利用虚拟实验室提高医学分子生物学实验教学质量研究

摘 要 实验教学是培养学生科学素养和实验技能的重要方式，但传统实验教学存在诸多限制。虚拟实验室通过其直观、互动的教学体验，有效提升了学生的理解能力和实验技能，同时培养了学生的创新能力。然而，其引入也带来了教学方法的转变、学生适应性及评估难度等方面的问题。为此，文章提出了创新教学模式、渐进式引导学习及多维度评估等策略，以更有效地整合虚拟实验室资源，进而提升实验教学质量，更好地培养学生的实验能力和科学素养。

关键词 虚拟实验室；医学分子生物学；实验教学

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.26.018

Research on Utilizing Virtual Laboratories to Improve the Quality of

Medical Molecular Biology Experimental Teaching

CUI Jiajun， PENG Xinyi

（Yichun University， Yichun， Jiangxi 336000）

Abstract Experimental teaching is an important part of cultivating students' scientific literacy and experimental skills， but traditional experimental teaching has many limitations. The virtual laboratory effectively enhances students' comprehension and experimental skills through its intuitive and interactive teaching experience， while cultivating their innovation ability. However， its introduction has also brought about changes in teaching methods， student adaptability， and difficulty in assessment. To this end， the article proposes innovative teaching models， progressive guided learning， and multidimensional evaluation strategies to more effectively integrate virtual laboratory resources， thereby improving the quality of experimental teaching and better cultivating students' experimental abilities and scientific literacy.

Keywords virtual laboratory; medical molecular biology; experimental teaching

医学分子生物学实验教学是培养学生科学素养和实验技能的重要环节。通过实验，学生能够更直观地理解分子生物学的理论知识和实验技术，进而提高其独立思考和解决问题的能力。然而，传统的实验教学往往受限于实验设备、实验材料以及实验时间等诸多因素，难以满足日益增长的教学需求。因此，如何提高医学分子生物学实验教学质量，成了教育领域亟待解决的问题。

1 虚拟实验室对提高实验教学质量的积极作用

1.1 提升学生理解能力

虚拟实验室通过高度仿真的图形界面和交互式操作，为学生提供了一个直观的学习环境。在这种环境下，学生可以直接观察到分子结构、生物化学反应等微观世界的现象，从而更深入地理解医学分子生物学的相关知识。例如，通过虚拟实验室模拟DNA复制过程，学生可以清晰地看到DNA双螺旋的解开、引物的结合、DNA聚合酶的作用等步骤，这种直观的学习方式无疑能加深学生对知识的理解[1]。

1.2 技能培养与创新能力提升

虚拟实验室不仅提供了丰富的实验操作场景，还允许学生在安全的环境中进行自由探索和实践。这种自由度极高的学习方式，有助于培养学生的实验技能和创新能力。学生可以在虚拟环境中反复练习实验操作，直至熟练掌握；同时，他们还可以尝试不同的实验方案，观察并记录结果，从而培养其创新思维和解决问题的能力。

1.3 虚拟实验室的优势

相较于传统实验教学，虚拟实验室具有多方面的优势。首先，虚拟实验室打破了时间和空间的限制，学生可以随时随地进行学习，大大提高了学习的灵活性和效率。其次，虚拟实验室降低了实验成本和安全风险，使得更多学生有机会亲身参与实验操作。最后，虚拟实验室提供了更为丰富的实验场景和案例，有助于学生全面了解实验内容，拓宽知识视野。然而，值得注意的是，虚拟实验室并不能完全替代传统实验教学，二者应相互补充，共同促进实验教学质量的提升。例如，一些基础实验操作和实验仪器的使用仍需通过传统实验教学进行实践，而虚拟实验室则可以为学生提供更多创新和探索的机会。

2 在医学分子生物学实验教学中利用虚拟实验室面临的挑战

2.1 教学方法转变的挑战

实验教学在医学分子生物学领域中占据着举足轻重的地位。传统模式下，教师依赖实地演示，学生则通过亲手操作来掌握实验技能。然而，随着虚拟实验室技术的崛起，这一传统的教学模式正面临着深刻的变革。

虚拟实验室所带来的教学转变，远非简单的技术替换，而是一场涉及教育理念、教学方法乃至师生互动模式的全面革新。教师从传统的“传授者”转变为“引导者”，而学生则从被动的“接受者”变为主动的“探索者”。这一角色的转变，对于习惯了传统教学模式的师生而言，无疑是一次巨大的挑战[2]。

更为关键的是，虚拟实验室的功能和特点决定了其教学方法必须更加灵活和多样。例如，教师可以通过设定复杂的实验场景，让学生在虚拟环境中进行探索式学习，这既培养了学生的自主学习能力，也对教师的教学设计提出了更高的要求。教师不仅需要熟悉和掌握虚拟实验室的各项功能，还要将这些功能与教学内容紧密结合，创造出富有吸引力和挑战性的教学环境。

2.2 学生适应性问题

随着技术的不断进步，虚拟实验室在实验教学中的应用日益广泛。然而，对于长期接受传统实验教学的学生来说，突然从实体实验室转向虚拟环境，无疑是对其适应性的挑战。

首先，虚拟实验室虽然能够模拟真实的实验环境，但毕竟与实际操作有所不同。一些学生可能会因为缺乏真实的触感、气味等感官体验而感到不适应。他们可能会觉得虚拟环境中的实验操作过于机械化，缺乏真实实验中的灵活性和不可预测性。其次，新技术的引入往往伴随着学习曲线的上升。对于不熟悉虚拟实验室操作的6/2VPFnS0P2UJn46k3UAFk9Re69EAdvW9o75GiuNj0o=学生来说，他们需要花费额外的时间和精力去熟悉和掌握新的操作方式。这不仅可能增加学生的学习负担，还可能导致一些学生在初期产生挫败感和抵触情绪。最后，虚拟实验室中的互动方式也与传统实验有所不同。在虚拟环境中，学生需要通过特定的界面和工具进行交互，这可能与他们习惯了的实体操作方式存在较大差异。因此，如何帮助学生顺利过渡并适应这种新的学习方式，是当前面临的一个重要挑战。

2.3 评估难度增加

实验教学评估一直是教育领域的重要环节，它不仅关乎学生的学习成果，还是教师教学效果的重要反馈。然而，随着虚拟实验室在实验教学中的广泛应用，传统的评估方式正面临着前所未有的挑战。

在虚拟实验室环境中，学生的实验操作、数据记录和分析过程都以数字化的形式呈现，这使得传统的观察评估方式难以直接应用。例如，教师无法像在传统实验室中那样直观观察学生的操作步骤和实验习惯，从而难以对学生的实验技能进行全面准确的评估。虚拟实验室中的实验数据和结果也以数字7THjyrlZpefvLxxKz1sB+yLM40WZEKGEeZVUDbIQ/xw=化的形式存储和呈现，这使得评估过程中可能存在数据篡改或伪造的风险。如何确保评估的公正性和准确性，防止学生利用技术手段作弊，也是当前评估工作面临的一大难题[3]。

因此，随着虚拟实验室在实验教学中的普及，教师需要不断探索和创新评估方式和方法，以适应新的教学环境并确保评估的准确性和公正性。这不仅需要教师具备更高的专业素养和评估能力，还需要教育机构和技术提供商的共同努力和支持。

3 解决方案

3.1 创新教学模式与技术培训

随着科技的进步，传统实验教学模式正面临前所未有的挑战与机遇。为了应对这些变革并引领教育的新潮流，教师必须积极接纳并掌握新技术，将传统实验教学与虚拟实验教学有机融合，从而创新教学模式。

首先，教师需要全面而深入地理解虚拟实验室的教学理念和技术细节。这不仅仅是对新技术的简单应用，还是一场教育理念的革新。为此，教育机构或技术供应商应提供专业的培训课程，内容涵盖虚拟实验室的基本原理、操作技巧、教学设计等多个方面。通过这些专业培训，教师可以更加熟练地运用虚拟实验室，将其优势最大化，从而提升实验教学的质量和效果。其次，跨学科合作是创新教学模式的关键一环。虚拟技术的引入为实验教学提供了更多的可能性和创新空间。教师可以与计算机科学、教育技术等相关领域的专家进行深度合作，共同探索如何将虚拟技术更有效地融入实验教学。这种跨学科的合作不仅可以拓宽教师的教学视野，还可以为学生提供更为丰富和多样的学习体验。

为了进一步提升教师的教学水平和创新能力，应定期举办教学研讨会和工作坊。这些活动可以为教师提供一个交流和学习的平台，促进教师间的知识共享和经验交流。通过分享成功案例、探讨教学难题，教师可以不断完善自己的教学方法和策略，从而提升实验教学的效果。同时，这些活动还可以激发教师的创新思维，推动实验教学向更高层次、更广领域发展。

3.2 渐进式引导与互动式学习

针对学生的适应性问题，渐进式的教学方法是一种十分有效的策略。这一方法的核心理念在于逐步引导学生，从简单到复杂，从已知到未知，以便学生能够平稳过渡到新的学习环境。

在课程设计的初始阶段，教师应精心挑选一系列基础而简单的虚拟实验，让学生初步接触并体验虚拟实验环境。这些实验不仅应涵盖基本的实验原理和操作技能，还应注重培养学生的兴趣和好奇心。通过这一阶段的学习，学生可以熟悉虚拟实验室的基本操作和界面，为后续开展更复杂的实验打下坚实的基础。随着课程的深入，教师应逐渐增加实验的复杂性和难度。这不仅可以挑战学生的思维能力，还能促使他们不断适应并掌握更高级的实验技能。在这一过程中，教师可以通过设置不同难度级别的实验任务来引导学生逐步提升自己的实验能力。同时，利用虚拟实验室所特有的交互性，教师可以设计出富有创意的互动式学习任务。这些任务可以是模拟真实场景的实验操作，也可以是解决特定问题的探究活动，旨在激发学生的学习兴趣和探究欲望[4]。例如，教师可以设定一个与现实生活紧密相关的实验主题，让学生通过虚拟实验室进行自主探究，并鼓励他们提出自己的见解和解决方案。

为了进一步营造良好的学习氛围，教师还可以设立线上讨论区和线下小组研讨会。线上讨论区可以为学生提供一个随时交流和分享的平台，让他们能够及时解决在虚拟实验中遇到的问题，同时也能分享自己的实验心得和体验。而线下小组研讨会则可以促进学生之间的面对面交流与合作，加深他们对虚拟实验的理解和掌握。通过这些互动式学习活动，学生可以更快地适应新的学习方式，同时也能培养他们的团队协作能力和创新思维。

3.3 多维度评估与数据驱动反馈

针对虚拟实验教学评估难的问题，构建一个多维度、全面而细致的评估体系显得尤为重要。这一体系不仅应涵盖传统的实验操作考核，还应注重对学生在虚拟实验环境中展现的决策、问题解决及创新思维能力的考量。

首先，传统的实验操作考核仍然是评估学生实验技能的重要手段。然而，在虚拟实验环境中，这一考核可以更加精细和客观。通过设定明确的操作标准和评分准则，教师可以准确评估学生在实验操作中的熟练度、准确性和规范性。其次，为了更全面地评价学生的实验能力，教师需要关注学生在虚拟实验中的决策过程和问题解决能力。例如，可以设计包含多个决策点的复杂实验任务，观察并评估学生在面对不同情境时的决策合理性和问题解决策略。这样的评估方式有助于发现学生的潜在能力和创新思维，而非仅仅局限于现有的知识和技能。此外，利用虚拟实验室的数据记录和分析功能，教师可以实时获取学生在实验过程中的详细数据。这些数据不仅包括学生的操作记录、实验进度和成绩等基本信息，还能反映学生在实验中的行为模式和思维过程[5]。通过对这些数据的深入分析，教师可以更准确地了解每个学生的实验表现和进步情况，从而为他们提供更具针对性的反馈和指导。

为了确保评估的准确性和公正性，教师还应定期与学生进行沟通，了解他们在虚拟实验中的真实体验和困惑。这种双向的交流不仅可以帮助教师及时调整教学策略和评估标准，以更好地满足学生的学习需求，还能增强学生的参与感和归属感，提高他们的学习积极性和自信心。

4 结语

虚拟实验室技术的引入为医学分子生物学实验教学带来了新的机遇和挑战。通过创新教学模式、关注学生适应性问题，以及构建多维度评估体系，可以有效地提升实验教学的质量，培养学生的科学素养和实验技能。未来，随着技术的不断进步和教育理念的革新，虚拟实验室将在实验教学中扮演更加重要的角色，为推动医学分子生物学教育的发展作出更大贡献。

参考文献

[1] 吕霞，陈雪岚.NOBOOK虚拟实验室辅助高中生物学实验教学的研究[J].中学生物教学，2022（26）：63-65.

[2] 张清.高校虚拟实验室在临床诊断学信息化教学中的应用研究[J].江苏科技信息，2021，38（33）：58-60.

[3] 梁红梅.基于“血液学检验”的虚拟仿真实验室建设方案[J].科技风，2023（25）：17-19.

[4] 孙爱琴.虚拟实验系统对提升医学实验教学质量的探讨[J].数据，2022（5）：138-140.

[5] 王瑜瑾.虚拟现实技术在临床医学教学中的应用研究[J].信息系统工程，2024（3）：36-39.