分子生物学虚实结合实验教学模式探索与研究

吴毕莎

（莆田学院环境与生物工程学院，福建莆田 351100）

分子生物学(molecular biology)是在通过研究分子水平研究生物大分子结构以及功能来阐明各种生命现象本质的一门学科，其实验不但可以让学生对理论知识有更深刻的理解，还能让学生切身感受知识的应用和掌握各种实验技能，故而实验教学质量的好坏直接影响该课程的教学效果[1]，为科研单位及后续的研究生培养提供创新人才的基础。但分子生物学为微观领域学科，其实验过程及结果大部分都是比较抽象的，学生不易理解。因此，在该课程中引入现代教育技术创设实验教学虚拟环境，借助3D动画及虚拟仿真实验，生动形象地再现该课程的实验原理及实验过程，做到实体实验和虚拟实验相互结合，相互补充，分别利用传统实验和虚拟仿真实验的优势，便于学生内化课程知识和实验操作技能的培养，同时丰富教学内容，提高教学效率，强化教学效果，弥补传统实验的不足，减少实验室废弃物排放对环境的污染和节省学校的实验经费[2-3]。

1 传统实验教学的不足

1.1 空间上的制约

传统分子生物学实验教学是在实验室里完成的，教师将实验内容的相关知识讲授后学生开始实验操作并记录实验现象和结果，最后撰写实验报告。然而大部分学生写出来的实验报告都大同小异，只是机械地抄写实验原理、实验试剂及仪器以及实验步骤等，由于分子实验较为抽象，甚至实验现象不明显，学生无法对实验过程的现象和实验结果进行详细的描述，不会将实验过程所产生的现象与所学的理论知识进行联系与分析。其中原因之一是学生在实验结束之后，无法清晰地记住实验现象和结果甚至会遗漏，由于实验室是针对全院甚至全校开放，课程安排紧凑，开课率高，学生想要申请再次实验的话有可能会跟实验室所安排的课程有冲突，而在实验室之外学生又无法再次复习实验过程[4]。

1.2 时间上的制约

在本科的教学大纲中，分子生物学实验包含有目的基因的克隆，PCR产物的凝胶电泳，回收DNA片段，质粒的构建与转化等实验。该课程具有实验前期耗时较长以及实验过程的等待时间过长等特点。若学生在实验课堂上因为操作不当造成实验失败，想要再次重复实验操作的可能性不大；其次，完整的分子生物学实验教学具有等待时间远远大于操作时间的特点，实验时间不紧凑，学生无法完全理解该实验的完整流程，甚至不理解所开展的实验目的为何，只是机械地跟着实验步骤做，教学效果收效甚微[5]。

1.3 实验课程局限性

分子生物学实验对实验环境条件要求高，部分实验还需要大型贵重仪器，往往这些大型仪器的数量不多，无法为整个专业的学生提供实验教学，实验教学困难重重[6]。因此，教师在安排实验课程时还要结合本校现有的实验条件，将要求高、不易执行的实验排除。同时，分子生物学实验中，所使用的试制有些为有毒高危物质，在实验操作过程中，风险较大。教师在安排课程内容时除了考虑实验条件之外，还要将涉及高危、高消耗的实验删除[7]。实验课程的种种局限性将导致学生无法全面掌握该课程的实验操作和实验技能，影响了学生实践能力的培养。

2 虚实结合实验教学模式

分子生物学“虚实结合”实验教学模式是利用现代信息技术，将该实验课程的虚拟实验与传统实验教学相结合的一种教学模式。该模式以传统实验为基础，在网络上向学生提供在线虚拟实验，学生可以随时随地进行学习，学习的自由性较大，不受传统实验教学中“时、空”的制约[8]。另外，分子生物学实验对操作者的实验技能要求较高，实验过程中的环境条件以及操作极大地影响到实验结果，该实验教学的开展不能完全依靠虚拟仿真实验，否则学生的实验操作技能将无法得到真正的锻炼[9]。因此，应该根据分子生物学实验的特点，在实验教学中不但要增加虚拟仿真实验，更应强调虚实结合，保证传统实验的课时，课上严格要求学生的实验操作能力[10-11]。虚实结合的实验教学模式不但能避免虚拟仿真实验所导致的动手能力不足；又能向学生展现微观世界的实验过程，促进对实验原理的理解，既夯实基础知识，又增强了实验技能的培养。

3 虚实实验结合的创新

随着信息技术的不断发展，虚拟实验不再只是简单地局限于网络平台上的操作，还可发展3D立体眼镜、数据手套、位置跟踪器和头盔显示器等模拟现实的硬件产品，为学生提供了更加真实、更加具有操作感的实验体验和服务，提高了学生的学习热情和实践操作能力[12]。

4 结语

分子生物学实验是生物专业本科学生的主干课程之一，引进“虚实结合”的实验教学模式，不但能加强学生对微观实验原理以及相关理论知识的理解，更深刻地理解实验过程，同时又兼顾实验能力的培养，可以及时地引入教师的科研成果以及前沿的实验技术，让学生及时掌握新技能，达到教学促进科研，科研反哺教学的目的。