虛擬仿真實驗實訓平臺在高職醫學院校細胞生物學實驗教學的應用

細胞生物學是現代生命科學的前沿學科之一，是基礎醫學的一門重要課程，其實驗教學對于學生掌握細胞結構和功能、培養科學素養和創新能力具有重要意義。然而，傳統的實驗教學存在諸多不足，如實驗資源有限、實驗操作風險高、教學效果差等問題。虛擬仿真實驗實訓平臺的應用為解決上述問題提供了新的途徑。

細胞生物學是現代生命科學的前沿學科之一，是基礎醫學的一門重要課程，也是我校生物技術和裝備專業的必修課程。細胞生物學的實驗教學是專業課程教學中的重要組成部分。細胞生物學是醫學專業的一門重要基礎理論課程，其實驗教學對于學生掌握細胞結構和功能、培養科學素養和創新能力具有重要意義。傳統的實驗教學模式存在諸多不足，如實驗資源有限、實驗操作風險高、教學效果差等問題，影響了實驗教學質量。近年來，虛擬仿真技術在教育領域的應用日益廣泛，虛擬仿真實驗實訓平臺應運而生，為解決傳統實驗教學中存在的問題提供了新的思路。

本文將闡述虛擬仿真實驗實訓平臺在細胞生物學實驗教學中的應用價值，分析其在實驗準備、實驗操作、實驗評價等環節的應用，探討其在提高教學質量、培養學生能力等方面的作用，并指出應用過程中需要注意的問題，以期為高職醫學院校細胞生物學實驗教學的改革和創新提供有益借鑒。

1 虛擬仿真實驗實訓平臺在細胞生物學實驗教學中的應用現狀

虛擬仿真實驗實訓平臺是一種基于虛擬現實技術、計算機圖形圖像處理技術等先進技術構建的實驗實訓環境，能夠模擬真實的實驗過程，為學生提供安全、高效的實驗實訓條件，有利于培養學生的實踐能力和創新思維。目前，虛擬仿真實驗實訓平臺在高職醫學院校細胞生物學實驗教學中的應用已經取得了一定進展。

1.1 實驗預習環節

教師可以通過虛擬仿真實驗實訓平臺提供相關實驗視頻、動畫等多媒體資源，讓學生提前了解實驗原理、操作步驟等，有利于激發學習興趣，為實際操作做好準備，一些高職院校已經開始在細胞生物學實驗課程中應用這種方式。

1.2 儀器設備模擬

虛擬仿真實驗實訓平臺可以模擬常用的細胞生物學實驗儀器，如顯微鏡、離心機等，部分高職院校已經將儀器設備模擬納入細胞生物學實驗教學，學生可以在虛擬環境下熟悉儀器的結構和使用方法，為真實操作打好基礎。

1.3 虛擬操作實訓

部分高職院校的虛擬仿真實驗實訓平臺可以模擬細胞制片、細胞染色、細胞計數等實驗操作，學生可以在虛擬環境中進行操作訓練，掌握標準的實驗步驟和方法。同時，平臺可以對一些難以直接觀察的細胞結構和現象進行三維可視化展示，如細胞的分子結構、細胞分裂過程等，有助于學生深入理解相關理論知識。平臺允許學生在虛擬環境中調節實驗參數，觀察不同參數下實驗現象的變化，培養學生的探究能力和科學思維。

2 虛擬仿真實驗實訓平臺在細胞生物學實驗教學中的應用價值

2.1 克服傳統實驗教學的不足

傳統實驗教學由于受到實驗資源的限制，常常無法為所有學生提供充足的實踐機會，而虛擬仿真實驗則可以在計算機上無限次重復操作，不會消耗實驗材料和試劑，從而節約了實驗經費開支。此外，傳統實驗操作存在一定的安全隱患，而虛擬仿真環境下無須接觸真實的生物材料和化學試劑，可以避免實驗操作帶來的安全風險，保障了學生的人身安全。再者，傳統實驗教學過于注重結果，忽視了過程，學生難以真正理解實驗原理，而虛擬仿真實驗可以對實驗過程進行多角度、多維度地呈現，學生可以根據自身需求反復觀察、操作，有利于加深對實驗原理的理解。

2.2 滿足現代醫學人才培養需求

當前，醫學模式正由生物醫學模式向生物—心理—社會醫學模式轉變，對醫學人才的培養提出了新的要求，需要學生具備創新意識、實踐能力和終身學習能力。虛擬仿真實驗允許學生在安全的環境中大膽探索、反復實踐，激發了學生的好奇心和創新欲望，有利于培養創新意識；同時，虛擬仿真實驗可以模擬真實的操作過程，為學生提供了寶貴的實踐鍛煉機會，從而提高了實踐操作能力；此外，虛擬仿真實驗實訓平臺為學生創造了自主探究的環境，激發了學生學習興趣，培養了學生獨立思考和終身學習的習慣。

2.3 提高細胞生物學實驗教學質量

虛擬仿真實驗可以通過直觀形象的呈現、充足的實訓機會、個性化學習等方式，有利于學生理解理論知識、掌握實踐技能、激發學習興趣和主動性。研究表明，與傳統實驗教學相比，學生在虛擬仿真實驗中表現出更高的學習參與度和滿意度，實驗教學效果顯著提高。此外，虛擬仿真實驗還可以培養學生的觀察能力、動手能力、探究能力和創新能力等綜合素質。

與此同時，虛擬仿真實驗實訓平臺的應用可以節約教學資源，降低教學成本。相比于傳統實驗，虛擬仿真實驗無須購置大量實驗材料和試劑，只需要一定的硬件設備和軟件系統，從長遠來看，可以為高職醫學院校節省大量的實驗經費開支。對于一些經費緊張的高職醫學院校來說，這是一個重要的考慮因素。

因此，虛擬仿真實驗實訓平臺在高職醫學院校細胞生物學實驗教學中具有重要的應用價值，可以說是克服了傳統實驗教學的不足、滿足了現代醫學人才培養需求、提高了實驗教學質量、節約了教學資源，是細胞生物學實驗教學改革和創新的有力支撐。

3 虛擬仿真實驗實訓平臺教學項目建設

3.1 虛擬仿真實驗實訓平臺概述

虛擬仿真實驗實訓平臺是一種利用計算機技術和虛擬現實技術，模擬真實實驗環境和實驗過程的教學平臺。在細胞生物學實驗教學中，該平臺可以為學生提供一個高度逼真的實驗環境，使學生能夠在實際操作前，先通過虛擬實驗來熟悉實驗流程、掌握實驗技能，從而降低實驗成本，提高實驗效率。

3.2 虛擬仿真實驗實訓平臺的內涵

虛擬仿真實驗實訓平臺的內涵主要包括以下幾個方面。（1）技術內涵。虛擬仿真實驗實訓平臺利用計算機圖形學、虛擬現實技術、人機交互技術等先進技術，構建出一個三維的、可交互的虛擬實驗環境。其中，計算機圖形學技術用于生成逼真的三維圖形和動畫，模擬實驗器材和操作過程；虛擬現實技術可以提供身臨其境的體驗，增強學生的沉浸感；人機交互技術則支持多種交互方式，如手勢、語音、觸控等，使學生能夠自然、便捷地操控虛擬實驗。（2）教學內涵。虛擬仿真實驗實訓平臺通過模擬真實的實驗過程，為學生提供實驗指導、實驗操作、實驗結果分析等功能，使學生能夠在虛擬環境中進行完整的實驗學習。具體來說，平臺可以呈現實驗原理、步驟和注意事項等指導信息，引導學生掌握正確的實驗方法；提供虛擬操作界面，支持學生在虛擬環境中進行各種實驗操作；并能自動采集和分析實驗數據，幫助學生獲得實驗結果并理解其中的原理。（3）學科內涵。虛擬仿真實驗實訓平臺緊密結合細胞生物學的學科特點，設計符合學科要求的虛擬實驗項目，使學生在掌握實驗技能的同時，也能夠深入理解細胞生物學的理論知識。比如，在“細胞分裂”實驗中，平臺可以通過三維動畫的形式，生動展示細胞有絲分裂和減數分裂的全過程，并結合相關理論知識的講解，幫助學生掌握細胞分裂的機理和意義；同時，平臺還可以設置相應的虛擬操作環節，如細胞制片、細胞染色等，讓學生親自動手進行操作訓練，鞏固對細胞分裂各階段的識記。

通過技術、教學和學科三方面的內涵融合，虛擬仿真實驗實訓平臺實現了以學生為中心的探究式學習，不僅能培養學生的實踐技能，還能夠加深對細胞生物學理論知識的理解，從而達到理論聯系實際、能力與知識并重的教學目標。

3.3 虛擬仿真實驗實訓平臺的特點

虛擬仿真實驗實訓平臺的特點主要體現在：（1）高度仿真。虛擬仿真實驗實訓平臺能夠利用計算機圖形學、三維建模等技術，高度還原真實的實驗環境、實驗過程和實驗現象，使學生在虛擬實驗中的體驗與實際操作非常接近，有助于加深對實驗原理和步驟的理解。（2）交互性強。平臺提供多種豐富的人機交互方式，如手勢操作、語音控制、虛擬按鈕等，使學生能夠自由地操作虛擬實驗器材、觀察實驗結果，充分調動學生學習主動性和主觀能動性，提高實驗學習的參與度和體驗感。（3）安全性高。傳統的細胞生物學實驗操作常常涉及尖銳器具、有毒試劑等，存在一定的安全隱患。而虛擬仿真實驗則完全在計算機虛擬環境中進行，避免了這些潛在的危險，保證了學生的人身安全。（4）靈活性強。虛擬仿真實驗實訓平臺可以根據教學需求，靈活調整和更新實驗項目、實驗內容和實驗參數，適應細胞生物學不同課程的實驗教學需求，提高了教學的靈活性和適用性。（5）可重復性強。與傳統實驗操作不同，虛擬仿真實驗可以在計算機上反復進行，學生可以多次練習、鞏固實驗技能，直到完全掌握，而不用擔心浪費實驗材料和經費。

總之，虛擬仿真實驗實訓平臺以其高度仿真、交5LkC0QtuLU8Nz1pd5yMcyw==互性強、安全性高、靈活性強、可重復性強等顯著特點，為細胞生物學實驗教學提供了一種全新的教學模式和手段，具有廣闊的應用前景。通過該平臺的建設與應用，不僅可以提高實驗教學的效率和質量，還可以培養學生的實驗能力和創新精神，推動細胞生物學實驗教學的現代化發展。

4 虛擬仿真實驗實訓平臺在細胞生物學實驗教學中的具體應用

4.1 實驗操作環節

虛擬仿真實驗實訓平臺可以全面模擬細胞生物學實驗的操作過程，為學生提供虛擬的實驗操作環境，具有多方面的應用。

（1）虛擬操作實訓

平臺可以模擬細胞生物學實驗中常見的操作步驟，如細胞制片、細胞染色、細胞計數等。學生可以在虛擬三維環境中，通過虛擬操控界面進行相應的操作訓練。例如在洋蔥鱗莖表皮標本的觀察與分析實驗，在制片環節，學生需要虛擬操作滴加碘液、取標本、蓋蓋玻片等步驟；在細d800UIkpbog/58luc3AGCw==胞觀察環節，需要熟練掌握顯微鏡中每一個結構的名稱和功能，及其正確的使用方法。通過反復練習，學生可以牢牢掌握標準的實驗操作流程和方法，為將來的實際操作打下扎實基礎。

（2）實驗現象觀察

細胞生物學實驗中有些細胞結構和生命現象是肉眼難以直接觀察的，需要借助顯微鏡等專業設備。虛擬仿真平臺可以對這些微觀結構和過程進行三維可視化展示，使抽象的理論知識形象化。比如平臺以大鼠腎缺血模型為例，可以模擬切片技術和透射電鏡技術，讓學生清晰看到顯微鏡下腎臟的正常結構和電鏡下細胞的超微結構。這種直觀生動的呈現方式，有助于學生深入理解和掌握相關的理論知識。

4.2 實驗評價環節

虛擬仿真實驗實訓平臺在實驗評價方面也具有獨特的優勢和功能。

（1）實時評分反饋

平臺可以根據預設的評分標準，對學生的操作過程和實驗結果進行實時評分，并給出即時反饋。例如，在細胞基本結構的普通光鏡觀察和分析實驗中，平臺可以評估學生每一步操作是否正確，并將結果及時反饋給學生。這種實時反饋有助于學生及時了解自身的操作水平，并根據反饋作出改進，從而更高效地掌握實驗技能。

（2）數據統計分析

虛擬仿真平臺能夠自動采集和統計學生在實驗過程中產生的各種數據，如實驗用時、誤差值、操作路徑等，為教師的教學評價和實驗內容優化提供數據支持。教師可以根據統計數據，分析哪些實驗環節存在普遍的困難，哪些步驟需要加強講解，并針對性地優化實驗流程和教學方式。

（3）考核測試

除了過程評價，虛擬仿真實驗實訓平臺還可以設置相關的考核測試項目，對學生的實驗操作技能和理論知識掌握情況進行綜合評估。教師可以在平臺上虛擬搭建不同的實驗場景，要求學生完成一系列操作任務，從而全面考查學生的實踐能力；同時還可以設置理論知識測試題，檢驗學生對相關概念原理的理解程度。通過考核測試，教師可以全面評價學生的實驗學習效果。

4.3 實驗具體實例

下面以我校虛擬仿真實驗實訓平臺的兩個實驗——人染色體標本的制備和紅細胞凝集實驗為例，簡要分析該平臺的優勢。

（1）人染色體標本的制備實驗特點

本虛擬實驗系統分為多個模塊，在虛擬實驗開始前有完整的文字形式的“實驗目的、實驗原理”及完整的“實驗視頻”。學生通過學習這部分內容，對本實驗有系統且直觀的認識。隨后根據系統提示，出現實驗材料相關的思考題，通過答題，學生可以加強對每一種試劑功能的認知，為熟悉并掌握接下來的虛擬操作做好鋪墊。

在虛擬操作部分，平臺可以播放外周血淋巴細胞培養無菌操作全過程視頻，包括消毒操作臺面、點燃酒精燈、使用無菌操作技術等。學生可以直觀地在虛擬環境中熟練掌握無菌操作以及外周血淋巴細胞培養的正確步驟和方法，為后續樹立實驗中的無菌意識以及正確的細胞培養規范操作奠定基礎。

除此以外，平臺為每一個實驗步驟配備對應的要點習題。比如，“制備染色體的主要步驟是什么？”學生可以選擇自己認為的正確選項，若回答錯誤，系統會自動彈出正確答案，學生可以根據答案提示，掌握染色體標本制備的正確流程。同時，平臺還繼續推出對應模塊的操作視頻，讓學生加強對此部分實驗內容的理解和掌握。

（2）紅細胞凝集實驗特點

在紅細胞凝集實驗中，除了習題、視頻這些基本模塊外，平臺還設置了很多更加直觀的模塊，如在病毒對倍稀釋的操作步驟中，每種試劑、儀器都以可點擊的動畫實物形式展示出來，這種身臨其境的設計方式，既可以激發學生的學習興趣，彌補不能實際操作帶來的遺憾，又可以直觀地將完整的操作展示出來，從而更好地培養學生的科學探究意識。

當然，除了上述兩個實驗，平臺還可以模擬一些特殊的細胞技術，如流式細胞儀檢測細胞凋亡。通過虛擬仿真實驗實訓平臺，學生可以在安全、高效的虛擬環境中，反復練習和掌握細胞生物學相關的技術方法，為將來從事相關研究打下堅實的基礎。

5 虛擬仿真實驗實訓平臺在應用過程中需要注意的問題

虛擬仿真實驗實訓平臺雖然在細胞生物學實驗教學中具有重要應用價值，但在實際應用過程中仍需注意以下幾個問題。（1）開發和維護一個功能完善、模擬度高的虛擬仿真實驗實訓平臺需要大量的人力、物力和財力投入。平臺的開發需要專業的軟件工程師、教學設計師、細胞生物學專家等多學科人員的通力合作，而且開發周期較長、成本較高。同時，為了與學科發展保持同步，平臺還需要不斷更新迭代，這就要求有持續的資金支持用于平臺的維護和升級。對于一些經費緊張的高職醫學院校來說，這無疑是一個沉重的負擔。（2）虛擬仿真實驗實訓平臺只是對真實實驗環境的模擬，虛擬環境與真實環境在某些方面仍存在一定差距。例如，虛擬環境難以完全模擬實驗操作的細微感受，如手感、器材重量等；同時也難以模擬一些意外情況的發生。因此，虛擬仿真實驗實訓平臺不能完全取代傳統實驗，需要與實際操作相結合，達到理論與實踐的有機統一。（3）如果過度依賴虛擬實驗，而忽視了實際操作環節，可能會影響學生動手能力的培養。細胞生物學實驗不僅需要掌握操作技能，更重要的是培養學生的動手能力和實踐能力。過于虛擬化的實驗環境，難以讓學生真正體會到實際操作的細節和感受，長此以往可能會影響學生的動手能力和實踐能力的發展。（4）虛擬仿真實驗實訓平臺的應用需要教師具備一定的信息化教學能力。教師不僅要熟練掌握平臺的操作使用，還需要能夠將平臺合理地融入教學設計，組織好線上線下的教學活動，發揮平臺在實驗教學中的輔助作用。但目前，許多高職院校的教師缺乏相關的培訓和實踐經驗，這在一定程度上制約了平臺在實驗教學中的應用效果。

總之，虛擬仿真實驗實訓平臺的應用雖然前景廣闊，但在實施過程中也需要高度重視上述問題，加大投入力度、注重實踐環節、培養教師信息化教學能力，并與傳統實驗教學相結合，才能真正發揮平臺的應用價值，推動細胞生物學實驗教學改革與創新。

6 結語

綜上所述，虛擬仿真實驗實訓平臺在高職醫學院校細胞生物學實驗教學中的應用具有重要價值，可以提高教學質量、培養學生能力、節約教學資源。但在實際應用過程中，還需要高度重視平臺的開發和維護、教師的信息化教學能力培養等問題，并與傳統實驗教學相結合，才能充分發揮虛擬仿真實驗實訓平臺的作用。

（作者單位：山東醫學高等專科學校）