分子生物學虛實結合實驗教學模式探索與研究

吳畢莎

（莆田學院環境與生物工程學院，福建莆田 351100）

分子生物學(molecular biology)是在通過研究分子水平研究生物大分子結構以及功能來闡明各種生命現象本質的一門學科，其實驗不但可以讓學生對理論知識有更深刻的理解，還能讓學生切身感受知識的應用和掌握各種實驗技能，故而實驗教學質量的好壞直接影響該課程的教學效果[1]，為科研單位及后續的研究生培養提供創新人才的基礎。但分子生物學為微觀領域學科，其實驗過程及結果大部分都是比較抽象的，學生不易理解。因此，在該課程中引入現代教育技術創設實驗教學虛擬環境，借助3D動畫及虛擬仿真實驗，生動形象地再現該課程的實驗原理及實驗過程，做到實體實驗和虛擬實驗相互結合，相互補充，分別利用傳統實驗和虛擬仿真實驗的優勢，便于學生內化課程知識和實驗操作技能的培養，同時豐富教學內容，提高教學效率，強化教學效果，彌補傳統實驗的不足，減少實驗室廢棄物排放對環境的污染和節省學校的實驗經費[2-3]。

1 傳統實驗教學的不足

1.1 空間上的制約

傳統分子生物學實驗教學是在實驗室里完成的，教師將實驗內容的相關知識講授后學生開始實驗操作并記錄實驗現象和結果，最后撰寫實驗報告。然而大部分學生寫出來的實驗報告都大同小異，只是機械地抄寫實驗原理、實驗試劑及儀器以及實驗步驟等，由于分子實驗較為抽象，甚至實驗現象不明顯，學生無法對實驗過程的現象和實驗結果進行詳細的描述，不會將實驗過程所產生的現象與所學的理論知識進行聯系與分析。其中原因之一是學生在實驗結束之后，無法清晰地記住實驗現象和結果甚至會遺漏，由于實驗室是針對全院甚至全校開放，課程安排緊湊，開課率高，學生想要申請再次實驗的話有可能會跟實驗室所安排的課程有沖突，而在實驗室之外學生又無法再次復習實驗過程[4]。

1.2 時間上的制約

在本科的教學大綱中，分子生物學實驗包含有目的基因的克隆，PCR產物的凝膠電泳，回收DNA片段，質粒的構建與轉化等實驗。該課程具有實驗前期耗時較長以及實驗過程的等待時間過長等特點。若學生在實驗課堂上因為操作不當造成實驗失敗，想要再次重復實驗操作的可能性不大；其次，完整的分子生物學實驗教學具有等待時間遠遠大于操作時間的特點，實驗時間不緊湊，學生無法完全理解該實驗的完整流程，甚至不理解所開展的實驗目的為何，只是機械地跟著實驗步驟做，教學效果收效甚微[5]。

1.3 實驗課程局限性

分子生物學實驗對實驗環境條件要求高，部分實驗還需要大型貴重儀器，往往這些大型儀器的數量不多，無法為整個專業的學生提供實驗教學，實驗教學困難重重[6]。因此，教師在安排實驗課程時還要結合本校現有的實驗條件，將要求高、不易執行的實驗排除。同時，分子生物學實驗中，所使用的試制有些為有毒高危物質，在實驗操作過程中，風險較大。教師在安排課程內容時除了考慮實驗條件之外，還要將涉及高危、高消耗的實驗刪除[7]。實驗課程的種種局限性將導致學生無法全面掌握該課程的實驗操作和實驗技能，影響了學生實踐能力的培養。

2 虛實結合實驗教學模式

分子生物學“虛實結合”實驗教學模式是利用現代信息技術，將該實驗課程的虛擬實驗與傳統實驗教學相結合的一種教學模式。該模式以傳統實驗為基礎，在網絡上向學生提供在線虛擬實驗，學生可以隨時隨地進行學習，學習的自由性較大，不受傳統實驗教學中“時、空”的制約[8]。另外，分子生物學實驗對操作者的實驗技能要求較高，實驗過程中的環境條件以及操作極大地影響到實驗結果，該實驗教學的開展不能完全依靠虛擬仿真實驗，否則學生的實驗操作技能將無法得到真正的鍛煉[9]。因此，應該根據分子生物學實驗的特點，在實驗教學中不但要增加虛擬仿真實驗，更應強調虛實結合，保證傳統實驗的課時，課上嚴格要求學生的實驗操作能力[10-11]。虛實結合的實驗教學模式不但能避免虛擬仿真實驗所導致的動手能力不足；又能向學生展現微觀世界的實驗過程，促進對實驗原理的理解，既夯實基礎知識，又增強了實驗技能的培養。

3 虛實實驗結合的創新

隨著信息技術的不斷發展，虛擬實驗不再只是簡單地局限于網絡平臺上的操作，還可發展3D立體眼鏡、數據手套、位置跟蹤器和頭盔顯示器等模擬現實的硬件產品，為學生提供了更加真實、更加具有操作感的實驗體驗和服務，提高了學生的學習熱情和實踐操作能力[12]。

4 結語

分子生物學實驗是生物專業本科學生的主干課程之一，引進“虛實結合”的實驗教學模式，不但能加強學生對微觀實驗原理以及相關理論知識的理解，更深刻地理解實驗過程，同時又兼顧實驗能力的培養，可以及時地引入教師的科研成果以及前沿的實驗技術，讓學生及時掌握新技能，達到教學促進科研，科研反哺教學的目的。