解麗芳，林宏輝

(四川大學 生命科學學院 生物科學實驗教學中心，成都 610065)

·實驗室建設與管理·

本科生物虛擬實驗室建設思考

解麗芳，林宏輝

(四川大學 生命科學學院 生物科學實驗教學中心，成都 610065)

為滿足對學生自主性、創(chuàng)新性的培養(yǎng)需求，四川大學生物科學實驗教學中心建設了WBL-100醫(yī)學機能虛擬實驗室，并在本科生物實驗教學中推廣應用。通過問卷調(diào)查顯示，該教學方式受到了學生的一致好評。文中提出了進一步豐富虛擬實驗室實驗內(nèi)容；推廣虛實結(jié)合的教學方式；延長虛擬實驗學習時間；拓展虛擬實驗學習空間的建設思路。

虛擬實驗室；本科生物實驗教學；問卷調(diào)查；思考

本科教學是高等教育的起點，是學生進行系統(tǒng)性實驗能力培訓的基礎陣地。在本科生物學實驗教學中，為方便學生及時接觸到當今科學研究的前沿知識和技術，實現(xiàn)對本科生自主性、創(chuàng)新性培養(yǎng)的需求，需要不斷引入先進的實驗技術和方法，增加先進的實驗設備及配套的實驗教師，很顯然在實際教學中無法完全滿足這一需求。

虛擬實驗教學利用網(wǎng)絡平臺及計算機技術代替人力和物力的快速更新，因其具有便捷性、靈活性、低成本、高效率、功能全等優(yōu)點[1]，可以克服本科教學中資源、課時、設備、師資各個方面的障礙，延伸教學時間，拓展教學空間，滿足高校的培養(yǎng)需求，逐漸成為實驗教學改革探索的新方向。

1 虛擬實驗室的發(fā)展現(xiàn)狀

虛擬實驗室的概念最早是由美國弗吉尼亞大學的威·廉沃爾夫教授于1989 年提出的。所謂虛擬實驗室就是根據(jù)現(xiàn)實實驗環(huán)境利用編程技術編寫的仿真性軟件，在計算機中營造一個接近或優(yōu)于真實環(huán)境的虛擬場景，通過借助軟件系統(tǒng)，操作者可以隨時進入虛擬實驗室，通過鼠標的點擊與拖拽，進行各種實驗[2-3]。

隨著虛擬實驗室概念的提出，國內(nèi)外先后有多所高校及研究所建立了虛擬實驗室。例如，國際上具有代表性的生物、醫(yī)學虛擬實驗室有：Howard Hughes 醫(yī)學研究院(HHMI)開發(fā)的細菌鑒定實驗室、心臟病實驗室、免疫實驗室、神經(jīng)生理學實驗室等；諾貝爾基金會開發(fā)的虛擬生化實驗室[4-6]。國內(nèi)虛擬實驗技術也在快速發(fā)展，包括清華大學、浙江大學、復旦大學、上海交通大學、西安交通大學、華中科技大學等高校在內(nèi)的眾多院校，都建立了依托實體的虛擬儀器實驗室并應用于教學和科研， 取得了很好的效果[7-10]。

2 我校虛擬實驗室建設探索

四川大學生物實驗教學中心(以下簡稱中心)作為國家級實驗教學示范中心，重視對本科生自主性、創(chuàng)新性的培養(yǎng)。在中心建設過程中，我們一直致力于提高中心的實驗教學水平，探索實驗教學的新方法。虛擬實驗技術的出現(xiàn)，為我們提供了一個很好的途徑，我中心建立了基于計算機網(wǎng)絡技術的WBL-100醫(yī)學機能虛擬實驗室。

2.1 中心虛擬實驗室簡介

四川大學生物實驗教學中心采用的是成都泰盟科技有限公司提供的WBL-100醫(yī)學機能虛擬實驗室，由動物房、資料室、準備室、虛擬實驗室、考場等五部分組成，涵蓋了40 多個機能學實驗的模擬仿真，結(jié)構(gòu)完整，內(nèi)容豐富，可同時供40名學生進行生理機能學知識和技能的學習。其中，動物房可以增加學生對實驗動物相關知識的了解；資料室方便學生對相關機能學實驗進行預習和掌握；準備室主要彌補學生實際教學中對實驗設備及實驗試劑等相關知識了解的不足；虛擬實驗室則包括生理實驗室、藥理實驗室、病生實驗室、人體實驗室、綜合實驗室等，共涉及40多個仿真技能學實驗。學生可以通過虛擬實驗室進行具體實驗操作，也可以通過錄像預習相關實驗過程；考場部分則方便學生對掌握的相關知識進行自我考察。

2.2 虛擬實驗室使用的問卷調(diào)查結(jié)果

通過問卷可以發(fā)現(xiàn)，學生希望通過虛擬實驗室學習到合理有效安排實驗，統(tǒng)籌規(guī)劃實驗設計的理念，以及更詳細的了解實驗試劑、實驗操作、實驗步驟的相關過程。而在“虛擬實驗教學這種教學方式有何利弊”的回答中，學生普遍認為通過虛擬實驗教學可以補充理論教學中涉及而動手實驗中無法涵蓋的知識、可以減少對動物的傷害，學習時間自由，方便快捷，直觀形象，作為實驗教學的補充可以拓寬知識面，拓展視野。但是也存在模式固定，限制學生創(chuàng)新思維、自主能力、協(xié)同能力的弊端。

2.3 虛擬實驗室建設思考

虛擬實驗室作為一種新興的實驗教學方法，在本科生物實驗教學中應用還不成熟。中心引入的WBL-100醫(yī)學機能虛擬實驗室，作為今后建立規(guī)范先進的虛擬實驗教學中心的試點，在推廣應用過程中，發(fā)現(xiàn)了許多需要改進的地方，結(jié)合對學生的問卷調(diào)查，我們認為在今后的建設過程中，還需要進行以下3個方面的改進。

2.3.1 增加虛擬實驗室的實驗內(nèi)容

我中心引入的WBL-100醫(yī)學機能虛擬實驗室主要包括生理實驗

室、藥理實驗室、病生實驗室、人體實驗室、綜合實驗室五個部分，主要涉及40 多個機能學實驗。這遠遠不能滿足中心對本科生的教學需求，學生在問卷中也表示希望能夠?qū)⑻摂M實驗室內(nèi)容更加多樣化，增加動物解剖、人體解剖、植物生理、微生物、細胞、生化等方面的實驗內(nèi)容。在今后的建設中我們還擬引入植物生理、神經(jīng)生理、模式生物、基因工程、細胞工程、微生物發(fā)酵等多領域的實驗項目，將實際教學中因設備及試劑材料等障礙無法引入基礎教學的實驗技術通過虛擬實驗教學的方式展示給學生，拓展學生視野，豐富學生知識。

2.3.2 采用虛實結(jié)合的教學方式

在問卷中可以發(fā)現(xiàn)，雖然虛擬實驗教學受到了學生的普遍好評，但是只虛不實的教學方式在實際教學中教學效果并不理想。有的學生就提出是否可以將虛擬實驗教學與真實的實驗教學結(jié)合起來。例如，可以將虛擬實驗教學作為學生進行實際操作之前的預習手段，或者是作為理論教學的輔助手段。學生的反映也是我們建設過程中思考到的問題，因此虛實結(jié)合是更好發(fā)揮虛擬實驗教學效果的方式，也是我們今后的建設方向。

2.3.3 延長虛擬實驗室開放時間，拓展虛擬實驗室學習空間

課堂集中上課是本科教學的主要方式，但是這種教學方式也是一種相對刻板的教學方式。在虛擬實驗教學問卷中，學生希望，一方面可以延長虛擬實驗室開放時間；另一方面拓展虛擬實驗室學習空間，將虛擬實驗教學軟件上傳到中心信息平臺，學生可以通過自己的電腦，自主登錄虛擬實驗教學平臺進行實驗內(nèi)容的學習。這也是我們追求的一種理想模式，但是由于某些軟件的版權問題，在推廣過程中障礙較大，但仍可以嘗試逐步推廣。

增加虛擬實驗室在線交流模塊，也是一個很好的建議。通過在線交流模塊，可以進一步增強虛擬實驗室的教學功能，提高學生學習效率。

3 結(jié)束語

虛擬實驗室作為一種新的教學方式，主要是借助計算機技術，將各種實驗操作細節(jié)轉(zhuǎn)化為圖形、語音、視頻、動畫等，使得學生可以通過一臺計算機和一套軟件，完成以往需要多種儀器設備及試劑材料支持的實驗項目。

更新實驗教學方式，提高實驗教學能力，一直是中心追求的宗旨。虛擬實驗技術的出現(xiàn)，為我們提供了探索的新渠道，為此中心特引進了WBL-100醫(yī)學機能虛擬實驗室，并在本科實驗教學中推廣應用，受到了學生的一致好評。由于尚處在建設初期，我們的虛擬實驗室的實驗內(nèi)容還相對單一，實驗條件還相對簡陋。在下一步的建設過程中我們將致力于引入更多的實驗內(nèi)容，并增加自主設計的實驗教學軟件，推廣虛實結(jié)合的教學方式，延長虛擬實驗學習時間，拓展虛擬實驗學習空間，建設真正適合我中心教學需求的虛擬實驗教學體系。

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Reflection of the Construction of Undergraduate Course Virtual Biology Laboratory

XIE Lifang，LIN Honghui

(Bioscience Experiment Teaching Center， School of Life Science， Sichuan University， Chengdu 610065，China)

In order to meet the needs of students’autonomy and innovative training needs， our center has constructed the WBL-100 medical virtual laboratory，and applied in the undergraduate biological experiments teaching .Through the questionnaire survey，we knew this teaching methods was praised by the students. Based on this， we propose to further enrich the virtual laboratory experiment content， promote the combination of teaching methods， extend the virtual experiment learning time， and expand virtual experiment learning space.

virtual laboratory; undergraduate biological experiments teaching; questionnaire survey；reflection

2014-09-18

國家自然基金委條件建設基金資助項目(J1210013)；國家自然基金委能力提高基金資助項目(J1103518)；高等學校本科教學質(zhì)量與教學改革工程“專業(yè)綜合改革”基金資助項目；四川大學2013年實驗技術基金資助項目(2013-11-2)。

解麗芳(1982-)，女，碩士，實驗師，主要從事細胞及遺傳和生物化學實驗的教學工作。

G482；Q-33；TP391.98

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.04.054