虚拟网络实验室带动生物化学教学模式改革

张丽娟， 古同男

(首都医科大学 燕京医学院，北京 101300)



虚拟网络实验室带动生物化学教学模式改革

张丽娟， 古同男

(首都医科大学 燕京医学院，北京 101300)

利用网络平台构建虚拟实验室，推动生物化学课程教学模式改革，丰富实验教学手段，提高教学质量。通过网络技术与计算机技术搭建生物化学虚拟实验室，充分利用网络资源，实施多种生物化学虚拟网络实验教学。虚拟网络实验室建设带动生物化学案例式、专题化、渐进式、一体化、研究式、多样化等教学模式的应用。虚拟网络实验室建设促进生物化学教学模式的变革，为完善实验室的规范化建设，丰富实验教学手段，提高教学质量，更好的培养学生实践能力、创新精神和科研兴趣提供了思路。

虚拟实验； 生物化学； 教学模式改革

0 引 言

生物化学是一门研究生物体内化学组成和生命过程中化学变化规律的必修基础课[1-2]，也是医学院校的主干课之一。其发展较为迅速，医学中的许多前沿知识和实验技术与生物化学密切相关。生物化学又是一门实践性较强的学科[3]，要求学生理论联系实际，在实验中培养学生的观察能力、分析能力和动手能力。近年来，随着科学技术的发展和教育现代化的不断推进，尤其是计算机技术和网络技术[4]的进步，使得脱离传统“瓶瓶罐罐”的网络虚拟实验室成为了现实。

1 虚拟实验室建立的必要性

国内大多数高校在传统“重理论，轻实践”、“重应试，轻素质”的教学模式影响下[5-7]，加上实验教学过程中存在实验设备短缺，教学仪器不足，实验课时少，实验场所相对较小，实验层次偏低，操作安全性不强和污染隐患等问题，导致学生在实践环节中主体的定位偏差，学习兴趣不高，无法实现综合素质的培养。计算机技术和网络技术的发展，通过虚拟网络实验在一定程度上可以有效解决这些问题，网上虚拟实验室不仅可以培养学生的基本能力，更重要在于能够开设反映新技术新成果的综合性实验、设计性实验和探索性实验，可以成为理论教学的深度延伸和实验教学的有益补充，从而提高生物化学课程教学的质量和水平。

2 虚拟实验室的功能特点

网络虚拟实验室是以计算机和网络为基础的虚拟现实技术的应用研究，建立在一个虚拟仿真实验室环境，提供可操作的虚拟实验仪器，使学生在互联网上通过接近真实的人机交互界面完成实验[8-9]。虚拟实验的逼真性和数据运算能力是传统的计算机模拟实验无法相比的，注重的是实验操作交互性和实验结果仿真性。网络虚拟实验室的基本功能是帮助学生更好地掌握实验步骤和实验方法，加深学生对理论知识的理解与掌握，提高学生在真实实验操作中的动手能力[10]，促使学生在实验过程中积极思考，培养学生独立发现问题、分析问题和解决问题的能力。

3 虚拟网络实验室的建设与管理

虚拟网络实验室的建设需要注重硬件建设与软件建设两方面的内容。

(1) 资金投入。虚拟网络实验室是建立在计算机网络的基础之上，故运行良好覆盖面广的网络环境是必需的。医学院校要重视虚拟网络实验室的建设，需要投入资金进行校园网络建设，为虚拟网络实验室的使用提供平台。首都医科大学燕京医学院近几年投入300万元用于教学系统改扩建和远程教学系统升级，引进新的、性能更优的服务器和网络教学系统，在基地医院开设远程教学点进行网络视频教学，同时购置相应的学习终端、多媒体等辅助设备，开发相应的虚拟实验内容，丰富实验室的组成。

(2) 人员投入。虚拟网络实验教学无论教学地点和方式都不同于传统的实体教学，教学过程建立在网络平台之上，这就要求高校积极加强网络虚拟实验室的人员配备，燕京医学院在岗位设置上进行改革，在网络管理和实验教学上设立专岗专职，岗位为高级实验师和实验师各一名，保障网络虚拟实验室的正常运行。

(3) 规范使用。网络虚拟实验室作为课程教学的一个重要组成部分，学院从项目设置、教学目标、实验模块、实验内容、评价方法、使用对象、管理权限等方面建立网络虚拟实验室使用规范，并从网络发布执行，从而保证教学效果和质量。

4 虚拟网络实验引起的教学模式的变革

(1) 开展代表性实验，引入案例式教学模式。通过设立典型的代表性实验，将案例式教学[11]模式引入到实验教学中，我们在生物化学实验教学中收集糖尿病、脂肪肝等病例的临床症状与实验室检查数据，以临床血糖测定、甘油三酯测定、胆固醇测定的实验为基础，要求学生结合所学知识解释患者体征及实验室检查结果的关联性，分析代谢性疾病的临床表现、发病机理、疾病分型的转归和发展、预后以及代谢性疾病的诊断、治疗和预防，从生物化学的角度分析理解三大营养物质在体内的代谢、转化及调节过程。学生通过网络模拟观察自己的判断是否正确，把抽象枯燥的理论知识实体化，在对代表性实验分析、掌握的过程中主动获取知识，充分调动学生学习的主动性和积极性。

(2) 开展专题性实验，引入专题化教学模式。在教学实践中，我们以理论教学中的教学知识点为契机，开展糖代谢、脂代谢、氨基酸代谢、DNA、RNA相关内容实验，实施专题化教学[12]。我们把糖酵解、三羧酸循环、有氧氧化、糖异生、磷酸戊糖途径等相关内容，绘制思维导图，综合统一，集中开展糖代谢专题实验，在专题教学过程中加深学生对于糖的代谢过程中能量与物质转化的理解和贯通。

(3) 开展分级实验，引入渐进式教学模式。根据本专科学生的教学目标、要求不同，设定不同层次的实验内容。我们开展分级实验，第一级开展分离纯化实验，主要包括薄层层析法分离混合氨基酸、血清蛋白醋酸纤维素薄膜电泳、凝胶层析分离血红蛋白和维生素B2，及蛋白质含量测定实验，主要目标是要求学生掌握生物化学基本分析技术和实验方法，锻炼学生的动手能力。第二级开展综合性实验，比如碱性磷酸酶的提取纯化、米氏常数测定等，主要目标是锻炼学生的分析问题与解决问题的能力。第三级开展设计性实验，主要目标是实现学生自主选题，自行设计实验方案，通过教师批准开展。比如人血清γ-球蛋白的分离纯化与鉴定等设计性创新实验内容。通过分级教学，实现从基本实验、综合实验、创新实验渐进式的教学模式[13]，逐步深入的实施实验教学过程，培养学生的动手能力。

(4) 开展综合性实验，引入一体化教学模式。通过综合性实验，引入一体化教学模式，我们在实验教学中开展大黄酸精氨酸复合物制备及其抗肿瘤活性测定的综合性实验，实验中涵盖无机化学、有机化学、分析化学、生物化学、分子生物学、细胞生物学等学科知识，相关学科的知识呈现及实验模拟则通过虚拟网络实现，有效地拓展了课堂的时间和空间，提升了知识层次，改善了学生的知识结构。多方位，多角度培养学生分析问题，解决问题的能力。

(5) 开展探索性实验，引入研究式教学模式。在虚拟网络实验室中开设探索性实验，引入研究式教学模式。我们在生物化学实验教学中，结合燕京医学院开展的学生科研资助项目，2010～2013年开展了酶联免疫吸附测定法测定胰岛素，MTT法测定中药活性成分对阴道毛滴虫的杀灭作用，姜黄素与牛血清白蛋白结合的反应机制研究等科研项目，通过自主选题，实验设计，实验操作，仪器使用，实验结果分析等环节的实施，提高教学质量的同时不仅减轻了实验室压力，节约了实验经费，而且能让学生身临其境地体会探索性实验的整个过程，提高了学生的实验动手能力、协作能力和科研思维能力，大大提高学生学习主动性，加强学生发散性思维能力和创新能力的培养。

(6) 开展第二课堂，引入多样化教学模式。第二课堂教学[14]作为第一课堂教学的有益补充，目的是弥补第一课堂教学时空、形式等方面的不足，使教学形式灵活多样，生物化学是一门实践性很强的专业课，通过学校资助基金开展第二课堂活动，2013年开展肝组织DNA的酶切鉴定及凝胶成像图谱分析项目，利用核酸定量方法及电泳凝胶成像技术对纯化后的DNA进行定量、酶切鉴定，在虚拟网络实验室中扩大第二课堂活动范围，增加了仪器的使用率，方便学生掌握基本技能、熟悉生物化学与分子生物学大型精密仪器的应用、了解前沿实验动态，拓宽学生视野，提高学生科研思维能力。

5 虚拟网络实验室的应用实效

(1) 促进了教学观念的转变。通过虚拟网络实验室的设立与应用，改变以往教师为主体的灌输教学观念，通过学生的主体地位，改变生物化学课程内容枯燥乏味、学生学习热情不高的现状，激发学生的学习兴趣与学习热情，同时克服专业理论内容陈旧、与时代科技发展不同步的不足，促进实验内容与实验大纲的修改，提高实验效率，达到培养创新性人才的根本目的。

(2) 解决了时间、空间、经费不足的矛盾。虚拟网络实验室建立在校园网平台上，学生可以在自习室、实验室、图书馆、宿舍等场地进入“虚拟实验室”，不受时间、空间的限制，极大地提高了学习的方便性，扩展了学生的学习空间。同时将大型仪器的操作、培训、使用，以及复杂实验的设计与实施通过网络实验室实现，大大节约了成本，最大限度实现了教育的公平。

(3) 促进了理论与实践的结合。生物化学课程的发展与实验技术的发展是相互结合的，通过虚拟网络实验的人机互动、虚实互动，透过虚拟的实验环境，感受实验氛围，掌握实验技术，弥补学生理性认知能力不足，从而提高学生对理论部分的接受和理解程度，改善理论知识的教学效果；反过来，理论知识的掌握又推动了学生实验操作能力的提高和综合素质的加强。

(4) 发挥了学生的主观能动性。虚拟网络实验室符合青年学生的认知特点和认知心理[15]，以学生为主体，激发学生的求知欲和学习热情。学生的动手能力和创新能力在虚拟网络实验室中获得体现和发展，带给学生学习过程中的成就感，满足感，特别是现在要求参与学生科研与第二课堂的学生热情高涨，极大地提高学生的参与意识、动手能力、创新能力的培养。

(5) 集共享性与开放性于一体。我们在虚拟实验室的基础上，开展了三年制临床医学专业生物化学精品课程建设，以及生物化学网络课程建设，利用网络的开放性和共享性保证了虚拟网络实验室的开放性和共享性。学生可以通过授权进入到网络实验室参与相同或不同的实验科目进行实际操作，撰写实验报告，提出教学反馈，从而实现实验教学和管理的统一。另外不同专业课程、不同院系、不同学校也可以通过网络系统进行资源共享，实现教学交流与合作。

(6) 提高了教师的业务水平，起到教学相长的作用。虚拟网络实验室的建设需要实验教师既要懂得实验课程的相关专业知识，又要熟悉网络虚拟实验室的技术原理，同时对于计算机水平以及网络沟通能力必须加强，这对教师的业务水平和自身素质提出新的要求。通过生物化学虚拟实验室建设，教师在活动中积极查阅文献、技术培训、申请项目、实验总结。近三年，共获得市自然基金1项，院自然基金4项，校长基金5项，学生科研项目2项，第二课堂项目4项，这些都促进教师的业务能力和科研水平的不断进步。

6 结 语

虚拟实验室的建设是一个逐步发展不断完善的过程，在今后的工作中，我们要及时的总结经验，提高水平，精选相关的实验项目，提高实验水平，及时更新、扩充相关实验内容，加强交流与合作，努力推动生物化学的课程建设和教学改革。

网络虚拟实验室建设已经纳入首都医科大学生物化学精品课程建设体系，并在实践应用中取得良好的反馈结果，教学应用证明，生物化学网络虚拟实验室具有实用性强和操作容易上手、教学方法新颖、教学效果明显的优势，可在国内同类医学院校中加以推广和应用，进而推动生物化学课程教学模式的探索和改革的不断深入。

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Exploration on Biochemistry Teaching Mode Reform Promoted by Virtual Network Laboratory Technique

ZHANGLi-juan，GUTong-nan

(Yanjing Medical College, Capital Medical University, Beijing 101300, China)

To promote the reform of biochemistry teaching mode by using the virtual network laboratory based on the biochemical experiment teaching, the virtual network laboratory was constructed by the network and computer technology. The biochemistry teaching mode was promoted diversity. The virtual network laboratory could improve the standards of the laboratory, enrich the experimental teaching means, improve the teaching quality, cultivate the students’ practical ability, and scientific research interest.

virtual network laboratory; biochemistry; teaching mode reform

2014-06-04

首都医科大学校长基金(13JYⅣY51)

张丽娟(1970-)，女，湖北公安人，硕士，副教授，主要从事生物化学与分子生物学教学研究。

Tel.:13552877837;E-mail：zhanglijuan@ccmu.edu.cn

G 642

A

1006-7167(2015)05-0192-03