)以評(píng)促學(xué)的評(píng)價(jià)目的。

5 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)存在兼容性和開放性不足的問(wèn)題

本文探索的虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是基于我?；蚬こ虒?shí)驗(yàn)室條件和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心開展的，當(dāng)前學(xué)校的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的共享范圍僅限于校內(nèi)，還未面向社會(huì)提供外網(wǎng)訪問(wèn)服務(wù)，暫不支持移動(dòng)端，因此虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)空拓展受到一定限制。為適應(yīng)不同使用場(chǎng)景和使用終端，更好地服務(wù)于學(xué)生，下一步將開發(fā)管理平臺(tái)的兼容性，以實(shí)現(xiàn)在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，能在多種操作系統(tǒng)的PC端和移動(dòng)端運(yùn)行，不受時(shí)間、地點(diǎn)、運(yùn)行平臺(tái)的限制，能兼容多種主流瀏覽器。并不斷豐富課程資源以提供外網(wǎng)訪問(wèn)服務(wù)能力。實(shí)現(xiàn)資源開放共享。此外，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中增加結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)時(shí)推送試題和搶答等的輔助評(píng)價(jià)的功能，將會(huì)進(jìn)一步提高虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心對(duì)教學(xué)的服務(wù)能力。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基因工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為當(dāng)前一種重要的實(shí)驗(yàn)輔助手段，可彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的不足。虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，可充分發(fā)揮虛仿實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)理論的具體化、實(shí)驗(yàn)過(guò)程的直觀化、實(shí)驗(yàn)流程的系統(tǒng)化、實(shí)驗(yàn)投入的經(jīng)濟(jì)化、評(píng)價(jià)方式的多元化，與真實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)合增強(qiáng)理論與實(shí)踐的關(guān)聯(lián)，進(jìn)而提高學(xué)生學(xué)習(xí)成效，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。限于學(xué)校當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件和教學(xué)內(nèi)容長(zhǎng)期以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為主的現(xiàn)狀，本文開展的實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。為了實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)與創(chuàng)新思維培養(yǎng)并重的人才培養(yǎng)目標(biāo)，今后將基于虛仿實(shí)驗(yàn)的開放共享，逐漸開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，為避免開展困難，教師可通過(guò)線上評(píng)價(jià)提前充分了解學(xué)情，并在教學(xué)設(shè)計(jì)中從學(xué)習(xí)方式和思維方式上提供逐漸過(guò)渡的機(jī)會(huì)。在新的教學(xué)模式下，教師作為學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，可從教學(xué)內(nèi)容與學(xué)習(xí)目標(biāo)制訂、學(xué)習(xí)進(jìn)展推進(jìn)、學(xué)習(xí)過(guò)程監(jiān)督與管理、試題設(shè)計(jì)與學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)、技術(shù)支持等方面發(fā)揮教學(xué)的主導(dǎo)作用，服務(wù)于學(xué)生的學(xué)習(xí)；作為學(xué)生學(xué)習(xí)的幫助者，運(yùn)用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的便捷性和高效性，遵循學(xué)生已知的不教、學(xué)生能自主學(xué)會(huì)的不教的原則，可增強(qiáng)教學(xué)的針對(duì)性和目的性。