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本文作者：梁亦龍盧利平范歡曾垂省張繼承作者單位：重慶郵電大學(xué)生物信息學(xué)院

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)證明科學(xué)事實(shí)、概念、理論的活動(dòng)，通過完整的實(shí)驗(yàn)框架和實(shí)驗(yàn)過程的完成，重新驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否達(dá)到原理所描述，目的重在使學(xué)生理解和掌握這個(gè)實(shí)驗(yàn)，以達(dá)到熟悉生物相關(guān)原理的目的。一般常規(guī)是通過介紹相關(guān)原理，回顧重要的概念，再介紹實(shí)驗(yàn)步驟分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出注意事項(xiàng)，或針對(duì)學(xué)生普遍容易出現(xiàn)錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行示范，最后引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)結(jié)論驗(yàn)證。

驗(yàn)證性虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程

(1)驗(yàn)證性虛擬實(shí)驗(yàn)網(wǎng)頁組成驗(yàn)證性虛擬生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)頁頁面由圖1所示。(2)實(shí)驗(yàn)例證基因體外擴(kuò)增技術(shù)(PCR實(shí)驗(yàn))①原理:先圖示或動(dòng)畫PCR原理、過程和應(yīng)用，并解釋相關(guān)概念，包括引物、DNA聚合酶、核苷酸、模板等基本概念。②樣品、材料準(zhǔn)備:包括相關(guān)試劑、PCR儀、手套、無菌操作臺(tái)、槍、槍頭等，并配上相關(guān)圖片。③PCR擴(kuò)增:包含PCR過程、結(jié)果，用動(dòng)畫和圖片，充分讓學(xué)生了解其原理和過程。④PCR結(jié)果檢測(cè):對(duì)出現(xiàn)的結(jié)果分別進(jìn)行分析。有單一條帶是表明PCR是特異性擴(kuò)增，無條帶可能是什么原因，條帶不單一可能是什么原因，每一結(jié)果都用不同的圖片來顯示給實(shí)驗(yàn)者，讓學(xué)生在虛擬情況下就能分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。用虛擬PCR儀代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，觀察和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合實(shí)驗(yàn)圖片或動(dòng)畫將每個(gè)步驟的過程展現(xiàn)給實(shí)驗(yàn)者，把每個(gè)步驟中容易出錯(cuò)的部分給標(biāo)記出來，并對(duì)實(shí)驗(yàn)的不同結(jié)果進(jìn)行分析，這樣能有效地幫助學(xué)生理解問題并對(duì)錯(cuò)誤操作有感性認(rèn)識(shí)。

綜合性虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)組成

虛擬實(shí)驗(yàn)室也可增加綜合性實(shí)驗(yàn)。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，嘗試用已有的報(bào)道的研究資料作為綜合實(shí)驗(yàn)的來源。將生物實(shí)驗(yàn)研究的學(xué)習(xí)置于探究的背景下，將綜合性實(shí)驗(yàn)已有報(bào)道看成“問題是什么”，“用何種實(shí)驗(yàn)?zāi)芑卮疬@個(gè)問題”，“如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證”，也就是“What?How?Why?”從而重視在探究過程中獲得綜合素質(zhì)的提高，使科學(xué)知識(shí)能在不斷的設(shè)問中得到升華。(1)綜合性虛擬實(shí)驗(yàn)網(wǎng)頁組成本實(shí)驗(yàn)室所作的綜合性實(shí)驗(yàn)網(wǎng)頁如圖2所示。其中研究文獻(xiàn)包括本實(shí)驗(yàn)的研究報(bào)告及相關(guān)文獻(xiàn)。綜合性實(shí)驗(yàn)還可通過讓學(xué)生自由選題，設(shè)定實(shí)驗(yàn)方案后，利用虛擬儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并作出結(jié)果預(yù)測(cè)，從而來提高學(xué)生的創(chuàng)新和科研能力。(2)實(shí)驗(yàn)例證研究干旱對(duì)植物抗氧化酶的影響［6］。①寫出本實(shí)驗(yàn)的研究背景，研究目的。首先闡明植物受不良外因影響后，會(huì)出現(xiàn)的各種現(xiàn)象。研究干旱地方植物抗旱生理生化狀況，對(duì)干旱地方植被恢復(fù)奠定良好的理論基礎(chǔ)。開展植物抗旱的生理抗(耐)性機(jī)理能為植物物種栽培提供依據(jù)。②列出實(shí)驗(yàn)的假設(shè)，并據(jù)此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程。植物在不良環(huán)境，會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)生理生化變化，測(cè)定相應(yīng)氣體交換參數(shù)，測(cè)定相關(guān)的抗氧化酶的活性變化。各種抗氧化酶在生物體中的作用，并分別寫出相關(guān)酶的測(cè)定方法。③結(jié)果分析。對(duì)不同狀態(tài)下的結(jié)果進(jìn)行分析。④后續(xù)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步完善。對(duì)實(shí)驗(yàn)證明不完善的地方加以分析，并提出完善的方法，運(yùn)用多種實(shí)驗(yàn)方法加以改進(jìn)研究。本實(shí)驗(yàn)則可以在測(cè)定生理生化變化后，進(jìn)一步進(jìn)行基因表達(dá)的研究，檢測(cè)不同條件下基因表達(dá)的變化。再將相關(guān)的文獻(xiàn)附上［7－9］，即可讓學(xué)生明白研究具體課題的一個(gè)基本步驟，為其今后的科研打下良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)室的綜合性實(shí)驗(yàn)包括植物的抗氧化酶研究、內(nèi)生菌的抗菌物質(zhì)提取、多糖的抗腫瘤研究等8個(gè)實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)，通過選取不同的實(shí)驗(yàn)材料，采用不同的實(shí)驗(yàn)方法，讓學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的過程有一個(gè)深入的了解，能彌補(bǔ)簡(jiǎn)單的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)不足，對(duì)學(xué)生今后的更進(jìn)一步的深造打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，效果顯著。學(xué)生普遍反映對(duì)其生物化學(xué)知識(shí)有了深入的了解，并對(duì)科研論文有了基本認(rèn)識(shí)，提高了學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力與實(shí)際動(dòng)手能力。

虛擬實(shí)驗(yàn)視頻

實(shí)驗(yàn)視頻是通過現(xiàn)場(chǎng)錄制，展示實(shí)驗(yàn)所需儀器、操作過程、實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)。通過視頻，教師進(jìn)行詳細(xì)講解并作出示范，可給學(xué)生直觀認(rèn)識(shí)，并在視頻中詳細(xì)指出實(shí)驗(yàn)過程中易錯(cuò)之處，對(duì)出現(xiàn)的不同結(jié)果進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn)。大型精密儀器也可以在虛擬實(shí)驗(yàn)室中全面展現(xiàn)，諸如基因測(cè)序儀、細(xì)胞流式儀、核磁共振等。學(xué)生還可掌握生物醫(yī)學(xué)中前沿實(shí)驗(yàn)技術(shù)如酵母雙雜交技術(shù)和蛋白質(zhì)雙向電泳。通過虛擬的過程了解其原理、操作條件、操作過程，在無消耗的情況下可節(jié)省資源、節(jié)約時(shí)間、節(jié)省場(chǎng)地，并可加深實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)，開拓視野，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

虛擬實(shí)驗(yàn)反饋

反饋系統(tǒng)由在線答疑、討論和測(cè)試等組成。以BBS的形式為學(xué)生提供答疑和學(xué)習(xí)討論、學(xué)習(xí)心得交流園地，在線測(cè)試可根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不同的試題，通過在線提交，并及時(shí)反饋實(shí)驗(yàn)信息，并要求學(xué)生提交后續(xù)實(shí)驗(yàn)的設(shè)想。虛擬生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)建立在一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，注重的是實(shí)驗(yàn)操作的交互性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的仿真性。它可以有效緩解很多高校在經(jīng)費(fèi)、場(chǎng)地、儀器等方面面臨的困難和壓力。而且開展網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對(duì)時(shí)空要求的限制，在任何地點(diǎn)，只需聯(lián)網(wǎng)，都可以自由、進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室，操作儀器，進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)［10］，有助于提高實(shí)驗(yàn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)掌握，提高教學(xué)質(zhì)量，還可以減輕實(shí)驗(yàn)室管理的壓力，方便異地協(xié)作和資源共享。虛擬實(shí)驗(yàn)室這種教學(xué)方式必將受到愈來愈多得重視和青睞，成為改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段、強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。