浅析虚拟实验室对分子生物学实验教学的积极促进作用

　　分子生物学是生命科学领域最重要、最前沿的学科之一。目前已广泛的应用到相关领域及学科中，成为了更加普遍和基础的学科。尤其是与医药、卫生、环境及生物工程等领域联系更为紧密。由于分子生物学越来越广泛的应用，在人才培养方面也面临着更新的挑战和更高的要求。随着分子生物学新技术的不断出现，高校分子生物学的教学创新和改革就成为摆在高校教师面前亟待解决的一个课题。分子生物学是一门注重实验的学科，改革分子生物学的实验教学将成为教学改革的重点。传统的分子生物学实验教学中，是以老师讲解实验原理、步骤，学生分组进行实验，老师从旁指导的教学模式为主。由于实验条件等多方因素的限制，不能够兼顾每一位学生，使得教学效果不够明显，学生对于技术操作印象不深刻，同时也不利于培养学生的创新思维。因此，为了解决上述难题，在分子生物学实验教学中引入虚拟实验室的教学模式尤为重要。虚拟实验室能够很好的辅助实验教学。并且，由于其生动灵活，更容易引起学生的兴趣，从而使教学的效果能够事半功倍。

　　“虚拟实验室”（virtuall laboratory），亦称为合作实验室（collabo rative laboratory），最早是由美国弗吉尼亚大学（University of Virginia）的威廉?沃尔夫（WilliamWulf）教授在1989年提出的，目的是建立一个计算机网络化的虚拟实验室环境?[1]。虚拟实验室其实就是利用计算机及网络技术，实现对真实条件下的实验室的模拟仿真，借助计算机的虚拟平台构建实验室的情境、实验的步骤、实验仪器等，模仿真实的实验过程，使用户在多种感官上产生身临其境的虚拟仿真技术。基于虚拟实验室的特点和优势，虚拟实验室正在被越来越多的应用到各个学科的实验教学中。

　　1 高校分子生物学实验教学存在的问题

　　随着高等教育改革的不断深入，高等院校招生规模增大，学生数量增多，教学中凸显出一些新问题。在分子生物学实验教学中，由于新技术、新仪器的快速更新，相关学科之间互相交叉、互相运用，也同样面临着严峻的考验。目前，在分子生物学实验教学中，主要面临着以下问题：

　　（1）实验条件有限，不能完全满足教学需要。由于近年来，高校的不断扩招，本科生不断增多，虽然学校也在进行基础设施的建设，但是相比于本科生的数量，实验室的数量还是较少。这种情况下，要完成实验教学，就要尽可能的提高实验室的利用率，实验室常常出现饱和状态，五六个同学一个小组共用一组实验仪器，经常是一个同学动手做实验，其他同学在旁边观摩，有些实验仪器更是需要每个小组轮流使用。分子生物学实验技术日新月异，实验仪器设备发展更新迅速，一些先进的大型仪器也被引进实验室，但是由于价格昂贵，数量很有限，一节实验课下来，了解这些仪器操作方法的学生也只是寥寥，毕业后到了工作岗位或是参加研究生学习时，还要重新参加培训，浪费实验资源。另外，有的实验时间很长，但其中一大半时间都是等待的时间，又不能练习实验技术，既浪费教学时间又不能提高教学效果。

　　（2）实验教学内容单一，缺乏启发性。分子生物学的实验原理、操作步骤、注意事项等基本上都是按照教科书上安排实施，多是对理论课内容的验证实验，缺乏对实验本身的设计和应用的讲解。很多实验教材已经连续使用了多年，即使换用教材也是同样教材的再版，再版的教材与之前的教材并没有太大的区别，有的甚至干脆没有改动，教材上有的仪器现在实验室已经不再使用，学生完全是按照教材做实验，并没有深刻的思考为什么要做这个实验，更不要说根据已做过的实验的经验和掌握的知识去设计其他的实验。

　　（3）仪器操作不熟练导致的实验安全问题和仪器的过度损耗。在做实验的时候，因为对仪器的操作不熟练，经常会造成仪器的不必要损坏。例如，低温冷冻离心机，离心时的转数通常都在10000转/分钟以上，操作前需要对待离心样品进行精密的配平，新使用的同学有时会忘记配平，常常不使用天平准确的配平，在这种情况下进行离心将造成离心机曲轴弯曲、转子磨损，离心机将不能使用。这种离心机一般都是进口仪器，价格比较昂贵，维修周期长，费用高，且实验室拥有数量有限，损坏之后会对分子生物学的实验教学和科研产生很大的影响。另外，如果不熟练实验技术，实验中使用到一些有毒有害生物、化学制剂时，也存在不安全的问题。例如，生物染料溴化乙锭（EB）是强诱变剂，用于DNA琼脂糖凝胶电泳的实验，不能触摸，必须佩带防护手套，除了电泳实验台，不能触摸其他实验台，否则将造成交叉污染，危害其他同学的安全。在不熟练实验技术的情况下，很容易手忙脚乱，造成污染，需要教师从旁督促。

　　2 虚拟实验室用于分子生物学实验教学中的优势

　　（1）灵活生动，易于扩展。虚拟实验室是基于计算机系统的三维动画技术，它通过丰富的影像、声音营造出生动有趣的学习氛围，不仅能强化记忆，更能激发学生的学习兴趣。虚拟系统中包含了分子生物学实验中的多种仪器和试剂，可供学生实验时选择，不是仅仅准备好本次实验的仪器、试剂，可以使学生更深刻的理解实验的原理。而且，虚拟实验室脱离了时间与空间的限制，每个同学都可以运用自己面前的电脑，充分的利用课堂的时间熟悉掌握实验技术，并且课下也能利用网络学习。互联网方便了我们的生活，同样也为虚拟实验室远程教育打造了平台。

　　（2）方便交流，资源共享。课堂上教师和同学可以通过局域网进行一对一，或一对多的交流，教学更有针对性，教师也可以设计思考题，控制网络开放，把学生分成小组进行讨论，运用启发式的教学方法培养学生自主思考问题、解决问题的能力。各小组之间各自讨论后，也可以通过网络共享彼此的成果。

　　（3）安全可靠，利于教学。虚拟实验室能够有效的帮助学生熟练实验操作技术，大大降低误操作的可能性，不仅提高了实验教学的安全性，还能够节省实验资源和教学科研经费。虚拟实验室可以帮助教师更好的设计实验内容，合理的利用教学资源。

　　3 结束语

　　虚拟实验室作为一种辅助教学手段，对分子生物学实验教学起到了积极的促进作用，虚拟仿真的情境与实践操作相结合能够提高教学效果，真正培养学生在分子生物学领域的实践与科研能力。但是，必须强调，虚拟实验室是一种辅助手段，在教学中仍要以学生亲自动手实践为主，才能事半功倍，不能本末倒置，喧宾夺主。

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