虚拟仿真实验在生物化学实验的应用.doc

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1、虚拟仿真实验在生物化学实验的应用摘要:虚拟仿真实验作为新兴的实验教学资源，可突破传统临床生物化学实验教学的弊端。分析医学生生物化学实验教学的现状和虚拟仿真实验的教学优势，提出生物化学实验教学体系中交互式虚拟仿真实验的构建策略，为高校开发虚拟仿真实验室提供理论依据和应用参考。关键词:虚拟仿真实验;实验教学;构建策略生物化学是医学类院校的专业基础课，以实验性为主要特征，除要求学生掌握抽象、驳杂的基础理论知识、紧跟技术的最新进展外，更要求学生将实践和理论相结合，着重培养学生的灵活思维、观察和动手能力。相应的实验教学也是特别的重要，用于帮助学生深入理解基本

2、原理，培养学生的综合素质。然而各高校实验教学长期存在资源匮乏、实验项目单一并长期未做改变、学生不重视等问题，导致生物化学实验教学满足不了当代技术大爆发的需要。在虚拟仿真实验的开发过程中，构筑出一个综合多种工具和技术的信息化、网络化的集成环境，利用此虚拟场景，用户得以高效利用世界上分布的各种数据、信息、设备等资源［1］，为生物化学的实验教学提供全新的教学思维模式和更便利的学习机会。一、传统实验教学的缺点5学海无涯临床生物化学的传授，实验教学极为重要，直接影响到人才培养的质量。目前，本课程的实验教学存在如下问题:(一)实验内容单一。临床生物化学实验中常

3、应用有毒、腐蚀性的试剂，基于安全目的，学校通常选择相对低危险性实验组织教学，造成实验项目选择范围窄，甚至是过时的、废弃的技术。(二)固定设备投入巨大。近年来生物、医学技术发展迅速，涉及到的设备更新快、价值高。而受体制陈旧、经费紧张等因素影响，国内多数高校科技前沿知识、前沿技能应用较少，难以开发和开展新实验［2］。(三)时间和空间对传统实验教学的限制。传统实验教学通常以3—6名学生为一组，既使上课时间也不能保证每位学生都能参与实验所有的操作。课上没学会的，学生想继续学习或者练习，却受到场地、器材、耗材的限制而无法进行。(四)学生动手能力差。实验课前，

4、由教师完成实验设计和准备，以实验“醋酸纤维素薄膜电泳”为例，缓冲液配制和设备调试均由教师完成，学生在课堂上学习操作后，只需按要求进行点样、电泳、染色和脱色后就能得到结果，一般不会有大问题出现。而学生仅仅是“照葫芦画瓢”，且未全程参与实验的全部环节，无整体思维，更无发现问题、思考问题和解决问题的环节。故在临床工作中遇到相似的情景，也无从检视原因和恰当解决。二、虚拟仿真实验技术概述5学海无涯虚拟仿真实验技术是虚拟现实技术中的一类，是通过模拟现实实验环境的综合性集成技术。通过虚拟仿真实验，实验者可以操作虚拟的实验工具，完成各类型实验。由于虚拟仿真实验的发

5、展潜力巨大、应用前景广阔，国内外许多高校和机构纷纷开展虚拟实验教学平台的构建、具体实验的设计和制作，其中部分高校已经具备临床医学的虚拟仿真实验平台和实验，如北京协和医学院、南京医科大学、浙江大学等。但是临床生物化学虚拟仿真实验并未受到重视，也没有现成的虚拟实验平台可供选择。(一)虚拟仿真实验技术的优点。1.有利于学生素质的培养。利用虚拟实验平台，学生可以全程参与文献查找、设计实验、准备材料、配制试剂、操作实验、分析讨论等环节，按照个人的理解和设计进行实验操作，同时允许学生出现操作错误或实验失败，使学生勇于动手和探索，有利于学生创新能力的培养［3］。

6、2.有利于提高效率、降低消耗。在传统生物化学实验中，学生需要重复实验，以得到更好的结果，但这样浪费实验耗材，导致实验时间延长。运用虚拟仿真实验，通过多次的虚拟实验操作锻炼提高学生操作的熟练度，从而减小实验误差，进而得到更为准确的实验结果;不仅为实验教学顺利进行提供时间保障、消除空间限制，同时也可以降低实验消耗。3.避免安全隐患。传统生物化学实验中，学生难免会接触到有害、有毒试剂，且易发生实验事故，如被家兔或小白鼠抓伤。利用虚拟仿真实验练习，学生不会接触到上述危险因素，而且虚拟仿真实验平台可以通过多方式多途径预防安全事故的发生，如实验室安全准入制度、

7、实验安全警示，从而使学生对危险因素有充分的认识和警惕，进而降低或杜绝安全事故的发生。4.实验项目的更新更快在教学经费相对有限的情况下，应用虚拟仿真实验可通过模拟先进的实验设备，完成虚拟化的实验内容，发挥专业优势，克服实验条件落后等问题，同时将最新的医学技术引入实验中，确保实验教学的先进性。(二)生物化学虚拟仿真实验模块的构建。虚拟仿真实验一般有两种不同形式:非交互和交互式。非交互式虚拟仿真实验是指学生可看该实验的内容，但不能自己动手操作，如一些演示性的虚拟实验场景。交互式虚拟仿真实验是指学生不仅可以观看该实验的场景，还可以运用鼠标等输入设备对整个实

8、验进行实时控制，此类型仿真实验较前者有诸多优点，如操作性强、参与感佳、随机性好、实时效果优等。下文重点讨论交互式虚拟仿真实