姚慶收，秦加陽(yáng)，張小華，賽思翔

（濱州醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264003）

大眾創(chuàng)業(yè)，萬(wàn)眾創(chuàng)新。國(guó)家政策的引領(lǐng)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的大力發(fā)展，使得眾多地方高校在定位辦學(xué)目標(biāo)時(shí)以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為主，發(fā)展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，服務(wù)本地經(jīng)濟(jì)發(fā)展兼顧外延拓展，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展輸送優(yōu)秀人才。應(yīng)用型人才的培養(yǎng)離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生鞏固課堂知識(shí)、掌握基本實(shí)驗(yàn)操作技能，并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀(guān)察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出科學(xué)合理結(jié)論的過(guò)程；更是不斷培養(yǎng)分析并解決問(wèn)題能力、提升創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。分子生物學(xué)課程在生命科學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程體系中具有重要地位[1]，是近幾十年傳統(tǒng)生物學(xué)在分子水平上的創(chuàng)新和延伸，從分子水平揭示生命活動(dòng)規(guī)律的學(xué)科。分子生物學(xué)課程不僅從分子水平上闡述了生物信息的傳遞規(guī)律和基因表達(dá)調(diào)控知識(shí)，還囊括了眾多實(shí)驗(yàn)新技術(shù)。如何在教學(xué)過(guò)程中更好地傳授分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，讓學(xué)生不僅掌握這些技術(shù)的原理和方法，還能在操作和應(yīng)用過(guò)程中提高分析及解決問(wèn)題能力，最終達(dá)到活學(xué)活用并探索新的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的目的，是很有意義的教學(xué)研究。

1 傳統(tǒng)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

傳統(tǒng)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展過(guò)程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，具有很多優(yōu)點(diǎn)。如教師隨堂指導(dǎo)，能夠發(fā)現(xiàn)并及時(shí)解決問(wèn)題；學(xué)生可以動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)儀器，參與實(shí)驗(yàn)全過(guò)程，鍛煉操作技能。但是，傳統(tǒng)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)也有其缺點(diǎn)，具體如下。

1.1 教學(xué)內(nèi)容受限

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)由于受實(shí)驗(yàn)室條件、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)、學(xué)生人數(shù)和學(xué)時(shí)等因素的影響[2-3]，在教學(xué)內(nèi)容選擇上具有較大的局限性。在教學(xué)安排時(shí)，只能根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容取舍，往往只安排一些相對(duì)容易操作、在短時(shí)間內(nèi)能夠完成的實(shí)驗(yàn)，如動(dòng)植物細(xì)胞DNA或RNA提取、質(zhì)粒DNA提取、DNA酶切、PCR擴(kuò)增、瓊脂糖凝膠電泳、重組DNA轉(zhuǎn)化、重組子篩選及鑒定和SDS-PAGE等實(shí)驗(yàn)。雖然學(xué)生有機(jī)會(huì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，但僅僅鍛煉了基本的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)操作，與熟練運(yùn)用分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的要求還有很大差距。而一些重要的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，如實(shí)時(shí)定量PCR技術(shù)、酵母單雜交技術(shù)、酵母雙雜交技術(shù)、Western-blot技術(shù)等相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)相對(duì)較少，而這些技術(shù)在學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)或工作中都是常用的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。因此，如何改變這種現(xiàn)狀，拓展分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，不再局限于最基本的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，是值得思考的問(wèn)題。

1.2 教學(xué)互動(dòng)性差，學(xué)生參與度低

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，受實(shí)驗(yàn)室條件限制，學(xué)生通常分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，參與度不一致。學(xué)習(xí)積極性高的學(xué)生能夠主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)，并注意觀(guān)察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，遇到不懂的問(wèn)題能及時(shí)與授課教師溝通；但也有部分學(xué)生參與度不高，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中處于游離狀態(tài)。限于實(shí)驗(yàn)時(shí)間，授課教師不僅要負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)講解、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，還要關(guān)注實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，及時(shí)解決學(xué)生提出的問(wèn)題，不能全程跟蹤每位學(xué)生。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，還要對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析總結(jié)，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，這導(dǎo)致學(xué)生沒(méi)有時(shí)間認(rèn)真思考實(shí)驗(yàn)，遇到問(wèn)題也難于追根溯源，甚至有些學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作是錯(cuò)誤的。部分學(xué)生為了上課而上課，走馬觀(guān)花，機(jī)械完成實(shí)驗(yàn)操作，不思考為什么這么操作、為什么這個(gè)實(shí)驗(yàn)會(huì)得到這種結(jié)果、這個(gè)實(shí)驗(yàn)是與哪些分子生物學(xué)理論相關(guān)聯(lián)。所以整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程流于形式，難以培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力以及創(chuàng)新思維，自然也不能起到實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)有的作用。

1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程缺乏安全性

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中會(huì)用到較多有毒有害試劑，如二甲基亞砜、β-巰基乙醇、四甲基乙二胺等。由于學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作水平有差異，對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全的認(rèn)知和防護(hù)能力也不同，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)試劑應(yīng)用不規(guī)范、操作不規(guī)范問(wèn)題，進(jìn)而造成實(shí)驗(yàn)室污染，也給使用者和接觸者帶來(lái)人身危害。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢液、廢棄物需要進(jìn)行處理，造成實(shí)驗(yàn)費(fèi)用的增加。因此，探究分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，既能讓學(xué)生真正鍛煉實(shí)驗(yàn)操作技能，又能避免實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量至關(guān)重要。

2 分子生物學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可行性

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種重要的實(shí)驗(yàn)輔助手段，借助多媒體和互聯(lián)網(wǎng)，基于虛擬實(shí)驗(yàn)軟件，逼真模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程，通過(guò)人機(jī)互動(dòng)達(dá)到在虛擬網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)和學(xué)習(xí)的目的[4-5]。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有傳統(tǒng)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，在諸多方面彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足[6]。

2.1 便于師生互動(dòng)，提高教學(xué)質(zhì)量

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)為師生互動(dòng)提供了條件[7]。在平臺(tái)上，學(xué)生能夠按照實(shí)驗(yàn)課堂的要求，對(duì)所要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行模擬。在模擬過(guò)程中，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)仔細(xì)操作每一個(gè)步驟，并對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行反復(fù)練習(xí)，對(duì)于不能掌握的實(shí)驗(yàn)步驟可以多次模擬，通過(guò)重復(fù)練習(xí)加深印象。教師可以在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中針對(duì)操作步驟或涉及的實(shí)驗(yàn)原理設(shè)置不同的練習(xí)題，讓學(xué)生進(jìn)行解答，學(xué)生如果沒(méi)有掌握實(shí)驗(yàn)操作技能或?qū)嶒?yàn)原理，則不能通過(guò)當(dāng)前測(cè)試，無(wú)法進(jìn)行下一階段的學(xué)習(xí)。這種模擬教學(xué)不但能夠加強(qiáng)學(xué)生對(duì)操作技能的掌握，加深印象，同時(shí)也將實(shí)驗(yàn)與理論相融合。平臺(tái)可以記錄學(xué)生的操作情況并統(tǒng)計(jì)分析，教師可以根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)有針對(duì)性地對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行講解甚至個(gè)別輔導(dǎo)，從而有效解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中師生互動(dòng)較少的問(wèn)題，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的了解，進(jìn)而提高教學(xué)效果。

2.2 節(jié)約實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，便于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇

分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往會(huì)根據(jù)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和實(shí)驗(yàn)條件有針對(duì)性地選擇實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，需要購(gòu)買(mǎi)藥品、耗材和實(shí)驗(yàn)儀器等，而且藥品和耗材不具有可重復(fù)使用的特點(diǎn)，因此，每年都需要在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面投入大量經(jīng)費(fèi)。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)借助網(wǎng)絡(luò)資源和編程軟件，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求編輯出數(shù)量眾多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，方便實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇，避免了一些實(shí)驗(yàn)因需要貴重儀器等原因而無(wú)法開(kāi)展的情況。教學(xué)中涉及的實(shí)驗(yàn)技術(shù)都是成熟的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，編輯的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目軟件可以在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)使用，具有一定的持續(xù)性，可以節(jié)省大量實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。學(xué)生通過(guò)軟件反復(fù)練習(xí)實(shí)驗(yàn)操作直至掌握，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)由于練習(xí)少導(dǎo)致學(xué)生“課上會(huì)課下忘”的缺陷。

2.3 提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的安全性

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)基于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)，逼真地模擬了實(shí)驗(yàn)過(guò)程。在教學(xué)過(guò)程中，只要具備實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)模擬軟件等條件，就可以完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程，不再需要真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作，也避免了對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)試劑等的依賴(lài)。同時(shí)，避免在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，由于操作不當(dāng)損壞實(shí)驗(yàn)儀器、帶來(lái)人身傷害和耽誤實(shí)驗(yàn)開(kāi)展等問(wèn)題，或者由于試劑濺出、揮發(fā)等造成人身傷害或?qū)嶒?yàn)室污染，更避免了致病菌等有害生物帶來(lái)的生物安全風(fēng)險(xiǎn)等，從而有效提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的安全性。例如SDS-PAGE實(shí)驗(yàn)由于所用部分試劑容易揮發(fā)且對(duì)人體有害，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不可避免地帶來(lái)實(shí)驗(yàn)安全問(wèn)題，而且該實(shí)驗(yàn)又與瓊脂糖凝膠電泳實(shí)驗(yàn)有許多相似操作。通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不但避免了實(shí)驗(yàn)試劑的危害，還能讓學(xué)生在虛擬仿真SDS-PAGE實(shí)驗(yàn)中與瓊脂糖凝膠電泳實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較，進(jìn)一步掌握實(shí)驗(yàn)技術(shù)，提高教學(xué)質(zhì)量。

3 展望

萬(wàn)事萬(wàn)物各有利弊，雖然傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)受到實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和實(shí)驗(yàn)安全等條件的限制，但傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)也有虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)由于直接在實(shí)驗(yàn)室操作，學(xué)生接觸的是真實(shí)的實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)試劑及耗材，與虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景有著本質(zhì)區(qū)別，儀器的可觸摸感和可操作感是虛擬仿真操作無(wú)法替代的。有些實(shí)驗(yàn)感官刺激非常強(qiáng)烈，如顏色變化、沉淀生成和凝膠中有色條帶的移動(dòng)等，會(huì)給學(xué)生真切的感受；而虛擬仿真平臺(tái)雖然也可以設(shè)置這些變化，但缺乏傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的真實(shí)感。因此根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件和教學(xué)內(nèi)容，合理安排傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使二者有機(jī)結(jié)合，相得益彰，從而有效提高分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，是更科學(xué)更有效的教學(xué)方式。