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摘要:通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)而構(gòu)建的虛擬實驗室的應(yīng)用,可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識,改善實驗條件,利于實驗項目拓展,達(dá)到資源共享,與傳統(tǒng)實驗教學(xué)相結(jié)合優(yōu)勢互補(bǔ),相輔相成。但其在構(gòu)建過程中仍存在一些不足。本文將就虛擬實驗室在醫(yī)學(xué)微生物學(xué)與醫(yī)學(xué)免疫學(xué)實驗室中的應(yīng)用進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞:虛擬實驗室醫(yī)學(xué)微生物學(xué)醫(yī)學(xué)免疫學(xué)教學(xué)模式

實驗室不管是對高等學(xué)校還是科學(xué)研究單位來說都是必不可少的,在培養(yǎng)人才,創(chuàng)新,科研等方面都起著非常重要的作用[1]。我實驗室系為醫(yī)學(xué)微生物與免疫學(xué)實驗室,主要承擔(dān)醫(yī)學(xué)微生物與免疫學(xué)實驗準(zhǔn)備及部分實驗授課工作。醫(yī)學(xué)微生物與免疫學(xué)作為醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課程,其重要性不言而喻。但因為其內(nèi)容都涉及了生化,分子生物,細(xì)胞生物學(xué)等諸微觀領(lǐng)域,所以對于很多學(xué)生來說,難免會覺得抽象,理論性強(qiáng)不容易理解與掌握。與課程理論教學(xué)相結(jié)合的實驗教學(xué),可以加強(qiáng)學(xué)生對理論知識的理解。學(xué)生可以通過對實驗原理的解讀,實驗程序的操作,實驗結(jié)果的觀察將某些晦澀難懂的理論知識變得形象具體,不僅學(xué)習(xí)了醫(yī)學(xué)微生物與免疫學(xué)實驗的基本操作技術(shù)也加強(qiáng)了對理論知識的理解記憶。近年,學(xué)校招生規(guī)模擴(kuò)大,實驗條件和資源漸顯不足。實驗課學(xué)生數(shù)量增加,實驗室各方面建設(shè)速度不能與之相匹配,造成實驗室資源緊張,實驗室教師及其它工作人員工作負(fù)荷趨近飽和。這就迫切需要有新型的實驗教學(xué)模式來解決現(xiàn)存的問題。虛擬實驗室是通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)而構(gòu)建的。在我國,虛擬實驗技術(shù)研究雖起步比較晚,但隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,虛擬實驗室的構(gòu)建技術(shù)亦得到不斷的發(fā)展和完善。同時,其優(yōu)勢也漸突顯,越來越得到大家的認(rèn)可[2]。

1建設(shè)微免虛擬實驗室的益處

1.1激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識

傳統(tǒng)的微免實驗室由于實驗室內(nèi)條件限制或由于課程要求的不同,多設(shè)置與理論相結(jié)合的驗證性或綜合性實驗。同時由于實驗設(shè)備材料等的限制,學(xué)生并不能夠自主開展一些設(shè)計性的實驗。學(xué)生整個實驗過程基本處于被動的學(xué)習(xí)情境中,對所做實驗印象不夠深刻,導(dǎo)致所安排的實驗彼此孤立。通過虛擬實驗室的建立,學(xué)生可以利用虛擬器件選擇實驗所需的實驗設(shè)備、工具、材料,在虛擬實驗室中進(jìn)行實驗操作,訓(xùn)練基本操作技能。還可運(yùn)用已有的知識,根據(jù)自身實驗的需要,進(jìn)行實驗設(shè)計,如此加深對理論知識的理解。如遇耗時較長的實驗也可根據(jù)需要暫停,之后適時的繼續(xù)實驗而不影響實驗進(jìn)程。從而可以更大程度的推進(jìn)學(xué)生的自助學(xué)習(xí)能力,積極地發(fā)揮學(xué)生的自主性,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識[3]。

1.2利于實驗拓展

進(jìn)行醫(yī)學(xué)微生物與免疫學(xué)實驗時,往往由于某些實驗都涉及使用較大型或昂貴的儀器設(shè)備:如微生物實驗細(xì)菌的分離鑒定中全自動微生物生化分析儀及免疫學(xué)實驗中的流式細(xì)胞術(shù)。學(xué)生并不能夠自己動手操作。這些設(shè)備往往由專人負(fù)責(zé),學(xué)生在實驗課中并無緣自行操作,使得基礎(chǔ)技能不能得到充分訓(xùn)練,。再如某些醫(yī)學(xué)微生物實驗還涉及生物安全問題,需有符合生物安全標(biāo)準(zhǔn)的實驗室才能開展。如結(jié)核分枝桿菌是臨床較常見的致病菌,由于涉及生物安全,結(jié)核分枝桿菌的分離培養(yǎng)并不能在一般的學(xué)生實驗中開展。利用虛擬實驗室,解決了時空限制,更可以滿足學(xué)生對貴重大型實驗設(shè)備的操作欲望,減少一次性實驗耗材的使用,節(jié)能減排利于學(xué)生實驗項目的拓展。為學(xué)生在今后的工作及繼續(xù)學(xué)習(xí)中打下堅實基礎(chǔ)。

1.3資源共享

虛擬實驗室中無論是實驗對象還是實驗資源具有共享性。在虛擬實驗室中,儀器設(shè)備是利用軟件虛擬制作而來。實驗者通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入實驗室,利用鼠標(biāo)點(diǎn)擊或者拖拽選擇需要的設(shè)備、材料進(jìn)行實驗。虛擬實驗室中,無論是虛擬的儀器設(shè)備還是虛擬的實驗材料甚至實驗結(jié)果都具共享性,不僅能使從不同計算機(jī)登陸的實驗者進(jìn)行實驗,還可通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)裙蚕碣Y源[4]。

2虛擬實驗與傳統(tǒng)實驗相結(jié)合教學(xué)

虛擬實驗室可以給學(xué)生一種新的實驗體驗,在其間進(jìn)行實驗操作可以激發(fā)學(xué)生對實驗的興趣和積極性。但如單純的使用虛擬實驗室進(jìn)行教學(xué),在一定程度上達(dá)不到教學(xué)要求。譬如醫(yī)學(xué)微生物實驗中細(xì)菌培養(yǎng)技術(shù),不僅要求學(xué)生掌握該操作技術(shù),而且要通過此實驗要培養(yǎng)學(xué)生的無菌意識,樹立良好的無菌觀念。但由于虛擬操作缺乏實物感,往往不能達(dá)到此教學(xué)要求。故而,我們需要將虛擬實驗室與傳統(tǒng)實驗室相結(jié)合應(yīng)用于實驗教學(xué)。如此,將二者按比例設(shè)置,不僅可以節(jié)約課時還可以更有效的達(dá)到教學(xué)目的。譬如微生物實驗細(xì)菌的分離鑒定及病毒的分離鑒定,由于耗時長或生物安全的限制,而無法安排到實驗課堂進(jìn)行操作。此時可借助虛擬實驗室縮短實驗周期,后將其整合到實驗內(nèi)容中,這樣可以保證學(xué)生在有限時間進(jìn)行實驗,得出實驗結(jié)果。不僅助于學(xué)生對所學(xué)章節(jié)理論知識的把握,更有助于對微生物基本實驗技術(shù)的學(xué)習(xí)掌握。我實驗室準(zhǔn)備的免疫學(xué)實驗采用“以學(xué)生為主體的”實驗教學(xué)模式,即實驗學(xué)生將自己作為研究對象。[5]后續(xù)所有實驗均以學(xué)生自己的標(biāo)本為基礎(chǔ)開展進(jìn)行。如實驗內(nèi)容中的靜脈采血及淋巴細(xì)胞的分離技術(shù)。首先,學(xué)生可通過虛擬實驗室預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容,熟練靜脈采血的注意事項和基本操作規(guī)程,強(qiáng)化實驗技能,減少由于穿刺失誤給同組實驗同學(xué)帶來的疼痛感。再如免疫熒光實驗,由于用到的熒光顯微鏡價格昂貴,實驗室暫只有一臺供學(xué)生實驗使用。實驗課時學(xué)生必須排隊按序輪流觀察,極大地耗費(fèi)了實驗時間,如設(shè)置在虛擬實驗室中進(jìn)行,節(jié)省時間,使學(xué)生有更多的時間用來實驗操作而不是排隊等候。故設(shè)計并設(shè)置虛擬實驗內(nèi)容并將其整合到學(xué)生實驗課中,不僅利于學(xué)生對醫(yī)學(xué)微生物與免疫學(xué)基本實驗技術(shù)的強(qiáng)化訓(xùn)練學(xué)習(xí),節(jié)省實驗時間,解決減縮課時數(shù)與提高教學(xué)質(zhì)量要求的矛盾。

3虛擬實驗室建設(shè)過程中的不足

虛擬實驗室的構(gòu)建技術(shù)已日趨成熟,但建設(shè)過程中易出現(xiàn)建設(shè)者與實驗室使用者相脫離的現(xiàn)象。構(gòu)建的虛擬實驗室中所體現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),計算機(jī)軟件及構(gòu)建本身的技術(shù)性和專業(yè)性都很到位,但某些實驗設(shè)計與設(shè)置達(dá)不到實驗者專業(yè)的要求。這就要求建設(shè)者與使用者多溝通協(xié)作,根據(jù)使用者的要求進(jìn)行設(shè)計,使虛擬環(huán)境更接近實驗室的真實環(huán)境,使實驗者的感覺也更真實,使實驗操作實驗結(jié)果更加準(zhǔn)確。不僅要達(dá)到視覺上的美觀,更要達(dá)到專業(yè)上的精確。創(chuàng)建更精確更完美的符合實驗條件的虛擬實驗室。

4結(jié)語

虛擬實驗室是通過計算機(jī)創(chuàng)建的具有傳統(tǒng)實驗室功能的虛擬實驗環(huán)境。將虛擬實驗室與傳統(tǒng)實驗室結(jié)合合理安排實驗比例應(yīng)用于教學(xué)中,不僅可以解決實驗室目前存在的諸多問題,更有助于提高教學(xué)質(zhì)量。作為一種新的技術(shù),虛擬實驗室的應(yīng)用具有以往教學(xué)方法無法取代的優(yōu)點(diǎn)。它能夠為實驗者創(chuàng)造更直觀更便利的實驗條件與環(huán)境,提高學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)新意識,為實驗教學(xué)提供新平臺,以新的形勢補(bǔ)充傳統(tǒng)實驗教學(xué)方式。目前看來,由于虛擬實驗室的諸多優(yōu)點(diǎn),將會被加強(qiáng)建設(shè),同時加強(qiáng)各實驗室間的合作,共享實驗資源。將虛擬實驗室與傳統(tǒng)實驗室結(jié)合教學(xué),二者優(yōu)勢互補(bǔ),相輔相成以期達(dá)到更好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]李范珠,包強(qiáng),趙燕敏,等.發(fā)揮高校科研實驗室作用,加強(qiáng)大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].實驗技術(shù)與管理,2010,27(9):21-23.

[2]許微.虛擬現(xiàn)實技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè),2009,2:279-280

[3]趙羚云.虛擬實驗室的特性及應(yīng)用[J].硅谷,2012,8(10):126,121.

[4]由繼紅.虛擬實驗室研究概述[J].生命科學(xué)儀器,2014,12(4):34-36.

[5]秦娜琳,羅軍敏,姚新生,等.構(gòu)建“以學(xué)生為主體”的本科醫(yī)學(xué)免疫學(xué)實驗教學(xué)模式[J].中國免疫學(xué)雜志,2012;28(5):465-466．

作者：韓志俊 單位：遵義醫(yī)學(xué)院