生物化學虛擬仿真實驗平臺建設*

楊全中 王亞娟

（新鄉醫學院三全學院 基礎醫學院 河南新鄉 453003）

虛擬仿真實驗是利用計算機系統結合虛擬仿真技術來創造用戶所需的虛擬實驗環境，實驗人員可在虛擬的空間當中進行如現實世界環境一樣的實驗項目，相比于在真實環境當中，在虛擬實驗環境當中所獲得的學習效果明顯更優[1]。其可以彌補真實實驗中不允許開設、難以達到教學效果、有危險性的實驗，是一種有利于自主學習、主動實驗、共享開放的教學模式[2]，[3]，是教育信息化背景下教學改革的發展方向和人才培養的重要手段[4-6]。

一、實驗實施的必要性和可行性

作為一種先進的電子信息技術，虛擬仿真技術已經深入各行各業中，如在娛樂領域、商業領域、醫學領域、教育領域，虛擬仿真技術方面的研究正在不斷發展，并逐步應用到實踐中。與西方發達國家相比，我國的虛擬實驗室研究起步較晚，但已得到較大的重視，部分高校建立了自己的虛擬實驗室。比如清華大學的汽車發動機檢測系統，西安理工大學建立的工程實踐虛擬仿真教學中心等。雖然國內研究者在虛擬仿真技術應用于醫學領域、虛擬仿真實驗開發中取得大量的成果，但是現有醫學虛擬技術方面的研究重點主要集中在虛擬仿真實驗平臺建設、臨床診斷、手術等方面，而在醫學教育中已有的研究也多是多集中于虛擬仿真實驗理論、平臺的建設和開發方面的研究，很少有從事于虛擬仿真實驗在具體課程教學，特別是在《生物化學》及基礎醫學中應用模式的研究。

作為河南省唯一一所醫學類獨立本科院校，在向應用型高校轉變的背景下新鄉醫學院三全學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、科研和建設經費不足、缺乏教學和科研領軍人物等問題，而且作為醫學類院校還有著學生的學業任務重、技能要求高等特點，因此如何使學生在有限的時間內掌握醫學基本理論、實驗技能和學習方法，并具有一定的分析問題、解決問題的能力、創新能力、就業能力，甚至創業能力，提高學生的綜合素質，已成為醫學類民辦高校的領導、管理人員和教師亟待解決的問題。因此，在校領導和相關部門的大力支持下學校成立了專門的領導小組、投入專項資金進行虛擬仿真實驗平臺的建設和應用模式探究。

二、虛擬仿真實驗資源建設

經過課題組成員討論和征求各方意見，初步確定生物化學虛擬仿真實驗主要從以下幾個模塊進行建設：

1.生物化學實驗基本技能訓練，這部分包括：刻度吸量管的使用、加樣槍的使用、分光光度計的使用、離心機的使用、玻璃儀器的清洗和干燥等。

2.分子生物學常用技術：質粒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、大腸桿菌感受態細胞的制備和轉化、重組質粒的連接、轉化及篩選等。

3.蛋白質實驗基本技術：蛋白質的提取（幾種方法）、蛋白質濃度的測定（幾種方法）、蛋白質濃縮、蛋白質凝膠電泳、蛋白質等電聚焦和雙向電泳、免疫印跡、離子交換層析、親和層析、凝膠過濾層析等。

4.設計性實驗和創新性實驗：主要用于訓練學生獨立思考、分析問題、解決問題能力和創新能力。該類實驗模式是給學生提出一個問題，不限定解決問題的方法，由學生通過運用所學專業基本概念、基本原理和技能，思考分析，提出設計方案并加以實現。比如要想測定某一物質的濃度，要運用已有的實驗資源、該物質的理化性質（顏色反應）、朗伯比爾定律、標準管法和標準曲線法等原理設計測定。

三、基于虛擬仿真實驗的教學設計

本實驗教學擬采取基于虛擬仿真實驗的混合式教學模式，是以學生為主體、5-6人為一小組采用基于翻轉課堂的教學法進行。具體執行模式如下：優化雙基實驗，強化綜合性實驗，多途徑、多方法實現創新型實驗，促進理論與實驗課程的融合，對學生學習結果（理論測試、基本實驗技能測試、核心技能測試）、綜合素質（團隊意識、人際交往能力、創新意識等）進行階段性測試和綜合性評價，逐步形成新的教學模式。

結語

將虛擬仿真實驗應用于生物化學實驗教學將使實驗教學更加生動形象、實驗形式豐富多彩，可以增強學生的自主學習能力、實踐能力、創新能力，彌補傳統實驗中的弊端，很大程度的提高實驗教學效果。相信在不久的將來，生物化學虛擬仿真實驗教學系統將在越來越多的學校中使用，得到學生和教師的進一步認可，發揮更好的作用。