張麗娟， 古同男

(首都醫(yī)科大學(xué) 燕京醫(yī)學(xué)院，北京 101300)

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虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室?guī)由锘瘜W(xué)教學(xué)模式改革

張麗娟， 古同男

(首都醫(yī)科大學(xué) 燕京醫(yī)學(xué)院，北京 101300)

利用網(wǎng)絡(luò)平臺構(gòu)建虛擬實驗室，推動生物化學(xué)課程教學(xué)模式改革，豐富實驗教學(xué)手段，提高教學(xué)質(zhì)量。通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)搭建生物化學(xué)虛擬實驗室，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，實施多種生物化學(xué)虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)。虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室建設(shè)帶動生物化學(xué)案例式、專題化、漸進(jìn)式、一體化、研究式、多樣化等教學(xué)模式的應(yīng)用。虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室建設(shè)促進(jìn)生物化學(xué)教學(xué)模式的變革，為完善實驗室的規(guī)范化建設(shè)，豐富實驗教學(xué)手段，提高教學(xué)質(zhì)量，更好的培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新精神和科研興趣提供了思路。

虛擬實驗； 生物化學(xué)； 教學(xué)模式改革

0 引 言

生物化學(xué)是一門研究生物體內(nèi)化學(xué)組成和生命過程中化學(xué)變化規(guī)律的必修基礎(chǔ)課[1-2]，也是醫(yī)學(xué)院校的主干課之一。其發(fā)展較為迅速，醫(yī)學(xué)中的許多前沿知識和實驗技術(shù)與生物化學(xué)密切相關(guān)。生物化學(xué)又是一門實踐性較強(qiáng)的學(xué)科[3]，要求學(xué)生理論聯(lián)系實際，在實驗中培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析能力和動手能力。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和教育現(xiàn)代化的不斷推進(jìn)，尤其是計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[4]的進(jìn)步，使得脫離傳統(tǒng)“瓶瓶罐罐”的網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室成為了現(xiàn)實。

1 虛擬實驗室建立的必要性

國內(nèi)大多數(shù)高校在傳統(tǒng)“重理論，輕實踐”、“重應(yīng)試，輕素質(zhì)”的教學(xué)模式影響下[5-7]，加上實驗教學(xué)過程中存在實驗設(shè)備短缺，教學(xué)儀器不足，實驗課時少，實驗場所相對較小，實驗層次偏低，操作安全性不強(qiáng)和污染隱患等問題，導(dǎo)致學(xué)生在實踐環(huán)節(jié)中主體的定位偏差，學(xué)習(xí)興趣不高，無法實現(xiàn)綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，通過虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗在一定程度上可以有效解決這些問題，網(wǎng)上虛擬實驗室不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的基本能力，更重要在于能夠開設(shè)反映新技術(shù)新成果的綜合性實驗、設(shè)計性實驗和探索性實驗，可以成為理論教學(xué)的深度延伸和實驗教學(xué)的有益補(bǔ)充，從而提高生物化學(xué)課程教學(xué)的質(zhì)量和水平。

2 虛擬實驗室的功能特點

網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室是以計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用研究，建立在一個虛擬仿真實驗室環(huán)境，提供可操作的虛擬實驗儀器，使學(xué)生在互聯(lián)網(wǎng)上通過接近真實的人機(jī)交互界面完成實驗[8-9]。虛擬實驗的逼真性和數(shù)據(jù)運算能力是傳統(tǒng)的計算機(jī)模擬實驗無法相比的，注重的是實驗操作交互性和實驗結(jié)果仿真性。網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的基本功能是幫助學(xué)生更好地掌握實驗步驟和實驗方法，加深學(xué)生對理論知識的理解與掌握，提高學(xué)生在真實實驗操作中的動手能力[10]，促使學(xué)生在實驗過程中積極思考，培養(yǎng)學(xué)生獨立發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

3 虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室的建設(shè)與管理

虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室的建設(shè)需要注重硬件建設(shè)與軟件建設(shè)兩方面的內(nèi)容。

(1) 資金投入。虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室是建立在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)之上，故運行良好覆蓋面廣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是必需的。醫(yī)學(xué)院校要重視虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室的建設(shè)，需要投入資金進(jìn)行校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，為虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室的使用提供平臺。首都醫(yī)科大學(xué)燕京醫(yī)學(xué)院近幾年投入300萬元用于教學(xué)系統(tǒng)改擴(kuò)建和遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)升級，引進(jìn)新的、性能更優(yōu)的服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，在基地醫(yī)院開設(shè)遠(yuǎn)程教學(xué)點進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)，同時購置相應(yīng)的學(xué)習(xí)終端、多媒體等輔助設(shè)備，開發(fā)相應(yīng)的虛擬實驗內(nèi)容，豐富實驗室的組成。

(2) 人員投入。虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)無論教學(xué)地點和方式都不同于傳統(tǒng)的實體教學(xué)，教學(xué)過程建立在網(wǎng)絡(luò)平臺之上，這就要求高校積極加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的人員配備，燕京醫(yī)學(xué)院在崗位設(shè)置上進(jìn)行改革，在網(wǎng)絡(luò)管理和實驗教學(xué)上設(shè)立專崗專職，崗位為高級實驗師和實驗師各一名，保障網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的正常運行。

(3) 規(guī)范使用。網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室作為課程教學(xué)的一個重要組成部分，學(xué)院從項目設(shè)置、教學(xué)目標(biāo)、實驗?zāi)K、實驗內(nèi)容、評價方法、使用對象、管理權(quán)限等方面建立網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室使用規(guī)范，并從網(wǎng)絡(luò)發(fā)布執(zhí)行，從而保證教學(xué)效果和質(zhì)量。

4 虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗引起的教學(xué)模式的變革

(1) 開展代表性實驗，引入案例式教學(xué)模式。通過設(shè)立典型的代表性實驗，將案例式教學(xué)[11]模式引入到實驗教學(xué)中，我們在生物化學(xué)實驗教學(xué)中收集糖尿病、脂肪肝等病例的臨床癥狀與實驗室檢查數(shù)據(jù)，以臨床血糖測定、甘油三酯測定、膽固醇測定的實驗為基礎(chǔ)，要求學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識解釋患者體征及實驗室檢查結(jié)果的關(guān)聯(lián)性，分析代謝性疾病的臨床表現(xiàn)、發(fā)病機(jī)理、疾病分型的轉(zhuǎn)歸和發(fā)展、預(yù)后以及代謝性疾病的診斷、治療和預(yù)防，從生物化學(xué)的角度分析理解三大營養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)的代謝、轉(zhuǎn)化及調(diào)節(jié)過程。學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)模擬觀察自己的判斷是否正確，把抽象枯燥的理論知識實體化，在對代表性實驗分析、掌握的過程中主動獲取知識，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。

(2) 開展專題性實驗，引入專題化教學(xué)模式。在教學(xué)實踐中，我們以理論教學(xué)中的教學(xué)知識點為契機(jī)，開展糖代謝、脂代謝、氨基酸代謝、DNA、RNA相關(guān)內(nèi)容實驗，實施專題化教學(xué)[12]。我們把糖酵解、三羧酸循環(huán)、有氧氧化、糖異生、磷酸戊糖途徑等相關(guān)內(nèi)容，繪制思維導(dǎo)圖，綜合統(tǒng)一，集中開展糖代謝專題實驗，在專題教學(xué)過程中加深學(xué)生對于糖的代謝過程中能量與物質(zhì)轉(zhuǎn)化的理解和貫通。

(3) 開展分級實驗，引入漸進(jìn)式教學(xué)模式。根據(jù)本?？茖W(xué)生的教學(xué)目標(biāo)、要求不同，設(shè)定不同層次的實驗內(nèi)容。我們開展分級實驗，第一級開展分離純化實驗，主要包括薄層層析法分離混合氨基酸、血清蛋白醋酸纖維素薄膜電泳、凝膠層析分離血紅蛋白和維生素B2，及蛋白質(zhì)含量測定實驗，主要目標(biāo)是要求學(xué)生掌握生物化學(xué)基本分析技術(shù)和實驗方法，鍛煉學(xué)生的動手能力。第二級開展綜合性實驗，比如堿性磷酸酶的提取純化、米氏常數(shù)測定等，主要目標(biāo)是鍛煉學(xué)生的分析問題與解決問題的能力。第三級開展設(shè)計性實驗，主要目標(biāo)是實現(xiàn)學(xué)生自主選題，自行設(shè)計實驗方案，通過教師批準(zhǔn)開展。比如人血清γ-球蛋白的分離純化與鑒定等設(shè)計性創(chuàng)新實驗內(nèi)容。通過分級教學(xué)，實現(xiàn)從基本實驗、綜合實驗、創(chuàng)新實驗漸進(jìn)式的教學(xué)模式[13]，逐步深入的實施實驗教學(xué)過程，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。

(4) 開展綜合性實驗，引入一體化教學(xué)模式。通過綜合性實驗，引入一體化教學(xué)模式，我們在實驗教學(xué)中開展大黃酸精氨酸復(fù)合物制備及其抗腫瘤活性測定的綜合性實驗，實驗中涵蓋無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等學(xué)科知識，相關(guān)學(xué)科的知識呈現(xiàn)及實驗?zāi)M則通過虛擬網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，有效地拓展了課堂的時間和空間，提升了知識層次，改善了學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)。多方位，多角度培養(yǎng)學(xué)生分析問題，解決問題的能力。

(5) 開展探索性實驗，引入研究式教學(xué)模式。在虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室中開設(shè)探索性實驗，引入研究式教學(xué)模式。我們在生物化學(xué)實驗教學(xué)中，結(jié)合燕京醫(yī)學(xué)院開展的學(xué)生科研資助項目，2010～2013年開展了酶聯(lián)免疫吸附測定法測定胰島素，MTT法測定中藥活性成分對陰道毛滴蟲的殺滅作用，姜黃素與牛血清白蛋白結(jié)合的反應(yīng)機(jī)制研究等科研項目，通過自主選題，實驗設(shè)計，實驗操作，儀器使用，實驗結(jié)果分析等環(huán)節(jié)的實施，提高教學(xué)質(zhì)量的同時不僅減輕了實驗室壓力，節(jié)約了實驗經(jīng)費，而且能讓學(xué)生身臨其境地體會探索性實驗的整個過程，提高了學(xué)生的實驗動手能力、協(xié)作能力和科研思維能力，大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，加強(qiáng)學(xué)生發(fā)散性思維能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

(6) 開展第二課堂，引入多樣化教學(xué)模式。第二課堂教學(xué)[14]作為第一課堂教學(xué)的有益補(bǔ)充，目的是彌補(bǔ)第一課堂教學(xué)時空、形式等方面的不足，使教學(xué)形式靈活多樣，生物化學(xué)是一門實踐性很強(qiáng)的專業(yè)課，通過學(xué)校資助基金開展第二課堂活動，2013年開展肝組織DNA的酶切鑒定及凝膠成像圖譜分析項目，利用核酸定量方法及電泳凝膠成像技術(shù)對純化后的DNA進(jìn)行定量、酶切鑒定，在虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室中擴(kuò)大第二課堂活動范圍，增加了儀器的使用率，方便學(xué)生掌握基本技能、熟悉生物化學(xué)與分子生物學(xué)大型精密儀器的應(yīng)用、了解前沿實驗動態(tài)，拓寬學(xué)生視野，提高學(xué)生科研思維能力。

5 虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室的應(yīng)用實效

(1) 促進(jìn)了教學(xué)觀念的轉(zhuǎn)變。通過虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室的設(shè)立與應(yīng)用，改變以往教師為主體的灌輸教學(xué)觀念，通過學(xué)生的主體地位，改變生物化學(xué)課程內(nèi)容枯燥乏味、學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高的現(xiàn)狀，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)熱情，同時克服專業(yè)理論內(nèi)容陳舊、與時代科技發(fā)展不同步的不足，促進(jìn)實驗內(nèi)容與實驗大綱的修改，提高實驗效率，達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的根本目的。

(2) 解決了時間、空間、經(jīng)費不足的矛盾。虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室建立在校園網(wǎng)平臺上，學(xué)生可以在自習(xí)室、實驗室、圖書館、宿舍等場地進(jìn)入“虛擬實驗室”，不受時間、空間的限制，極大地提高了學(xué)習(xí)的方便性，擴(kuò)展了學(xué)生的學(xué)習(xí)空間。同時將大型儀器的操作、培訓(xùn)、使用，以及復(fù)雜實驗的設(shè)計與實施通過網(wǎng)絡(luò)實驗室實現(xiàn)，大大節(jié)約了成本，最大限度實現(xiàn)了教育的公平。

(3) 促進(jìn)了理論與實踐的結(jié)合。生物化學(xué)課程的發(fā)展與實驗技術(shù)的發(fā)展是相互結(jié)合的，通過虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗的人機(jī)互動、虛實互動，透過虛擬的實驗環(huán)境，感受實驗氛圍，掌握實驗技術(shù)，彌補(bǔ)學(xué)生理性認(rèn)知能力不足，從而提高學(xué)生對理論部分的接受和理解程度，改善理論知識的教學(xué)效果；反過來，理論知識的掌握又推動了學(xué)生實驗操作能力的提高和綜合素質(zhì)的加強(qiáng)。

(4) 發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性。虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室符合青年學(xué)生的認(rèn)知特點和認(rèn)知心理[15]，以學(xué)生為主體，激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)熱情。學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力在虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室中獲得體現(xiàn)和發(fā)展，帶給學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的成就感，滿足感，特別是現(xiàn)在要求參與學(xué)生科研與第二課堂的學(xué)生熱情高漲，極大地提高學(xué)生的參與意識、動手能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

(5) 集共享性與開放性于一體。我們在虛擬實驗室的基礎(chǔ)上，開展了三年制臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)生物化學(xué)精品課程建設(shè)，以及生物化學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)，利用網(wǎng)絡(luò)的開放性和共享性保證了虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室的開放性和共享性。學(xué)生可以通過授權(quán)進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)實驗室參與相同或不同的實驗科目進(jìn)行實際操作，撰寫實驗報告，提出教學(xué)反饋，從而實現(xiàn)實驗教學(xué)和管理的統(tǒng)一。另外不同專業(yè)課程、不同院系、不同學(xué)校也可以通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行資源共享，實現(xiàn)教學(xué)交流與合作。

(6) 提高了教師的業(yè)務(wù)水平，起到教學(xué)相長的作用。虛擬網(wǎng)絡(luò)實驗室的建設(shè)需要實驗教師既要懂得實驗課程的相關(guān)專業(yè)知識，又要熟悉網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的技術(shù)原理，同時對于計算機(jī)水平以及網(wǎng)絡(luò)溝通能力必須加強(qiáng)，這對教師的業(yè)務(wù)水平和自身素質(zhì)提出新的要求。通過生物化學(xué)虛擬實驗室建設(shè)，教師在活動中積極查閱文獻(xiàn)、技術(shù)培訓(xùn)、申請項目、實驗總結(jié)。近三年，共獲得市自然基金1項，院自然基金4項，校長基金5項，學(xué)生科研項目2項，第二課堂項目4項，這些都促進(jìn)教師的業(yè)務(wù)能力和科研水平的不斷進(jìn)步。

6 結(jié) 語

虛擬實驗室的建設(shè)是一個逐步發(fā)展不斷完善的過程，在今后的工作中，我們要及時的總結(jié)經(jīng)驗，提高水平，精選相關(guān)的實驗項目，提高實驗水平，及時更新、擴(kuò)充相關(guān)實驗內(nèi)容，加強(qiáng)交流與合作，努力推動生物化學(xué)的課程建設(shè)和教學(xué)改革。

網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室建設(shè)已經(jīng)納入首都醫(yī)科大學(xué)生物化學(xué)精品課程建設(shè)體系，并在實踐應(yīng)用中取得良好的反饋結(jié)果，教學(xué)應(yīng)用證明，生物化學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室具有實用性強(qiáng)和操作容易上手、教學(xué)方法新穎、教學(xué)效果明顯的優(yōu)勢，可在國內(nèi)同類醫(yī)學(xué)院校中加以推廣和應(yīng)用，進(jìn)而推動生物化學(xué)課程教學(xué)模式的探索和改革的不斷深入。

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Exploration on Biochemistry Teaching Mode Reform Promoted by Virtual Network Laboratory Technique

ZHANGLi-juan，GUTong-nan

(Yanjing Medical College, Capital Medical University, Beijing 101300, China)

To promote the reform of biochemistry teaching mode by using the virtual network laboratory based on the biochemical experiment teaching, the virtual network laboratory was constructed by the network and computer technology. The biochemistry teaching mode was promoted diversity. The virtual network laboratory could improve the standards of the laboratory, enrich the experimental teaching means, improve the teaching quality, cultivate the students’ practical ability, and scientific research interest.

virtual network laboratory; biochemistry; teaching mode reform

2014-06-04

首都醫(yī)科大學(xué)校長基金(13JYⅣY51)

張麗娟(1970-)，女，湖北公安人，碩士，副教授，主要從事生物化學(xué)與分子生物學(xué)教學(xué)研究。

Tel.:13552877837;E-mail：zhanglijuan@ccmu.edu.cn

G 642

A

1006-7167(2015)05-0192-03