生物化学虚拟仿真实验平台建设

摘 要：生物化学实验是培养医学生实验技能和创新能力的重要途径，但是因为传统实验具有微观不可见性、无法充分满足学生动手实验的需求、危险的实验环境、实验成本高、实验项目有限、时间和空间限制等缺陷，无法满足现代教学需求。而生物化学虚拟仿真实验平台的建设和虚拟仿真技术应用可以突破这些因素的限制，促进实验教学的改革和发展，为高校虚拟仿真中心建设、创新人才的培养提供借鉴。

关键词：虚拟仿真实验 生物化学 教学改革

虚拟仿真实验是利用计算机系统结合虚拟仿真技术来创造用户所需的虚拟实验环境，实验人员可在虚拟的空间当中进行如现实世界环境一样的实验项目，相比于在真实环境当中，在虚拟实验环境当中所获得的学习效果明显更优[1]。其可以弥补真实实验中不允许开设、难以达到教学效果、有危险性的实验，是一种有利于自主学习、主动实验、共享开放的教学模式[2]，[3]，是教育信息化背景下教学改革的发展方向和人才培养的重要手段[4-6]。

一、实验实施的必要性和可行性

作为一种先进的电子信息技术，虚拟仿真技术已经深入各行各业中，如在娱乐领域、商业领域、医学领域、教育领域，虚拟仿真技术方面的研究正在不断发展，并逐步应用到实践中。与西方发达国家相比，我国的虚拟实验室研究起步较晚，但已得到较大的重视，部分高校建立了自己的虚拟实验室。比如清华大学的汽车发动机检测系统，西安理工大学建立的工程实践虚拟仿真教学中心等。虽然国内研究者在虚拟仿真技术应用于医学领域、虚拟仿真实验开发中取得大量的成果，但是现有医学虚拟技术方面的研究重点主要集中在虚拟仿真实验平台建设、临床诊断、手术等方面，而在医学教育中已有的研究也多是多集中于虚拟仿真实验理论、平台的建设和开发方面的研究，很少有从事于虚拟仿真实验在具体課程教学，特别是在《生物化学》及基础医学中应用模式的研究。

作为河南省唯一一所医学类独立本科院校，在向应用型高校转变的背景下新乡医学院三全学院和其他民办高校一样具有着自身的先天性不足，如师资力量薄弱、科研和建设经费不足、缺乏教学和科研领军人物等问题，而且作为医学类院校还有着学生的学业任务重、技能要求高等特点，因此如何使学生在有限的时间内掌握医学基本理论、实验技能和学习方法，并具有一定的分析问题、解决问题的能力、创新能力、就业能力，甚至创业能力，提高学生的综合素质，已成为医学类民办高校的领导、管理人员和教师亟待解决的问题。因此，在校领导和相关部门的大力支持下学校成立了专门的领导小组、投入专项资金进行虚拟仿真实验平台的建设和应用模式探究。

二、虚拟仿真实验资源建设

经过课题组成员讨论和征求各方意见，初步确定生物化学虚拟仿真实验主要从以下几个模块进行建设：

1.生物化学实验基本技能训练，这部分包括：刻度吸量管的使用、加样枪的使用、分光光度计的使用、离心机的使用、玻璃仪器的清洗和干燥等。

2.分子生物学常用技术：质粒DNA的提取、RNA的提取和cDNA合成、基因组DNA的提取、DNA酶切、琼脂糖凝胶电泳、大肠杆菌感受态细胞的制备和转化、重组质粒的连接、转化及筛选等。

3.蛋白质实验基本技术：蛋白质的提取（几种方法）、蛋白质浓度的测定（几种方法）、蛋白质浓缩、蛋白质凝胶电泳、蛋白质等电聚焦和双向电泳、免疫印迹、离子交换层析、亲和层析、凝胶过滤层析等。

4.设计性实验和创新性实验：主要用于训练学生独立思考、分析问题、解决问题能力和创新能力。该类实验模式是给学生提出一个问题，不限定解决问题的方法，由学生通过运用所学专业基本概念、基本原理和技能，思考分析，提出设计方案并加以实现。比如要想测定某一物质的浓度，要运用已有的实验资源、该物质的理化性质（颜色反应）、朗伯比尔定律、标准管法和标准曲线法等原理设计测定。

三、基于虚拟仿真实验的教学设计

本实验教学拟采取基于虚拟仿真实验的混合式教学模式，是以学生为主体、5-6人为一小组采用基于翻转课堂的教学法进行。具体执行模式如下：优化双基实验，强化综合性实验，多途径、多方法实现创新型实验，促进理论与实验课程的融合，对学生学习结果（理论测试、基本实验技能测试、核心技能测试）、综合素质（团队意识、人际交往能力、创新意识等）进行阶段性测试和综合性评价，逐步形成新的教学模式。

结语

将虚拟仿真实验应用于生物化学实验教学将使实验教学更加生动形象、实验形式丰富多彩，可以增强学生的自主学习能力、实践能力、创新能力，弥补传统实验中的弊端，很大程度的提高实验教学效果。相信在不久的将来，生物化学虚拟仿真实验教学系统将在越来越多的学校中使用，得到学生和教师的进一步认可，发挥更好的作用。

参考文献

[1]杨晓晖，金玉忠，邵路才，等.虚拟仿真技术在医学教学中的应用探究[J].2014，（19）：135-137.

[2]李平，毛昌杰，徐进.开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设提高高校实验教学信息化水平[J].实验室研究与探索，2013，32（11）：5-8.

[3]刘亚丰，吴元喜，苏莉，等.生命科学与技术虚拟仿真实验教学体系的构建[J].实验技术与管理，2015，32（9）：120-123.

[4]刘亚丰，吴元喜，苏莉，等.信息化背景下虚拟仿真实验教学中心建设规划与实践[J].高校生物学教学研究，2015，5（3）：39-43.

[5]刘亚丰，余龙江.虚拟仿真实验教学中心建设理念及发展模式探索[J].实验技术与管理，2

016，33（4）：108-114.

[6]刘亚丰，苏莉，吴元喜，等.虚拟仿真实验教案设计及实践[J].实验研究与探索，2017，36（3）：185-188.