本科生物虚拟实验室建设思考

解丽芳，林宏辉

(四川大学 生命科学学院 生物科学实验教学中心，成都 610065)

·实验室建设与管理·

本科生物虚拟实验室建设思考

解丽芳，林宏辉

(四川大学 生命科学学院 生物科学实验教学中心，成都 610065)

为满足对学生自主性、创新性的培养需求，四川大学生物科学实验教学中心建设了WBL-100医学机能虚拟实验室，并在本科生物实验教学中推广应用。通过问卷调查显示，该教学方式受到了学生的一致好评。文中提出了进一步丰富虚拟实验室实验内容；推广虚实结合的教学方式；延长虚拟实验学习时间；拓展虚拟实验学习空间的建设思路。

虚拟实验室；本科生物实验教学；问卷调查；思考

本科教学是高等教育的起点，是学生进行系统性实验能力培训的基础阵地。在本科生物学实验教学中，为方便学生及时接触到当今科学研究的前沿知识和技术，实现对本科生自主性、创新性培养的需求，需要不断引入先进的实验技术和方法，增加先进的实验设备及配套的实验教师，很显然在实际教学中无法完全满足这一需求。

虚拟实验教学利用网络平台及计算机技术代替人力和物力的快速更新，因其具有便捷性、灵活性、低成本、高效率、功能全等优点[1]，可以克服本科教学中资源、课时、设备、师资各个方面的障碍，延伸教学时间，拓展教学空间，满足高校的培养需求，逐渐成为实验教学改革探索的新方向。

1 虚拟实验室的发展现状

虚拟实验室的概念最早是由美国弗吉尼亚大学的威·廉沃尔夫教授于1989 年提出的。所谓虚拟实验室就是根据现实实验环境利用编程技术编写的仿真性软件，在计算机中营造一个接近或优于真实环境的虚拟场景，通过借助软件系统，操作者可以随时进入虚拟实验室，通过鼠标的点击与拖拽，进行各种实验[2-3]。

随着虚拟实验室概念的提出，国内外先后有多所高校及研究所建立了虚拟实验室。例如，国际上具有代表性的生物、医学虚拟实验室有：Howard Hughes 医学研究院(HHMI)开发的细菌鉴定实验室、心脏病实验室、免疫实验室、神经生理学实验室等；诺贝尔基金会开发的虚拟生化实验室[4-6]。国内虚拟实验技术也在快速发展，包括清华大学、浙江大学、复旦大学、上海交通大学、西安交通大学、华中科技大学等高校在内的众多院校，都建立了依托实体的虚拟仪器实验室并应用于教学和科研， 取得了很好的效果[7-10]。

2 我校虚拟实验室建设探索

四川大学生物实验教学中心(以下简称中心)作为国家级实验教学示范中心，重视对本科生自主性、创新性的培养。在中心建设过程中，我们一直致力于提高中心的实验教学水平，探索实验教学的新方法。虚拟实验技术的出现，为我们提供了一个很好的途径，我中心建立了基于计算机网络技术的WBL-100医学机能虚拟实验室。

2.1 中心虚拟实验室简介

四川大学生物实验教学中心采用的是成都泰盟科技有限公司提供的WBL-100医学机能虚拟实验室，由动物房、资料室、准备室、虚拟实验室、考场等五部分组成，涵盖了40 多个机能学实验的模拟仿真，结构完整，内容丰富，可同时供40名学生进行生理机能学知识和技能的学习。其中，动物房可以增加学生对实验动物相关知识的了解；资料室方便学生对相关机能学实验进行预习和掌握；准备室主要弥补学生实际教学中对实验设备及实验试剂等相关知识了解的不足；虚拟实验室则包括生理实验室、药理实验室、病生实验室、人体实验室、综合实验室等，共涉及40多个仿真技能学实验。学生可以通过虚拟实验室进行具体实验操作，也可以通过录像预习相关实验过程；考场部分则方便学生对掌握的相关知识进行自我考察。

2.2 虚拟实验室使用的问卷调查结果

通过问卷可以发现，学生希望通过虚拟实验室学习到合理有效安排实验，统筹规划实验设计的理念，以及更详细的了解实验试剂、实验操作、实验步骤的相关过程。而在“虚拟实验教学这种教学方式有何利弊”的回答中，学生普遍认为通过虚拟实验教学可以补充理论教学中涉及而动手实验中无法涵盖的知识、可以减少对动物的伤害，学习时间自由，方便快捷，直观形象，作为实验教学的补充可以拓宽知识面，拓展视野。但是也存在模式固定，限制学生创新思维、自主能力、协同能力的弊端。

2.3 虚拟实验室建设思考

虚拟实验室作为一种新兴的实验教学方法，在本科生物实验教学中应用还不成熟。中心引入的WBL-100医学机能虚拟实验室，作为今后建立规范先进的虚拟实验教学中心的试点，在推广应用过程中，发现了许多需要改进的地方，结合对学生的问卷调查，我们认为在今后的建设过程中，还需要进行以下3个方面的改进。

2.3.1 增加虚拟实验室的实验内容

我中心引入的WBL-100医学机能虚拟实验室主要包括生理实验

室、药理实验室、病生实验室、人体实验室、综合实验室五个部分，主要涉及40 多个机能学实验。这远远不能满足中心对本科生的教学需求，学生在问卷中也表示希望能够将虚拟实验室内容更加多样化，增加动物解剖、人体解剖、植物生理、微生物、细胞、生化等方面的实验内容。在今后的建设中我们还拟引入植物生理、神经生理、模式生物、基因工程、细胞工程、微生物发酵等多领域的实验项目，将实际教学中因设备及试剂材料等障碍无法引入基础教学的实验技术通过虚拟实验教学的方式展示给学生，拓展学生视野，丰富学生知识。

2.3.2 采用虚实结合的教学方式

在问卷中可以发现，虽然虚拟实验教学受到了学生的普遍好评，但是只虚不实的教学方式在实际教学中教学效果并不理想。有的学生就提出是否可以将虚拟实验教学与真实的实验教学结合起来。例如，可以将虚拟实验教学作为学生进行实际操作之前的预习手段，或者是作为理论教学的辅助手段。学生的反映也是我们建设过程中思考到的问题，因此虚实结合是更好发挥虚拟实验教学效果的方式，也是我们今后的建设方向。

2.3.3 延长虚拟实验室开放时间，拓展虚拟实验室学习空间

课堂集中上课是本科教学的主要方式，但是这种教学方式也是一种相对刻板的教学方式。在虚拟实验教学问卷中，学生希望，一方面可以延长虚拟实验室开放时间；另一方面拓展虚拟实验室学习空间，将虚拟实验教学软件上传到中心信息平台，学生可以通过自己的电脑，自主登录虚拟实验教学平台进行实验内容的学习。这也是我们追求的一种理想模式，但是由于某些软件的版权问题，在推广过程中障碍较大，但仍可以尝试逐步推广。

增加虚拟实验室在线交流模块，也是一个很好的建议。通过在线交流模块，可以进一步增强虚拟实验室的教学功能，提高学生学习效率。

3 结束语

虚拟实验室作为一种新的教学方式，主要是借助计算机技术，将各种实验操作细节转化为图形、语音、视频、动画等，使得学生可以通过一台计算机和一套软件，完成以往需要多种仪器设备及试剂材料支持的实验项目。

更新实验教学方式，提高实验教学能力，一直是中心追求的宗旨。虚拟实验技术的出现，为我们提供了探索的新渠道，为此中心特引进了WBL-100医学机能虚拟实验室，并在本科实验教学中推广应用，受到了学生的一致好评。由于尚处在建设初期，我们的虚拟实验室的实验内容还相对单一，实验条件还相对简陋。在下一步的建设过程中我们将致力于引入更多的实验内容，并增加自主设计的实验教学软件，推广虚实结合的教学方式，延长虚拟实验学习时间，拓展虚拟实验学习空间，建设真正适合我中心教学需求的虚拟实验教学体系。

[1]杨川.虚拟技术在实践教学中的应用研究[J].广东通信技术，2008(9):60-62.

[2]吴凯威，刘志刚，刘青，等.“基因工程虚拟实验室”的设计与开发[J].实验室研究与探索，2006，25(5):561-564.

[3]Goldberg H. What is virtual instrument [J]. IEEE Instrumentation & Measurement Magazine，2000，3(4):10-13.

[4]汪航，孙琪. 教学型虚拟实验室的应用研究[J].现代远距离教育，2010(4):39-41.

[5]马永有，张辉，蒋寿伟. 虚拟人体动态模型的建立[J].系统仿真学报，2003，15(增刊):196-198.

[6]夏金辉，韩红，李潇寒，等. 生理学虚拟实验室设计建设的几点体会[J].西北医学教育，2008，16(1):109-110.

[7]魏怀鹏，张志东，安莉，等. 创建国家级实验教学示范中心及其辐射示范作用的研究与实践[J]. 实验技术与管理，2008，25(11):109-113.

[8]王果胜，白浩.倡导启发式教学，培养学生创新思维[J]. 中国高等教育，2008(8):30-31.

[9]邬大光，赵婷婷，李枭鹰，等.高等教育强国的内涵、本质与基本特征[J].中国高教研究，2010(1) : 4-10.

[10]王涌，李国丽，应艳杰，等. 建设网络虚拟实验室，深化实验教学改革[J].实验技术与管理，2010，27(9):85-87，107.

Reflection of the Construction of Undergraduate Course Virtual Biology Laboratory

XIE Lifang，LIN Honghui

(Bioscience Experiment Teaching Center， School of Life Science， Sichuan University， Chengdu 610065，China)

In order to meet the needs of students’autonomy and innovative training needs， our center has constructed the WBL-100 medical virtual laboratory，and applied in the undergraduate biological experiments teaching .Through the questionnaire survey，we knew this teaching methods was praised by the students. Based on this， we propose to further enrich the virtual laboratory experiment content， promote the combination of teaching methods， extend the virtual experiment learning time， and expand virtual experiment learning space.

virtual laboratory; undergraduate biological experiments teaching; questionnaire survey；reflection

2014-09-18

国家自然基金委条件建设基金资助项目(J1210013)；国家自然基金委能力提高基金资助项目(J1103518)；高等学校本科教学质量与教学改革工程“专业综合改革”基金资助项目；四川大学2013年实验技术基金资助项目(2013-11-2)。

解丽芳(1982-)，女，硕士，实验师，主要从事细胞及遗传和生物化学实验的教学工作。

G482；Q-33；TP391.98

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.04.054