孫文秀 夏 帆 熊 濤

（長(zhǎng)江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434025）

0 引言

在2020 年7 月召開(kāi)的全國(guó)研究生教育會(huì)議上，習(xí)近平總書(shū)記強(qiáng)調(diào)， 研究生教育在培養(yǎng)創(chuàng)新人才、提高創(chuàng)新能力、服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、推進(jìn)國(guó)家治理體系和治理能力現(xiàn)代化方面具有重要作用，研究生教育是國(guó)家教育的頂端，是國(guó)家培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的重要階段，肩負(fù)著為國(guó)家和社會(huì)培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的重任。 作為高素質(zhì)人才的重要標(biāo)志——具有創(chuàng)新能力，也即研究生教育的核心內(nèi)容，培養(yǎng)研究生的科研創(chuàng)新能力是提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵所在。

生物學(xué)是綜合類(lèi)高等院校中一門(mén)重要的基礎(chǔ)性學(xué)科，也是一門(mén)實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科，涉及范圍廣泛，生物學(xué)研究生必須充分理解和熟練掌握各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技能，才能夠系統(tǒng)地發(fā)現(xiàn)、分析和解決問(wèn)題，獲得創(chuàng)新性成果[1]。筆者通過(guò)對(duì)湖北省多所高校的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)目前生物學(xué)研究生的科研創(chuàng)新能力不足，在培養(yǎng)過(guò)程中仍然存在著諸多問(wèn)題。 眾所周知，實(shí)踐教學(xué)在研究生科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)過(guò)程中起著重要作用，由于生物學(xué)研究本身的特點(diǎn)，導(dǎo)致很多先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)無(wú)法以傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)開(kāi)展。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有演示性、實(shí)踐性、趣味性和安全性的特點(diǎn)[2]，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的弊端，盡可能地為研究生的實(shí)驗(yàn)操作提供條件，盡快地提升科研創(chuàng)新能力。

1 研究生科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)存在的主要問(wèn)題

與本科生教育相比，研究生教育更加注重科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。近年來(lái)，研究生招生規(guī)模不斷擴(kuò)大，既有的教學(xué)科研條件和研究生管理體系發(fā)展滯后，出現(xiàn)了部分研究生讀而不學(xué)、學(xué)而不研、研而不精的現(xiàn)象，科研創(chuàng)新能力不足，極大地影響了研究生教育質(zhì)量。

1.1 讀研動(dòng)機(jī)不端正，科研創(chuàng)新意愿缺失

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和就業(yè)壓力的增加，很多學(xué)生考研只是為了增加就業(yè)機(jī)會(huì)，通過(guò)讀研獲得高文憑以便進(jìn)入優(yōu)秀的企業(yè)，找到滿意的工作，而本身對(duì)學(xué)術(shù)和專(zhuān)業(yè)不感興趣，也不打算從事科研工作，缺乏投身科研創(chuàng)新工作的主觀意愿，大大削弱了研究生教育的質(zhì)量和效果。

1.2 培養(yǎng)方式發(fā)展緩慢，科研創(chuàng)新意識(shí)淡薄

在目前研究生培養(yǎng)過(guò)程中，表現(xiàn)出了教學(xué)手段單一、單向傳輸為主、教學(xué)技術(shù)落后、新技術(shù)應(yīng)用緩慢，理論與實(shí)踐結(jié)合不緊密的現(xiàn)象。再加上現(xiàn)有培養(yǎng)研究生科研創(chuàng)新能力的主要途徑仍然以參與導(dǎo)師的科研項(xiàng)目為主， 習(xí)慣于按照導(dǎo)師的要求開(kāi)展研究工作，缺乏主動(dòng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的意識(shí)和能力，以完成畢業(yè)論文為主要目標(biāo)，必然會(huì)導(dǎo)致研究生的科研創(chuàng)新能力不足。

1.3 科研創(chuàng)新能力嚴(yán)重不足

在實(shí)際的研究生教育過(guò)程中，很多研究生為了順利獲得碩士學(xué)位， 只是按部就班地完成了培養(yǎng)過(guò)程，達(dá)到了獲得學(xué)位的基本條件。本該通過(guò)研究生培養(yǎng)能夠獨(dú)立思考、發(fā)現(xiàn)和分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、解決問(wèn)題等科研創(chuàng)新意識(shí)和能力卻沒(méi)有獲得，更是缺乏系統(tǒng)的科研訓(xùn)練，科研實(shí)踐能力嚴(yán)重不足[3]。

2 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升生物學(xué)研究生科研創(chuàng)新能力的作用

生物學(xué)研究具有實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、 實(shí)驗(yàn)流程復(fù)雜、儀器設(shè)備昂貴、實(shí)驗(yàn)材料和試劑花費(fèi)大、實(shí)驗(yàn)影響因素多，危險(xiǎn)系數(shù)大等特點(diǎn)，在很大程度上影響了研究生科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用可以降低上述因素的影響，可將“長(zhǎng)時(shí)程實(shí)驗(yàn)短時(shí)化、大尺度實(shí)驗(yàn)微縮化、微觀實(shí)驗(yàn)可視化、危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)安全化、復(fù)雜實(shí)驗(yàn)熟練化、難重復(fù)實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)化”，快速提高研究生的實(shí)驗(yàn)技能，熟悉實(shí)驗(yàn)過(guò)程，節(jié)約培養(yǎng)成本，加快研究進(jìn)程，多出科研成果[3]。

2.1 加強(qiáng)研究生安全教育，降低實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性

研究生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展實(shí)驗(yàn)首先要了解實(shí)驗(yàn)室管理制度、安全注意事項(xiàng)、操作規(guī)范等，特別是有毒、有害、易燃、易爆的危險(xiǎn)試劑及儀器設(shè)備的危險(xiǎn)因素，強(qiáng)化安全教育。 在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，安全教育貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，比如“生物實(shí)驗(yàn)安全與防護(hù)虛擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)”， 可以讓研究生以第一視角沉浸式進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景，實(shí)驗(yàn)涉及一般生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的儀器設(shè)備安全操作、 危險(xiǎn)試劑安全操作及處理、實(shí)驗(yàn)室安全規(guī)范及隱患排查、 相關(guān)突發(fā)事件應(yīng)急處理等， 訓(xùn)練和考查研究生的主動(dòng)安全意識(shí)和操作技能。通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以進(jìn)一步加強(qiáng)研究生安全教育，降低實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性，保障人身和實(shí)驗(yàn)室安全。

2.2 研究生快速掌握科研創(chuàng)新實(shí)踐技能， 提高科研效率

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以讓生物學(xué)研究生快速掌握實(shí)驗(yàn)的原理、操作及影響因素等，盡快開(kāi)展研究工作，減少失敗機(jī)會(huì)。例如，研究生《分子細(xì)胞生物學(xué)》課程中關(guān)于蛋白質(zhì)糖基化和動(dòng)物細(xì)胞原代培養(yǎng)的知識(shí)點(diǎn)，除了講授理論知識(shí)外，“蛋白質(zhì)糖基化合成調(diào)控虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”和“兔胃壁細(xì)胞原代培養(yǎng)及胃酸分泌相關(guān)蛋白功能研究虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”也為研究生提供了實(shí)踐平臺(tái)，進(jìn)一步加深了研究生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，掌握了科研創(chuàng)新實(shí)踐技能。 同時(shí)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以讓生物學(xué)研究生快速熟悉高精尖儀器設(shè)備的原理、操作及注意事項(xiàng)，減少因設(shè)備引起的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，比如“生物熒光顯微鏡互動(dòng)操作虛擬實(shí)驗(yàn)”可以使研究生掌握生物熒光顯微鏡的操作及圖像處理相關(guān)知識(shí)，提高科研效率。 此外，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以使生物學(xué)研究生了解實(shí)驗(yàn)對(duì)象、預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、掌握數(shù)據(jù)處理方法等，提高科研效率和成功率，減少試劑耗材的用量，節(jié)約科研經(jīng)費(fèi)。

2.3 提高研究生科研創(chuàng)新意識(shí)，增加實(shí)踐機(jī)會(huì)

在現(xiàn)有的研究生培養(yǎng)模式下，生物學(xué)研究生科研任務(wù)較重，參與社會(huì)實(shí)踐的機(jī)會(huì)較少，這也成為阻礙研究生實(shí)踐技能與科研創(chuàng)新能力提升的重要原因。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以為研究生提供更多操作實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐機(jī)會(huì)，也可以讓研究生利用碎片時(shí)間學(xué)習(xí)生物學(xué)領(lǐng)域最新的實(shí)驗(yàn)技能，還可以了解生物學(xué)領(lǐng)域企業(yè)的相關(guān)專(zhuān)業(yè)實(shí)訓(xùn)，諸如廣西大學(xué)生物科學(xué)與工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建立的“工廠實(shí)訓(xùn)與儀器分析仿真實(shí)驗(yàn)”和“啤酒工藝虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”，就可以為研究生提供實(shí)踐機(jī)會(huì)和提高科研創(chuàng)新意識(shí)的良好條件。

2.4 節(jié)約教學(xué)時(shí)間，提高學(xué)習(xí)效率

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以使用電腦和手機(jī)完成，操作方便，方式靈活，可以在教室、宿舍、家庭等場(chǎng)所隨時(shí)隨地完成學(xué)習(xí)，可以隨時(shí)與教師交流答疑，不受時(shí)間和空間的限制。同時(shí)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)可以反復(fù)操作，多次熟練實(shí)驗(yàn)操作和流程，提高學(xué)習(xí)效率，節(jié)約教學(xué)時(shí)間。

3 結(jié)語(yǔ)

研究生科研創(chuàng)新能力的提升需要從多個(gè)方面多個(gè)角度來(lái)完成，而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中發(fā)揮培養(yǎng)研究生科研創(chuàng)新能力的作用。在研究生實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中， 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是實(shí)際實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，可以彌補(bǔ)線下實(shí)踐教學(xué)的不足，充分發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，培養(yǎng)研究生的科研創(chuàng)新能力。此外，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)除了滿足研究生實(shí)踐教學(xué)需要外，還擔(dān)負(fù)著研究生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的任務(wù)，可以將實(shí)踐教學(xué)資源整合優(yōu)化，解決理論與實(shí)踐脫節(jié)、學(xué)習(xí)能力與實(shí)踐能力脫節(jié)、教學(xué)方法與實(shí)踐脫節(jié)等問(wèn)題。目前，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)已在醫(yī)學(xué)、工科類(lèi)研究生培養(yǎng)中得到廣泛應(yīng)用[4-5]，相信在生物學(xué)研究生科研創(chuàng)新能力提升過(guò)程中也會(huì)充分發(fā)揮積極作用。