3D虚拟技术在生物化学实验教学中的应用探讨,化学教学论文.docx

《3D虚拟技术在生物化学实验教学中的应用探讨,化学教学论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3D虚拟技术在生物化学实验教学中的应用探讨,化学教学论文.docx（7页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、3D虚拟技术在生物化学实验教学中的应用探讨,化学教学论文 本篇论文目录导航：【化学实验教学论文【】【化学实验教学论文【】【化学实验教学论文【】【化学实验教学论文【】【化学实验教学论文【】 3D虚拟技术在生物化学实验教学中的应用讨论 【】论文题目：3D虚拟技术在生物化学实验教学中的应用讨论 内容摘要：生物化学实验教学是基础医学学生科研素质培训的基础。随着生物化学和分子生物学技术的迅猛发展, 实验设备和耗材的成本也大幅提高。当前, 我们国家高校医学本科生生物化学实验教学普遍存在内容更新慢、资源相对短缺等问题。为了提高生物化学实验课的教学质量, 自行设计和制作了可在线使用的生物化学虚拟实验的教学软件

2、。学生可通过远程操作, 自学并虚拟实践复杂的生物化学实验经过。此虚拟实验教学软件可帮助本科学生开拓视野, 是传统生物化学线下实验教学的有利补充。 本文关键词语：生物化学; 教学方式方法; 实验教学; 教学软件; 生物化学实验是综合类高校以及医学院校的多个专业学生必修的一门专业基础课程。生物化学实验课一方面是生物化学理论课的实践部分, 可帮助学生对生物化学的基本概念和经过进行理解;另一方面也具有相对独立的理论体系和操作流程, 是培养医学生科研素质的基础课程1。因而, 生物化学实验课的课程设计以及学习效果对医学生的科研素质的培养至关重要。 1 生物化学实验教学当前存在的问题 尽管生物化学实验课在整

3、个医学生的教学体系中占有举足轻重的地位, 但是, 当前我们国家很多高校本科生的生物化学实验的教学实践却普遍面临着多重因素的严峻挑战2。这种挑战主要具体表现出在:生物化学实验课内容的更新速度赶不上生物技术的迅猛发展, 存在着相对的滞后性。这种滞后性的存在是由于我们国家的医学生的培养规模宏大, 而如今的生物化学的设备、试剂普遍非常昂贵, 教学场地和经费的限制导致了很多已经在研究性实验室中普遍应用的技术无法引入本科生的实验教学中3。随着实验设备的精致细密程度以及先进性的增加, 反而会降低学生亲身动手操作的时机, 所以很多本科生课程为了增加学生动手能力, 宁愿选择传统的实验方式方法, 导致本科阶段的学

4、习与实际研究脱节3,4。由于很多生物化学实验耗时较长, 且操作时间不连续, 课时数的限制也影响了综合性整合式生物化学实验内容的广泛使用3,4。 2 生物化学实验教学中3D虚拟技术的详细应用 为了适应当代化的生物化学实验教学的需求, 解决当前教学中存在的这些矛盾, 我们教学小组尝试利用虚拟现实技术整合网络资源, 开发设计以3D虚拟技术的生物化学实验教学软件, 以作为本科生生物化学线下实验的有利补充。下面, 笔者以OB/OB肥胖型小鼠与正常小鼠的肝蛋白组双向荧光差异表示出谱分析实验为例, 介绍在线实验教学软件的设计、制作以及初步应用的基本情况。 2.1 实验内容选择的原则 由于虚拟实验不需要考虑实

5、验的技术和设备的成本, 因而我们实验设计的原则为:选择实验室科学研究中正在使用的最先进的技术, 能够使学生能够得到比拟真实的科研训练。例如, OB/OB肥胖型小鼠与正常小鼠的肝蛋白组双向荧光差异表示出谱分析就是学习的当前蛋白组学的荧光二向电泳技术。利用Alpha LISA技术检测人血清肿瘤标志物甲胎蛋白 (AFP) 的含量就是当前PE公司最先进的Alpha LISA技术。这些技术固然已经在研究工作中得到了应用, 但是成本消耗损费宏大, 很多高校没有在本科生中进行这些实验的必需设备和充足的教学经费。因而, 我们希望充分利用虚拟技术的优势, 将这类实验引入在线的虚拟实验中, 以开拓学生的视野。选择

6、整合型、开发型的综合实验。仍以OB/OB肥胖型小鼠与正常小鼠的脑蛋白组双向荧光差异表示出谱分析为例, 本实验共包括了样本制备、蛋白浓度测定、SDS-PAGE电泳、等电聚焦电泳以及荧光扫描和银染染色五大部分。固然每个部分都是一个相对独立的实验技术, 但我们将其进行整合作为一个综合实验, 有着明确的实验目的, 能够培养学生以问题为导向的科研思路。 2.2 软件的框架设计 本教学软件分为两大部门:第一部分为完好的文字实验方案部分, 包含实验目的、实验原理以及实验步骤等, 学生能够通过文字部分的自学, 把握整个实验的目的和方案;第二部分是实验的操作界面。本部分采取分模块、分步骤的形式, 这样学生既能够

7、从头开场整个综合性的实验操作, 可以以选择进行单项实验的操作。例如, 蛋白浓度测定、SDS-PAGE电泳等版块就是将传统教学资料中的单一实验进行了融合, 学生可以以利用这些版块对实验课的内容进行温习和熟悉。 2.3 软件界面和操作的设计原则 软件采用第一人称视角仿真设计。软件出现的设备、试剂等全部参照实验室原物仿真设计, 保证了学生较好的体验感。尤其值得一提的是, 所有设备的操作界面都是接触式设置。例如等电聚焦电泳仪的电压和电泳时间的设置, 全部采用和仪器一样的接触式按钮设置的方式, 能够帮助学生真实模拟大型精致细密仪器的使用方式方法。实验的操作版本有含操作提示和不含操作提示两种方式, 以适应

8、不同程度学生的使用需求。假如研究生和高年级学生在使用此软件时, 建议他们使用不含操作提示的形式, 这样所有的仪器设备、移液器、试剂均需自行根据标准的 实验步骤 来选择和进行, 难度较大, 但是学生的自主性更强。对于没有实验室经历体验的低年级学生, 则能够打开操作提示, 在操作提示的帮助下完成整个实验。 2.4 探寻求索性的原则在整个软件中的具体表现出 在软件设计中我们设计了一些计算和操作的 问题 环节, 启发学生的主动性和兴趣。比方, 在荧光标记蛋白样品时, 我们只在实验步骤中指出 需要标记100 g 的蛋白样品, 但是详细需要的样品体积则需要学生根据前一部分蛋白定量的实验结果计算出的蛋白样品

9、的浓度, 然后进行换算才能得出。假如学生参加的体积不对, 则会提示学生重新计算。另外, 设备的设置也是如此, 参数设置的错误后, 系统会显示整个实验失败。这些环节的引入发挥了操作者的主动性, 避免了传统教学中有些学生只当操作工、不动脑筋的缺点。 2.5 在线远程操作的形式 软件采用网页的形式, 学生能够在受权登录后, 在任意地点直接联网进行操作, 非常方便, 实现远程操作。由于虚拟实验没有耗材成本, 我们拟在本软件开发成熟后, 将此软件无偿地对中西部实验硬件条件较差的医学院校的学生开放, 给他们提供远程学习先进生物化学实验技术的时机, 促进我们国家整体的生物化学实验教学质量。 2.6 软件的初

10、步应用情况 该软件在第一版推出后, 我们首先在少量研究生中进行了试用。研究生对这类教学软件的反应较好, 以为虚拟实验形式较新颖, 是一个自学新技术和新实验的非常好的平台。但是, 也有学生反应用电脑操作一个复杂实验, 时间较长, 建议分成小实验来进行。根据这些意见和建议, 我们将复杂的综合实验进行了板块化分割, 学生可自行选择综合实验形式还是小实验形式。当前我们正在临床5年制的学生中进行初步的实践, 其反应情况将在开放一学期后进行收集统计。 综上所述, 借助信息科学的迅猛发展, 我们自行设计并制作了虚拟生物化学实验教学软件, 以期能够开拓医学生的科研视野, 提高医学生的科研素质。该教学改革项目当

11、前获得了一定的效果。十分要强调的是, 虚拟实验并不是也不可能取代线下的实验教学。虚拟实验通过发挥其远程、无耗材成本、互动性和自主性强等特点, 能够成为生物化学实验线下教学的有利补充, 促进生物化学实验教学更好地发展。 以下为参考文献 1ADAMS DJ.Current trends in laboratory class teaching in university bioscience programmesJ.Biosci Educ E, 2018, 13 (1) :1-14. 2秦建, 李苹, 杨一平, 等.生物化学实验教学改革的尝试J.实验科学与技术, 2007, (2) :60-62. 3林春兰, 吴志慧, 严玉霞.生物化学实验教学改革的发展趋势以及存在的问题J.医学教育探寻求索, 2018, (9) :256-257. 4杨红, 林德馨.生物化学实验教学现在状况的调查和浅析J.山西医科大学学报 (基础医学教育版) , 2018, 12 (6) :608-611. 点击查看更多：