利用网络虚拟实验技术提升中医药类院校学生科研能力

刘博　刘叶舟　成绍武

摘 要：信息技术的快速发展对发达国家大学生物实验教育的方式产生了重大的影响。发达国家大学利用多媒体、仿真及网络等技术运用在计算机硬件操作环境上， 建立网络虚拟实验室。此类实验起到辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节。实验者在模拟真实的操作环境中完成各种实验项目，所取得的实验效果等同于或优于在真实环境中所获得的效果，这已成为现代实验教育技术发展的必然趋势[1]。

关键词：信息技术 科研能力 虚拟实验

一、概述

大学实验是培养学生实验能力、科研素养和科研方法的基础课程，是大学本科生接受系统实验方法和实验技能训练的开始阶段。随着网络 3D 技术、虚拟现实实验平台技术的发展，发达国家大学构建开放式网络虚拟实验教学系统，把教学实验室的数字化和虚拟化，为学生建立了虚拟实验平台和开放实验室管理系统。学生在此平台上可动手设置、连接、调节和使用虚拟实验仪器设备。与真实实验类似，师生可利用虚拟器材库中的器材自由设计、搭建合理的经典实验[2]。

二、虚拟现实实验介绍

1.低年级虚拟教学模式

美国伊利诺伊大生物学专业从 2001 年就开始使用远程网络实验（iLabs） 教育系统。学生接触到先进的生物学技术。具体虚拟实验包括疾病的诊断、DNA 指纹图谱实验、DNA限制性内切酶酶，学生通过上机操作、数据输入和分析获得实验结果[3-4]

2.高年级虚拟实验模拟真实工厂实验操作间

在美国俄勒冈大学高年级生物学专业的学生的实验模式是围绕模拟复杂的生物反应过程而展开[5]。通过计算机建模。除了增加提供的重要背景信息过程，此前要召开讨论会，指导教师举行讨论会有两个目的： ①确保学生准备实验完善。②提高学生在讨论会上表达能力。教师也会根据学生在不同实验阶段的的表现打分。学生在模拟实验后，要做15 min的口头报告。最后，学生要汇总书写一个完整的报告包括实验结果和备忘录。

3.高级虚拟实验的四个优点

（1）经济：虚拟实验材料可反复使用，比真实实验要节约成本。

（2）安全：一个在模拟工厂作业的实验中，学生不使用危险的化学试剂，实验也不产生任何有毒的化学废物。

（3）真实性：时间和预算成本都需要学生提前做好计划，这种预算计划更接近模拟真实工厂化作业。

（4）灵活性：充分发挥高级实验室的功能，这些模式可被用于其他課程。

4.高级虚拟实验相比普通虚拟实验的三个特点

①为学生提供整合知识和技能的平台。②为学生做真实实验打基础，即要求学生完成一些应用性的科研项目，为学生提供参与真实实验的机会，让学生把所学知识和技能用于解决实际问题。③锻炼学生的科研能力，为学生进入更高层次研究领域的学习或职业领域的工作做准备。

三、总结

1.网络虚拟实验室的积极作用体现在：

（1）打破实验地理空间的限制。充分利用网络， 降低理工科学生在实验中对真实实验设备的依赖性， 学生在有网络的地方都可以做实验， 自由安排自己的实验时间， 促进了建立良好的自主学习环境和自主的学习习惯。

（2） 打破实验教学时间的限制 。充分利用网络， 可降低对真实实验学时数的制约， 学生可以在任何时候， 通过课堂外时间的弥补， 有效地提高了实验的效果。尤其是学生的任何一个思想火花或者突发的思考， 都可以及时验证， 为学生的创新思维提供了保障。

（3）随着城市空间资源的进一步紧张， 许多高校都存在多校区、跨校区的问题。网络虚拟实验可以全天候在网上开放， 学生做实验不受时间、场地的限制， 使实验内容更灵活、设计更多元化，自我发挥的空间更大。

2.信息技术、网络技术革新了实验教学手段

21 世纪是网络的时代， 是信息技术高速发展的时代， 只有充分利用和使用各种新技术， 才能使教学适应时代发展的需要。采用信息技术、网络技术和现代化的实验教学手段相结合是未来高等教育实验教学改革研究的主要方向] 。这种网络虚拟实验教学， 是对实验教学方法、实验内容的改革 ， 在重视学生基本技能训练的同时， 培养学生的自主设计能力和创新能力， 而且， 一定程度上改变学生网络利用上的一些错误倾向， 起到良好的引导作用， 使信息技术和教学手段得到了无缝链接。

参考文献

[1]刘志广，杨二霞，刘素花.基于外部数据传递构建综合化学实验网络虚拟实验室[J].计算机与应用化学，2008，20（1）：115-119.

[2]孙铭娟，王梁华，黄才国，等.分子生物学虚拟实验教学软件的设计与应用探索[J].中国医学教育技术，2011，25（3）：284.[3]刘新钰，任雪浩，郭亚军，等.基于条码技术的档案条码管理系统设计与研究[J].档案管理，2008（2）：53-54.

[3]胡清让.条码技术在档案管理中的应用研究[J].开封大学学报，2007，21（2）：86-87.

[4]劳力.高校人事档案管理引入条形码技术初探[J].北京科技大学学报：社会科学版，2008，24（2）：26-28.

[5]克里斯汀·凯利，伊迪丝·格默，米路科·列茨基.使用虚拟实验室教实验设计———发展、实施和评估虚拟生物实验室[J].美国工程教育学会.

作者简介

刘博，男，汉，湖南长沙，讲师，博士，湖南中医药大学药学院。

通讯作者

成绍武，男，汉，湖南长沙，特聘教授，博士，湖南中医药大学中西医结合学院。