劉志紅 王步鈺 馬金偉 周薇 王志新

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?虛擬仿真技術(shù)是通過將一個現(xiàn)實存在或抽象的事物利用一個虛擬的系統(tǒng)模仿現(xiàn)實的技術(shù)。將仿真技

術(shù)的直觀性引入動物遺傳學(xué)課程教學(xué)中，直接豐富了課程內(nèi)容，又因加入動畫元素大幅度提高了學(xué)生聽課效率，加深了學(xué)生對生命現(xiàn)象和遺傳機(jī)制的理解。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?虛擬仿真;動物遺傳學(xué);特點

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）25-0094-02

當(dāng)下學(xué)校的教育普遍存在一種現(xiàn)象，教師在講臺上講自己的，學(xué)生在臺下干自己的，這種現(xiàn)象嚴(yán)重影響了學(xué)生的上課效率。為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？歸根結(jié)底是授課內(nèi)容不吸引人，如動物遺傳學(xué)，傳統(tǒng)的授課方式十分枯燥，很多教師將科研式教學(xué)、多元自主學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂、案例式教學(xué)、互動式教學(xué)引入課堂，試圖提升學(xué)生對動物遺傳學(xué)的興趣，加深對課程內(nèi)容的理解。

科技的發(fā)展使大部分學(xué)生對互聯(lián)網(wǎng)、電腦、游戲等感興趣。隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)飛速發(fā)展，促使教育逐漸革新，將教學(xué)和信息科技有效結(jié)合，將平時乏味的課件與有趣的互聯(lián)網(wǎng)仿真技術(shù)結(jié)合起來，既提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，也減輕了教師上課的壓力。動物遺傳學(xué)課程本身是基礎(chǔ)理論課，具有抽象且不易理解的特點，將仿真技術(shù)的直觀性引入動物遺傳學(xué)課程的教學(xué)中，可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和上課效率。

一、遺傳學(xué)的課程定位與特點

動物遺傳學(xué)作為遺傳學(xué)分支，是動物遺傳育種與繁殖的基礎(chǔ)必修課程，也是生物學(xué)領(lǐng)域中最重要的理論基礎(chǔ)。其課程內(nèi)容講述了分子遺傳學(xué)原理與方法、遺傳基本規(guī)律及其擴(kuò)展、非孟德爾遺傳、細(xì)胞遺傳的原理與方法、群體遺傳學(xué)、基因組學(xué)等內(nèi)容，實現(xiàn)了分子水平、細(xì)胞水平、個體水平、群體水平的跨越，對發(fā)現(xiàn)生命科學(xué)理念以及擴(kuò)展生命科學(xué)技術(shù)具有巨大推動作用。動物遺傳學(xué)側(cè)重于對各種動物性狀遺傳機(jī)制進(jìn)行解析以及對遺傳改良方式進(jìn)行研究，其教學(xué)不僅要求學(xué)生要對生命現(xiàn)象進(jìn)行理解，還需要運用動物遺傳學(xué)知識解析與其相關(guān)的育種、營養(yǎng)、生產(chǎn)和疾病產(chǎn)生相關(guān)機(jī)制。隨著生命科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，動物遺傳學(xué)的教學(xué)內(nèi)容多為前沿技術(shù)知識，對進(jìn)行生命科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的研究具有至關(guān)重要的作用。因此，動物遺傳學(xué)課程具有抽象性、難理解性和前沿性的特點。

二、虛擬仿真技術(shù)在動物遺傳學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)以其逼真、立體的表現(xiàn)形式將抽象的過程形象地演示出來，最大限度地發(fā)揮了虛擬軟件資源的優(yōu)勢。同時該技術(shù)借助對多媒體、傳感、輸入輸出等技術(shù)，學(xué)習(xí)者能夠?qū)崿F(xiàn)互動學(xué)習(xí)，打破了時間和空間的限制，讓學(xué)習(xí)者如身臨其境般地操作，以提高學(xué)生的實戰(zhàn)技能，最大限度地激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，開拓學(xué)生思維，增加課堂趣味性。虛擬仿真技術(shù)的這種特性彌補(bǔ)了動物遺傳學(xué)難以直觀理解和調(diào)控機(jī)制理論抽象的不足。對動物遺傳學(xué)教學(xué)效果的提升具有重要作用。

所謂虛擬仿真技術(shù)，是通過將一個現(xiàn)實存在或抽象的事物利用一個虛擬的系統(tǒng)去模仿現(xiàn)實的技術(shù)。目前最具代表性的就是VR（虛擬現(xiàn)實），這項技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在很多領(lǐng)域，如醫(yī)療、工程實習(xí)等，但卻很少出現(xiàn)在教學(xué)平臺上。在動物遺傳方面，目前虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于動物胚胎工程綜合仿真實驗的錄屏，學(xué)習(xí)者可以在虛擬環(huán)境下進(jìn)行胚胎培養(yǎng)和操作，降低了實驗成本;進(jìn)行豬外周血淋巴細(xì)胞培養(yǎng)、染色體標(biāo)本制備及減數(shù)分裂過程虛擬仿真實驗，將細(xì)胞培養(yǎng)這類實驗周期過長的實驗通過虛擬技術(shù)快速完成;進(jìn)行小鼠超排卵子體外受精虛擬仿真實驗，將復(fù)雜的實驗簡單直觀地展現(xiàn);進(jìn)行單克隆抗體制備及應(yīng)用的虛擬仿真實驗，將傳統(tǒng)實驗通過仿真的形式直觀地展現(xiàn);進(jìn)行豬遺傳育種關(guān)鍵技能虛擬仿真實驗，將實驗室無法直接完成的實驗快速展現(xiàn)出來。目前，虛擬仿真在動物遺傳學(xué)主要應(yīng)用于實驗技術(shù)的直觀展現(xiàn)上，將虛擬仿真應(yīng)用于動物遺傳學(xué)教學(xué)還未見相關(guān)報道。

虛擬仿真遺傳課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計以經(jīng)典遺傳學(xué)、分子遺傳學(xué)、細(xì)胞遺傳學(xué)為基礎(chǔ)，首先構(gòu)建動物模型、DNA模型、細(xì)胞模型以及染色體模型，通過動畫設(shè)計，加入可互動的操作，在教學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)設(shè)計，適當(dāng)增加可變性，優(yōu)化美觀度。

將仿真技術(shù)引入教學(xué)課堂，能加深學(xué)生對抽象概念的理解，在上課時，當(dāng)講到自由組合定律時，學(xué)生通過圖像很難想象，這時屏幕上出現(xiàn)了動態(tài)的、可控的基因，然后他們進(jìn)行組合，直觀并且有趣。當(dāng)講到基因調(diào)控，學(xué)生學(xué)習(xí)正調(diào)控與負(fù)調(diào)控的機(jī)制機(jī)理時，往往很難理解，通過虛擬的基因調(diào)控模型，學(xué)生可以看到在染色體上如何形成開關(guān)，調(diào)控元件如何組合移動，直觀地理解了難懂的調(diào)控機(jī)制機(jī)理。當(dāng)講到細(xì)胞有絲分裂，學(xué)生通過虛擬的細(xì)胞，可以直觀地看到細(xì)胞在不同時期的變化，加深理解，提升了學(xué)習(xí)興趣。當(dāng)講到不能直觀看到的分子級反應(yīng)時，可以利用虛擬仿真技術(shù)構(gòu)建三維立體的動態(tài)模型，直接豐富了課程內(nèi)容。通過使用虛擬仿真技術(shù)，使課堂內(nèi)容直觀有趣，又因為加入了動畫元素大幅度提高了學(xué)生的聽課效率。

將仿真技術(shù)引入動物遺傳學(xué)實習(xí)教學(xué)，如基因的檢測和細(xì)胞培養(yǎng)與遺傳檢測，學(xué)生在動手之前，通過虛擬仿真技術(shù)先了解實驗的全過程，減少實驗誤操作，同時也降低了實驗操作的危險，提升了實驗安全性。由于動物遺傳學(xué)的試驗周期長、操作難等特點，通過該虛擬仿真在短期內(nèi)直觀體驗，節(jié)約了實驗成本。

在動物遺傳學(xué)教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)是未來的發(fā)展趨勢，但動物遺傳學(xué)技術(shù)日新月異，教學(xué)內(nèi)容中前沿性知識多，需要對課程內(nèi)容實時更新。同時隨著遺傳學(xué)的研究機(jī)制機(jī)理不斷深入，需要不斷抽象和擴(kuò)充虛擬仿真的模型，這對于動物遺傳學(xué)教學(xué)者來說存在一定的難度。

三、結(jié)語

信息技術(shù)和生物技術(shù)的快速發(fā)展與有機(jī)結(jié)合，必將加速生物學(xué)研究的深度和廣度。生物學(xué)的快速發(fā)展對學(xué)習(xí)者提出了更高的要求——更好的抽象思維與理解能力。這就需要在教學(xué)中將難以理解的知識抽象化，將枯燥的課堂生動化，以提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和自主學(xué)習(xí)的愿望。虛擬仿真技術(shù)為動物遺傳學(xué)教學(xué)提供了新的技術(shù)和手段，直觀、有趣的課堂教學(xué)內(nèi)容，生動、靈活的課堂教學(xué)方式，將虛擬仿真與動物遺傳學(xué)相結(jié)合，通過直接豐富的課程內(nèi)容，又因加入動畫元素，轉(zhuǎn)變了枯燥的學(xué)習(xí)方式，提高了學(xué)生的聽課效率，必將有效提升傳統(tǒng)理論課教學(xué)的效率。

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編輯 武生智